Реферат: Введение в специальность («комплексная реконструкция и эксплуатация зданий и сооружений»)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Уральский Государственный Университет

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра градостроительства

РЕФЕРАТ

по курсу: «введение в специальность» для специальности 290503

«комплексная реконструкция и эксплуатация зданий и сооружений»

Выполнил : студент

группы АС-107

Курдин И.В.

Проверил: зав. Кафедры

«Градостроительства»

Кузьмин Е.Ф.

Челябинск

2004 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………2

2. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И ИЗНОС ЗДАНИЙ…………………………………........5

2.1 Причины и механизм износа…………………………………………………….5

2.2 Физический износ и моральное старение……………………………………...8

2.3 Классификация повреждений зданий и её практическое использование...10

3. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………...12

1. ВВЕДЕНИЕ

Здания и сооружения играют важную роль в жизни совре­менного общества. Можно утверждать, что уровень цивилиза­ции, развитие науки, культуры и производства в значительной мере определяются количеством и качеством построенных зда­ний и сооружений.

Жизнь и быт советских людей обусловливаются наличием необходимых зданий и сооружений, их соответствием своему назначению, техническим состоянием.

Коммунистическая партия и Советское правительство уде­ляют постоянное внимание строительству, реализуя таким об­разом свою главную заботу о повышении материального и ду­ховного уровня жизни советских людей.

Строительство в нашей стране ведется в очень больших мас­штабах. Только жилых зданий в Советском Союзе возводится больше, чем во всех странах Западной Европы вместе взятых. Ежегодно у нас сдается в эксплуатацию 2,1 млн. квартир и более 10 млн. советских граждан улучшают свои жилищные условия, на карте нашей Родины появляются десятки новых го­родов. Именно поэтому строительство в нашей стране является третьей по масштабам после промышленности и сельского хо­зяйства отраслью народного хозяйства.

За годы Советской власти в СССР построено более 1200 го­родов и введено в эксплуатацию более 3,8 млрд. м² жилой площади. В настоящее время в эксплуатации находится около 65 млн. квартир, причем более 80 % семей проживают в от­дельных квартирах. Столь широкие масштабы строительства являются характерной чертой развитого социалистического об­щества.

Составные части строительства как отрасли народного хо­зяйства, его цели, база, критерии оценки качества и задачи строительной науки в обобщенном виде сформулированы в табл. В.1.

Каждое здание или сооружение представляет собой слож­ный и дорогостоящий объект, состоящий из многих конструк­тивных элементов, систем инженерного оборудова­ния, выполняющих вполне определенные функции и обладаю­щих установленными эксплуатационными качествами.

Строительство в нашей стране характеризуется не только высокими количественными показателями, но изменяется и ка­чественно, структурно: улучшается планировка квартир, совер­шенствуются строительные конструкции, системы инженерного оборудования, повышается комфортность жилищного фонда. Достаточно сказать, что на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение городов расходуется '/б всех видов топливно-энергетических ресурсов. Экономия только 1 % этих ресурсов сбережет ежегодно около 2 млрд. руб. эксплуатационных рас­ходов и капитальных вложений. Практика эксплуатации зда­ний показывает, что автоматические методы регулирования расходования тепла позволяют довести экономию до 10%.

Следует также учитывать, что здания, строящиеся в настоящее время, будут служить в XXI веке, когда уровень комфорта ста­нет еще выше.

Проектируемые и возводимые здания, согласно определяю­щим эксплуатационным требованиям, должны:

обладать высокой надежностью, т. е. выполнять заданные им функции в определенных условиях эксплуатации в течение за­данного времени, при сохранении значений своих основных па­ра мстроп в установленных пределах;

быть удобными и безопасными в эксплуатации, что дости­гается рациональными планировкой помещений и расположе­нием входов, лестниц, лифтов, средств пожаротушения, при­чем для ремонта и замены крупногабаритного технологического оборудования в зданиях должны быть предусмотрены люки, проемы и крепления;

быть удобными и простыми в техническом обслуживании и ремонте, т. е. позволять осуществлять его на возможно боль­шем числе участков, иметь удобные подходы к конструкциям, вводам инженерных сетей без демонтажа и разборки для ос­мотров и обслуживания с предельно низкими затратами на вспомогательные операции, должны позволять применять пере­довые методы труда, современные средства автоматизации и механизации, сборно-разборные устройства для обслуживания труднодоступных конструкций, а также иметь приспособления для крепления люлек, источники тока и др.;

быть ремонтопригодными, т. е. их конструкции должны быть приспособлены к выполнению всех видов технического обслуживания и ремонта без разрушения смежных элементов и с минимальными затратами труда, времени, материалов;

иметь максимально возможный и близкий эквивалентный для всех конструкций межремонтный срок службы;

быть экономичными в процессе эксплуатации, что достига­ется применением материалов и конструкций с повышенным сроком службы, а также минимальными затратами на отопле­ние, вентиляцию, кондиционирование, освещение и водоснаб­жение;

иметь внешний архитектурный облик, соответствующий их назначению, расположению в застройке, а также приятный для обозрения, причем внутренняя покраска зданий не должна утомлять людей, по возможности не загрязняться и легко под­даваться очистке, восстановлению.

В зависимости от назначения здания в его проекте соответ­ственно нормам предусматривают необходимые размеры, проч­ность, герметичность, теплозащитные и другие эксплуатацион­ные качества, которые потом материализуют в ходе строитель­ства и поддерживают в процессе эксплуатации.

Использование зданий по их назначению принято называть технологической эксплуатацией. Чтобы здания можно было эффективно использовать, они должны находиться в исправном состоянии, т. е. стены, покрытия и прочие элементы совместно с системами отопления, вентиляции и другими системами должны позволять поддерживать в помещениях требуемый температурно-влажностный режим, а системы водоснабжения и ка­нализации, освещения и кондиционирования — обеспечивать заданную комфортность. Процессы, связанные с поддержанием зданий в исправном состоянии, называются техническим обслу­ живанием и ремонтом или технической эксплуатацией; они то и являются предметом нашего рассмотрения.

Построенные и принятые в эксплуатацию здания подверга­ются различным внешним (главным образом природным) и внутренним (технологическим или функциональным) воздейст­виям. Конструкции изнашиваются, стареют, разрушаются, вследствие чего эксплуатационные качества зданий ухудша­ются, и с течением времени они перестают отвечать своему на­значению. Однако преждевременный износ недопустим, ибо нарушает условия труда и быта людей, использующих эти зда­ния. Кроме того, здания представляют собой большую матери­альную ценность, которую необходимо всемерно беречь.

Техническое обслуживание и ремонт (техническая эксплуа­тация) зданий представляют собой непрерывный динамичный процесс, реализацию определенного комплекса организаци­онных и технических мер по надзору, уходу и всем видам ре­монта для поддержания их в исправном, пригодном к использо­ванию по назначению состоянии в течение заданного срока службы.

По характеру задач и методам их решения техническое об­служивание и ремонт существенно отличаются от проектирова­ния и возведения, хотя и входят в состав строительной отрасли, так как они:

осуществляются весьма длительное время по сравнению с продолжительностью проектирования и возведения — десятки, сотни лет, что требует четкого предвидения перспективы и пре­емственности в деятельности эксплуатационной службы;

имеют циклический характер с периодичностью разных мероприятий от одного года до трех лет для текущего ремонта и от шести до тридцати лет для капитального, что осложняет планирование и производство работ;

носят (в частности, ремонт) во многом случайный, вероят­ностный характер по месту, объему и времени выполнения ра­бот, что затрудняет их планирование, требует от руководите­лей и исполнителей оперативности при корректировке планов в ходе их производства;

затрагивают интересы всего населения и каждого человека в отдельности у себя дома и на службе, требуют их участия в ремонте (внутри квартир), т. е. носят социальный характер, оказывают влияние на настроение людей; связаны с большими затратами сил и средств, увеличиваю­щимися с течением времени, что обусловлено, с одной стороны, старением строительного фонда и все возрастающими затра­тами на ремонт, а с другой — ежегодным его пополнением, что требует привлечения новых сил и средств для его технического обслуживания и ремонта;

для особо ответственных зданий, сооружений (например, Эрмитаж в Ленинграде) отличаются жесткой системой профи­лактики износа, исключающей выход их из строя в установлен­ный период, что связано с умением рассчитывать износ и пла­нировать профилактические работы по месту, объему и вре­мени, обеспечивая их производство материалами, механизмами и трудовыми ресурсами.

Все это подтверждает важность и сложность задач техни­ческого обслуживания и ремонта зданий и сооружений.

Эксплуатация зданий в масштабе страны регламентирована Положениями о системах планово-предупредительного ремонта [4 и 5], готовится новая редакция По­ложения о техническом обслуживании и ремонте зданий. В них определены принципы организации эксплуатации основных ти­пов зданий и сооружений, все они классифицированы по груп­пам и для них установлены средние сроки службы, виды, пери­одичность осмотров и ремонтов, а также работы, относящиеся к текущему и капитальному ремонтам.

Первостепенное значение в эксплуатации зданий имеет своевременный контроль их технического состояния, проверка исправности строительных конструкций и инженерного обору­дования. Такой регулярный, причем не только визуальный, но (при необходимости) и инструментальный контроль предотвра­щает преждевременный выход зданий из строя, позволяет обо­снованно планировать и проводить профилактические меро­приятия по их сбережению.

Каждое здание или сооружение проектируется и возводится для осуществления в нем определенного процесса и поэтому должно обладать заданными эксплуатационными качествами. Именно конкретные эксплуатационные качества отличают жи­лой дом от столовой, механических мастерских, клуба, гаража и т. п.

Широкое понятие «строительство зданий» включает их проектирование, возведение и техническую эксплуатацию. Каждому из этих трех этапов присущ свой круг за­дач, но все они имеют общую цель — обеспечение эксплуата­ционных качеств конкретного здания. Решение задач на каж­дом этапе взаимосвязано — как запроектировано и построено здание, таковы условия и проблемы его эксплуатации. В свою очередь опыт использования и содержания построенных зданий, т. е. опыт их эксплуатации, должен быть обязательно изучен для совершенствования проектирования и строительства новых зданий.

Отметим еще одну важную особенность современного строи­тельства и эксплуатации зданий: новизна задач и проблем, с которыми встречаются строители и эксплуатационники в связи с научно-техническим прогрессом, освоением малоизу­ченных в строительном отношении северных, восточных и дру­гих районов страны с особыми климатическими и гидрогеоло­гическими условиями, сильно влияющими на характер возве­дения и эксплуатации зданий.

На рис. В.2, б графически отображено соотношение между затратами и временем по указанным трем этапам строитель­ства — между проектированием, возведением и эксплуатацией. Проектирование в современных условиях длится в зависимости от сложности объекта месяц (или месяцы) и составляет по за­тратам примерно 1—2 % от стоимости возведения; строительство здания в зависимости от его сложности длится обычно ме­сяцы (иногда годы); эксплуатация, т. е. поддержание здания в исправном состоянии, длится десятки, а то и сотни лет, при­чем по затратам она ежегодно составляет 2—3 % от восста­новительной стоимости на строительную часть и 4—5 % — на содержание инженерного оборудования. Из этого следует, что примерно через каждые 12—13 лет затраты на эксплуатацию зданий приравниваются затратам на их возведение. Поэтому важно, чтобы эксплуатационные затраты были возможно мень­шими.

Существенным моментом в повышении эффективности тех­нического обслуживания и ремонта зданий является перевод их на проектную основу: теперь их решают на стадии проек­тирования в специальном разделе проекта и сметы.

Проектирование, возведение и эксплуатацию каждого зда­ния объединяет применение единых параметров эксплуатацион­ных качеств; они являются стержнем, вокруг которого ведется вся научная и практическая работа в области строительства зданий и сооружений.

При проектировании здания эксплуатационные качества оп­ределяются выбором материалов, расчетом конструкций, объ­емно-планировочным решением, инженерным оборудованием в соответствии с назначением здания, Строительными нормами и правилами (СНиП) и выделенными ассигнованиями.

При возведении зданий принятые в проекте значения пара­метров эксплуатационных качеств материализуются, их досто­верность проверяется приборами и по их числовым значениям здания принимаются в эксплуатацию. Именно таким путем можно подтвердить, что построенное здание отвечает задуман­ному в проекте.

При эксплуатации зданий главная задача состоит в поддержании предусмотренных проектом и материализован­ных при строительстве эксплуатационных качеств на заданном уровне. Они должны полностью соответствовать назначению здания (например, в механических мастерских температура воздуха должна быть 12 °С, а в здании детского сада — 20— 22 °С), что обеспечивается определенными строительными кон­струкциями и инженерным оборудованием.

Таким образом, установлением значений параметров экс­плуатационных качеств (ПЭК) и разработкой инструкции по технической эксплуатации завершается проектирование зда­ний, с помощью выработанных в проекте ПЭК контролируется их возведение; по соответствию фактических значений ПЭК проектным здания принимаются в эксплуатацию и путем под­держания ПЭК на заданном уровне осуществляется техниче­ская их эксплуатация в течение установленного срока службы.

Если все работы в ходе эксплуатации ведутся на базе срав­нения фактических значений ПЭК с нормативными или рас­четными, то такая эксплуатация научно обоснована. К сожа­лению, зачастую еще осуществляется субъективный (только визуальный) контроль технического состояния сооружений и, исходя из этого, определяется время, место и объем работ по поддержанию зданий в исправном состоянии. Естественно, в та­ких случаях объемы работ принимаются с большим запасом, что исключает возможность ведения очередных работ на дру­гих объектах, так как имеющиеся силы и средства уже израс­ходованы.

На каждом этапе строи­тельства должно уделяться большое внимание к параметрам эксплуатационных качеств данного здания, что обеспечит согла­сованные действия между проектировщиками, строителями и эксплуатационниками на основе числовых значений ПЭК, т. е. позволит организовать все строительство на научной основе.

Эффективность эксплуатации и ее экономичность зависят от многих факторов, в частности в значительной мере от про­фессиональной подготовки лиц, ее осуществляющих, от их уме­ния построить эксплуатацию на научной основе.

С ростом городов, возведением многоэтажных и повышен­ной этажности зданий усложнилось их инженерное оборудо­вание, возросли расходы на его содержание, изменилась вся структура эксплуатации жилищного фонда. Потребовалось объединить и обеспечить автоматизированное управление лиф­тами, освещением лестничных клеток, установить контроль за температурой воды в системах центрального отопления, горя­чего водоснабжения, за загазованностью подвалов, за входами в подвалы, на чердаки, другие необитаемые помещения и т. п.

Затем все управление эксплуатацией зданий свели в объ­ единенные диспетчерские пункты (ОДП), в объединенную дис­ петчерскую службу (ОДС) в масштабе микрорайона или комплексную диспетчерскую службу (КДС) микрорайона в за­висимости от количества аппаратуры, установленной в этих пунктах. Уже внедрены типовые объекты диспетчеризации жи­лых массивов, позволяющие получать информацию о работе лифтов, температуре и давлении в системах горячего и холод­ного водоснабжения, отопления, пожаротушения, о напряжении на электрических вводах, об освещении подъездов, тревож­ные сигналы о вскрытии подвалов и других необитаемых по­мещений. В подъездах установлена также громкоговорящая связь с диспетчером для срочного вызова специалистов для устранения неисправностей, в том числе и на строительных конструкциях, например о протечках кровли и др. На ОДС имеется и телефонная связь.

Во многих городах созданы жилищно-эксплуатационные тресты эксплуатационно-ремонтные управления, осуществляю­щие плановый ремонт зданий. В их состав входит диспетчер­ская служба с оперативными бригадами для устранения ава­рийных ситуаций. Однако большая часть существующей за­стройки — многие жилые, все служебные и производственные здания — эксплуатируются самостоятельными бригадами; это многомиллионная армия специалистов, обеспечивающая ис­правное техническое состояние зданий и сооружений.

Техническое обслуживание и особенно ремонт здании, хотя и относятся к широкой отрасли строительства, обладают спе­цифическими чертами. Особенно сложен комплексный капи­тальный ремонт, отличающийся прежде всего технологией ра­бот- новое строительство начинается с нулевого цикла и обычно ведется снизу вверх путем монтажа готовых конструк­ций, а ремонтные работы производятся в стесненных условиях существующей застройки, когда трудно разместить подсобные предприятия, краны, склады материалов. Стремление полнее использовать при ремонте старые материалы и конструкции, сопряжено с трудоемкой оценкой их технического состояния, ибо в разных частях износ их различен. Планировать такой ре­монт весьма сложно, так как неизвестны итоги разборки со­оружения, полезный выход материалов и пр.

Лица, занятые эксплуатацией и ремонтом зданий, должны хорошо знать их устройство, условия работы конструкций, тех­нические нормативы на материалы и конструкции, требуемые для ремонта. Они с помощью приборов, а также по внешнему виду и признакам должны уметь хотя бы приближенно оцени­вать техническое состояние здания и отдельных его конструк­ций, уметь выявлять уязвимые места, с которых может на­чаться его разрушение, выбирать наиболее эффективные спо­собы и средства его предупреждения и устранения, не нарушая по возможности, использование здания по назначению.

Решению столь обширного и сложного комплекса вопросов призвана способствовать теория эксплуатации зда­ний. Именно она научно обосновывает необходимость и сроки эксплуатационных мероприятий, так как базируется на:

знании значений параметров эксплуатационных качеств (ПЭК), которые требуется поддерживать на заданном уровне; установлении закономерностей воздействия внешних и вну­тренних факторов, выявлении характерных дефектов, повреж­дений и назначении способов их устранения;

выборе способов контроля ПЭК и методов отыскания де­фектов, повреждений и неисправностей;

определении способов и порядка наиболее рационального восстановления ПЭК зданий; назначении периодичности ремонтов и объемов работ; рациональном решении вопросов штатной структуры, чис­ленности и квалификации эксплуатационного персонала.

Современные сложные здания и сооружения могут хорошо и эффективно эксплуатировать только профессионально теоре­тически и практически подготовленные специалисты; таким специалистам требуются знания в трех основных областях:

знание устройства эксплуатируемых зданий и их конструк­ций, условий их работы, эксплуатационных требований к ним, их конструкциям соответственно их назначению, а также на­значению и размерам здания; умение находить уязвимые ме­ста, в которых может начаться разрушение конструкций;

понимание механизма износа, коррозии и разрушения строи­тельных конструкций под воздействием различных факторов и на этой основе эффективное использование методов и средств рациональной их защиты:

владение практическими приемами и навыками использова­ния различных материалов и устройств, позволяющих успешно решать каждодневные задачи по содержанию в исправном со­стоянии эксплуатируемых зданий.

Исходя из этого книга делится на три раздела, отвечающие упомянутым трем областям необходимых знаний:

раздел первый — описание особенностей устройства трех основных типов зданий и сооружений: жилых и общест­венных, производственных и специальных — заглубленных, их конструкций, предъявляемых к ним эксплуатационных требо­ваний; определение целей, задач, научных основ и содержания эксплуатации;

раздел второй — изложение теоретических основ меха­низма разрушения и методов защиты строительных конструк­ций в типичных условиях, т. е. без акцента на специфичность происходящих в зданиях процессов (так как их чрезвычайно много), как основы для решения практических задач эксплуа­тации и ремонта зданий или сооружений;

раздел третий — рассмотрение примеров восстановле­ния эксплуатационных качеств трех основных типов зданий и сооружений: гражданских, производственных и специальных заглубленных с целью накопления знаний и привития навыков решения практических задач их технического обслуживания и ремонта.

В книге небольшого объема невозможно описать все много­образие эксплуатируемых зданий и сооружений, раскрыть все особенности воздействующих на них факторов, все поврежде­ния и способы восстановления эксплуатационных качеств. По­этому, разумеется, в каждом разделе изложены основы, наибо­лее важные сведения, овладев которыми можно практически решать задачи эксплуатации зданий, пользуясь (при необхо­димости) также литературой, приведенной в конце книги.

2. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И ИЗНОС ЗДАНИЙ

2.1 Причины и механизм износа

Под долговечностью понимается способность зданий и их элементов сохранять во времени заданные качества в опреде­ленных условиях при установленном режиме эксплуатации без разрушения и деформаций.

Долговечность характеризуется временем, в течение кото­рого в сооружениях, с перерывами на ремонт, сохраняются экс­плуатационные качества на заданном в проекте (нормами) уровне; она определяется сроком службы не сменяемых при капитальном ремонте конструкций: фундаментов, стен, железо­бетонных перекрытий, колонн — кровля, полы, оконные переплеты, инженерное оборудование зданий — обычно имеют меньшие сроки службы и поэтому они, во-пер­вых, периодически защищаются покрытиями и, во-вторых, по мере износа заменяются или восстанавливаются.

Различают физическую и моральную, или технологическую, долговечность.

Физическая долговечность зависит от физико-технических характеристик конструкций: прочности, тепло- и звукоизоля­ции, герметичности и других параметров.

Моральная долговечность зависит от соответствия здания своему — назначению по размерам, благоустройству, архитектуре и т. п.

Правильная эксплуатация и заключается в предотвращении преждевременного физического износа профилактическими ме­рами и периодическом проведении капитального ремонта.

Надежность здания (вероятность его безотказной работы), долговечность и износ могут быть представлены во взаимо­связи графически, как показано на рис. 1, а.

различают еще оптимальную долговечность, т. е. срок службы здания, в течение, которого экономически целесооб­разно его восстанавливать однако наступает такой срок, когда затраты на восстановление становятся нецелесообразными, ибо превышают стоимость строительства нового здания.

В период эксплуатации сооружения подвергаются многочис­ленным природным и технологическим воздействиям, учиты­ваемым в проекте при выборе материалов, конструкций и т. п.; однако на практике сочетание характеристик строительных ма­териалов и конструкций может отличаться от установленных ГОСТом и вследсвие суммарного воздействия многочисленных факторов может происходить ускоренный износ сооружений. Он весьма разнообразен и сложен; на предупреждение уско­ренного износа расходуются значительные материальные сред­ства, ограничиваемые экономическими соображениями; рациональное эксплуатационное содержание сооружений — задача во многом индивидуальная, решение которой требует специ­альной подготовки. I Рассмотрим причины и механизм износа конструкций и сооружений подробнее.!

В износе конструкций и оборудования можно выделить три участка:

участок I — период приработки, деформаций, по­вышенного износа; этот период краток, и на него распространяется гарантия, выданная строителями сроком на два года; в данный период производиться последовательный ремонт;

Рис. 1. Накопление износа (а) и факторы (внешние и внутренние), воздействующие на здание (б)

участок II — период нормальной эксплуатации, медленного износа, во время которого накапливаются необра­тимые деформации, приводящие к структурным изменениям материала, медленному его разрушению;

участок III — период ускоренного износа, когда он достигает критического значения и возникает вопрос о це­лесообразности ремонта или списания и разборки сооружения.

В работе конструкций из бетона различают период упрочения — набора прочности, главным образом вслед­ствие дальнейшей гидратации цемента, и период разру­шения, снижения прочности из-за разрушения скелета мате­риала. Для строительных конструкций, в частности бетонных, характерен хрупкий вид разрушения без заметных остаточных деформаций; при этом на величину разрывного усилия оказы­вает существенное влияние время, в течение которого действует усилие, происходит «подготовка» разрушения, «накапливаются» микротрещины.

, При эксплуатации сооружений различают силовое воздей­ствие нагрузок, вызывающее объемное напряженное состояние, и агрессивное воздействие окружающей среды, в результате чего сооружения изнашиваются и выходят из строя.

Агрессивной средой является такая среда, под воздействием которой изменяются структура и свойства материалов, что при­водит к непрерывному снижению прочности и разрушению структуры; разрушение при этом называется коррозией.

Развитие промышленности и городов идет по линии исполь­зования более высоких скоростей технологических потоков, давлений, температур, образования агрессивных сред, т. е. по линии возникновения условий, когда на сооружения воздейст­вуют более агрессивные среды и механические нагрузки, чем прежде, что, естественно, приводит к более быстрому их раз­рушению и необходимости более эффективной защиты.

Способность материалов сопротивляться разрушительному воздействию внешней среды называется коррозионной стойко­ стью, а предельный срок службы сооружений, в течение кото­рого они сохраняют заданные эксплуатационные качества, и есть их долговечность.

Вещества и явления, способствующие разрушению, корро­зии, называют стимуляторами или факторами, содействующими коррозии. Вещества и явления, затрудняющие и замедляющие разрушение, коррозию, называют пассиваторами или ингиби­ торами коррозии.

Агрессивность или пассивность среды не имеют универсального характера, т. е. они могут меняться ролями: в одних усло­виях определенная среда агрессивна, а в других — она же пас­сивна. Так, теплый, влажный воздух весьма агрессивен по от­ношению к стали, но цементный бетон он упрочняет.

Разрушение строительных материалов носит весьма разно­образный характер: химический, электрохимический, физиче­ский, физико-химический. Детально это будет рассмотрено ниже применительно к основным строительным материалам: металлу, бетону, дереву. Классификация агрессивности сред и их воздействий приведена в СНиП 11.28—76. Агрессивные среды делятся на газовые, жидкие и твердые. Ниже дается их краткая характеристика.

Газовые среды — это прежде всего такие соединения, как сероуглерод (CS2), углекислый газ (СО₂ ), сернистый газ (SO₂ ) и др. Их агрессивность определяют три главных фактора, или показателя: вид и концентрация газов, растворимость газов в воде, влажность и температура газов.

Жидкие среды — это растворы кислот, щелочей, солей, а также масла, нефть, растворители и др. Агрессивность таких сред определяется тремя показателями: концентрацией агрессивных агентов, их температурой, скоростью движения или величиной напора у поверхности конструкции. Коррозион­ные процессы более интенсивно протекают в жидкой агрессив­ной среде.

Твердые среды — это пыль, грунты и т. п. Их агрессивность оценивается четырьмя показателями: дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью и влажностью окру­жающей среды. Влага в твердых средах играет особенно ак­тивную роль.

На рис. 1,6 показаны внешние и внутренние воздействия на здания и сооружения. Все они учитываются в нормах и при разработке проектов, однако страна наша так велика, столь разнообразны климатические, гидрогеологические условия строительства, а также и внутренние воздействия, вызванные происходящими в сооружениях процессами, что не всегда уда­ется найти оптимальные решения, учитывающие все воздейст­вия, относительно долговечности, экономичности и других по­казателей. Поэтому важной задачей персонала эксплуатацион­ной службы является учет специфических воздействий на сооружения, что способствует обеспечению заданной их долго­вечности. Рассмотрим основные факторы, воздействующие на сооружения.

Воздействие воздушной среды. В атмосфере содержатся пыль и газы, способствующие разрушению зданий. Загрязнен­ный воздух, особенно в сочетании с влагой, вызывает прежде­временный износ, коррозию или загрязнение, растрескивание и разрушение строительных конструкций. Вместе с тем в чистой и сухой атмосфере камни, бетоны и даже металлы могут со­храняться сотни и тысячи лет. Это значит, что воздушная среда, в которой находятся такие материалы, слабо агрессивна или совсем не агрессивна.

Основным загрязнителем воздуха являются продукты сгора­ния различных топлив; поэтому в городах и промышленных центрах металлы корродируют в два-четыре раза быстрее, чем в сельской местности, где сжигается значительно меньше угля и нефтепродуктов.

Загрязненность воздуха газами и твердыми частицами в зим­нее время шлите и зависит от вида топлива. Больше всего за­грязняет атмосферу пылевидное топливо, ибо при его сжигании вместе с дымом уносится много золы и пыли, меньше всего — природные газы.

Основными продуктами сгорания большинства видов топ­лива являются углекислый (СО₂ ) и сернистый (SO₂ ) газы. При растворении углекислого газа в воде образуется углекис­лота — конечный продукт сгорания многих видов топлива; она разрушающе действует на бетон и иные материалы. При рас­творении сернистого газа в воде образуется серная кислота, также разрушающая бетон.

Кроме углекислоты и серной кислоты, в дымах накаплива­ются и другие (свыше ста) вредные соединения: азотная и фосфорная кислоты, смолистые и иные вещества, несгоревшие частицы, которые, попадая на конструкции, загрязняют их и способствуют разрушению.

В приморских районах в атмосфере могут содержаться хло­риды, соли серной кислоты и другие вредные для строительных материалов вещества. Влажность воздуха повышает его агрес­сивное воздействие, в частности на металлы.

Воздействие грунтовой воды. Имеющаяся в природе грун­товая вода может быть: связанной (химически, гигроскопиче­ски и осмотически впитанной или пленочной); свободной; паро­образной (перемещающейся по порам из мест с большой упру­гостью водяного пара в места с меньшей его упругостью).

Грунтовая вода взаимодействует физически и химически с минеральными и органическими частицами грунта. Все ее виды находятся во взаимодействии друг с другом и переходят один в другой. Вода в грунтах всегда представляет собой рас­твор с изменяющимися концентрацией и химическим составом, что отражается и на степени ее агрессивности.

Оценивая агрессивность грунтовых вод, следует учитывать переменный ее характер: с течением времени возле подземных частей сооружений водный режим может изменяться, в связи с чем агрессивность среды будет повышаться или снижаться.

Атмосферные осадки, проникая в грунт, превращаются либо в парообразную, либо в гигроскопическую влагу, удерживаю­щуюся в виде молекул на частицах грунта молекулярными си­лами, либо в пленочную, поверх молекулярной, либо в грави­тационную, свободно перемещающуюся в грунте под действием сил тяжести. Гравитационная влага может доходить до грун­товой воды и, сливаясь с ней, повышать ее уровень.

Грунтовая вода, в свою очередь, вследствие капиллярного поднятия перемещается вверх на значительную высоту и об­водняет верхние слои грунта. В некоторых условиях капилляр­ная и грунтовая воды могут сливаться и устойчиво обводнять подземные части сооружений, в результате чего усиливается коррозия конструкций, снижается прочность оснований.

Изменение минералогического состава грунтовых вод меняет их агрессивность по отношению к подземным частям сооружений. В районах с большим количеством осадков (в северных) уровень грунтовых вод поднимается и снижается их карбонат­ная жесткость (в результате разбавления осадками); это уси­ливает способность вод к выщелачиванию извести в бетонных конструкциях. В засушливых районах, наоборот, из-за боль­шого испарения влаги повышается концентрация минеральных солей в воде, что вызывает кристаллизационное разрушение бетонных конструкций.

Испарение из грунтов влаги и их увлажнение приводят к движению в грунтах воздуха (кислорода), что также повы­шает их коррозионную активность.

Существует много разновидностей агрессивности грунтовых вод. Из них чаще всего выделяют общекислотную, выщелачи­вающую, сульфатную, магнезиальную и углекислотную в зави­симости от наличия в воде соответствующих примесей и их концентрации, указанных в СНиП 11.28—76.

Воздействие отрицательной температуры. Некоторые кон­струкции, например цокольные части, находятся в зоне пере­менного увлажнения и периодического замораживания. Отри­цательная температура (если она ниже расчетной или не приняты специальные меры для защиты конструкций от увлаж­нения), приводящая к замерзанию влаги в конструкциях и грунтах оснований, разрушающе действует на здания.

При замерзании воды в порах материала объем ее увели­чивается, что создает внутренние напряжения, которые все воз­растают вследствие сжатия массы самого материала под влия­нием охлаждения. Давление льда в замкнутых порах весьма велико — до 20 Па. Разрушение конструкций в результате за­мораживания происходит только при полном (критическом) влагосодержании, насыщении материала.

Вода начинает замерзать у поверхности конструкций, а по­этому разрушение их под воздействием отрицательной темпе­ратуры начинается с поверхности, особенно с углов и ребер. Максимальный объем льда получается при температуре —22°С, когда вся вода превращается в лед. Интенсивность за­мерзания влаги зависит от объема пор. Так, если вода в боль­ших порах начинает переходить в лед при

0°С, то в капилля­рах она замерзает только при —17°С.

Самым устойчивым к замораживанию является материал с однородными и равномерными порами, наименее устойчи­вым— с крупными порами, соединенными тонкими капилля­рами, так как перераспределение в них влаги затруднено.

Напряжение в конструкциях зависит не только от темпера­туры охлаждения, но и от скорости замерзания и числа переходов через 0 °С; оно тем сильнее, чем быстрее происходит за­мораживание.

Камни и бетоны с пористостью до 15 % выдерживают 100—300 циклов замораживания. Уменьшение пористости, а следовательно, и количества влаги повышает морозостойкость конструкций.

Из сказанного следует, что при замерзании разрушаются те конструкции, которые увлажняются. Защитить конструкции от разрушения при отрицательных температурах — это прежде всего защитить их от увлажнения.

Промерзание грунтов в основаниях опасно для зданий, по­строенных на глинистых и пылеватых грунтах, мелко- и средне-зернистых песках, в которых вода по капиллярам и порам поднимается над уровнем грунтовых вод и находится в связан­ном виде. Связанная вода замерзает не сразу и по мере за­мерзания перемещается из зон толстых оболочек в зоны с обо­лочками меньшей толщины; это объясняется подсасыванием воды из нижних слоев в зону замерзающего грунта.

Промерзание и выпучивание грунтов опасны только для на­земных сооружений, поскольку уже на глубине примерно 1,5 м от поверхности нет разницы в колебаниях дневной и ночной температур, а на глубине 10—30 м не ощущается изменение зимних и летних температур.

Вода в грунте основания независимо от того, является ли она поверхностной, грунтовой или капиллярной, всегда создает опасность промерзания грунта из-за повышения его теплопро­водности при увлажнении.

Повреждения зданий из-за промерзания и выпучивания ос­нований могут произойти после многих лет эксплуатации, если будут допущены срезка грунта вокруг них, увлажнение оснований и действие факторов, способствующих их промер­занию.

Воздействие технологических процессов. Каждое здание и сооружение проектируется и строится с учетом воздействия предусматриваемых в нем процессов; однако из-за неодинако­вой стойкости и долговечности материалов конструкций и раз­личного влияния на них среды износ их неравномерен. В пер­вую очередь разрушаются защитные покрытия стен и полы, окна, двери, кровля, затем стены, каркас и фундаменты. Сжа­тые элементы и элементы больших сечений, работающие при статических нагрузках, изнашиваются медленнее, чем изгибае­мые и растянутые тонкостенные, которые работают при дина­мической нагрузке, в условиях высокой влажности и высокой температуры.

Кислотостойкими являются породы с большим содержанием кремния (кварц, гранит, диабаз), нестойки к кислотам породы, содержащие известь (доломит, известняк, мрамор); последние являются щелочестойкими.

Обожженный кирпич стоек даже в среднекислой и средне-щелочной средах. Для него опасны плавиковая кислота и рас­твор едкого натра, он разрушается также при солевой кор­розии.

Сухой бетон морозостоек, однако пересыхание его при тем­пературе выше 60—80 °С приводит к обезвоживанию, прекра­щению гидратации, усадке, температурным деформациям. Предварительно-напряженный железобетон теряет свои проч­ностные качества уже при температуре выше 80 °С в резуль­тате снижения напряжения в арматуре.

Минеральные масла химически неактивны по отношению к бетонам, но в то же время отрицательно на них воздейст­вуют, так как их поверхностное натяжение в два-три раза меньше, чем у воды, а поэтому они обладают большей смачи­вающей способностью и большей силой капиллярного поднятия: масло, попавшее на бетон, глубоко проникает в него, раскли­нивая частицы, изолируя зерна цемента от влаги и прекращая тем самым их дальнейшую гидратацию. Относительное сниже­ние прочности бетона под действием пролитого масла тем зна­чительнее, чем выше водоцементное отношение (В/Ц): с уве­личением пористости бетона возрастает его насыщенность рас­творами, в том числе и маслами.

Износ конструкций под действием истирания — абразивный износ полов, стен, углов колонн, ступеней лестниц и других конструкций—бывает весьма интенсивным и поэтому сильно влияющим на их долговечность. Он происходит под действием как природных сил (ветров, песчаных бурь), так и вследствие технологических и функциональных процессов, например из-за интенсивного перемещения больших людских потоков в зда­ниях общественного назначения.

Состояние производственных сооружений с агрессивными средами во многом зависит от культуры самого производства, т. е. от того, как герметизированы технологические линии, предотвращены ли агрессивные выделения в помещения, усилена ли вентиляция, как быстро смываются промышленные стоки. Для поддержания таких сооружений в исправном со­стоянии важна также культура их технической эксплуата­ции: чем выше агрессивность среды в сооружении, тем чаще должны проводиться обследования и возможно быстрее восста­навливаться конструкции, начавшие разрушаться.

2.2 Физический износ и моральное старение

Износ, или старение, — это потеря сооружениями ещё элементами первоначальных эксплуатационных качеств. Такой процесс неизбежен, и задача состоит в недопущении ускорен­ного, преждевременного износа, в своевременной замене, уси­лении конструкций и оборудования с малыми сроками службы. Различают физический износ и моральное старение.

Физический износ — это потеря конструктивными элемен­тами первоначальных физико-технических свойств. Моральное старение бывает двух форм: снижение стоимости сооружения, обусловленное научно-техническим прогрессом и удешевлением строительства с те­чением времени, при строительстве новых зданий;

потеря сооружением технологического соответствия его на­значению, восстановление которого связано с дополнительными затратами.

Физический износ конструкций сооружения определяется по Методике определения физического износа гражданских зда­ний, изданной МЖКХ РСФСР в 1970 г. Сущность ее состоит в следующем:

износ конструкций (%) определяется по специально разра­ботанным таблицам внешних признаков износа; таких таблиц разработано 54: для разных типов фундаментов, стен, перекры­тий и других конструкций;

износ сооружения (%) определяется как сумма произведе­ний износа отдельных конструктивных элементов на, их удель­ную стоимость, деленная на 100. Для этого разработан Сбор­ник укрупненных показателей восстановительной стоимости жи­лых и общественных зданий (Госстрой СССР, 1970). В нем приведена доля стоимости конструктивных элементов в раз­личных типах зданий.j

Таким образом, физический износ Q определяется по фор­муле

Q = E_ft * e / g_i , (1)

где g_i — износ отдельного элемента сооружения, %; е;— доля стоимости этого элемента по отношению к стоимости всего здания, %.

При определении износа здания его делят обычно на де­вять элементов. В табл. 3.1 приведен пример определения фи­зического износа здания по девяти его конструктивным элемен­там. Износ здания в этом примере составит Q = 2175/100~ ~22 %. Максимальный износ эксплуатируемых сооружений не должен превышать 70—80 %.

В некоторых работах ошибочно утверждается, что физиче­ский износ, достигнув 35—40%, прекращается во времени — кривые на графиках приближаются к горизонтальной линии и долговечность зданий становится как бы бесконечной без ка­питальных ремонтов. На самом же деле это не так. Износ с течением времени возрастает, особенно резко после достиже­ния зданием примерно 0,8 расчетного срока службы. Так, за­траты на ремонт при износе 65 % в 30 раз больше, чем при из­носе 10%. В среднем возрасте зданий их износ составляет около 0,35 % в год, а в конечном периоде — в три раза больше.

Необходимо отметить, что на физический износ зданий ока­зывают влияние очень многие факторы. Даже здания, построен­ные одной и той же организацией по одному и тому же про­екту, в одно и то же время, в зависимости от уровня эксплуатации по величине износа отличаются в три раза. Интересные в этом отношении данные изложены в работе [11]: в ней приве­дены коэффициенты износа зданий в зависимости от различных факторов. Так, износ зданий с плохой инсоляцией в 2,2 раза больше, чем с хорошей; многоэтажные здания быстрее изнаши­ваются, чем малоэтажные, и т. п. Поэтому факторы, влияю­щие на интенсивность физического износа, должны возможно полнее учитываться проектировщиками, строителями, эксплуатационниками с целью обеспечения нормативного срока службы зданий при меньших затратах на капитальный ремонт. При сочетании положительных факторов можно достигнуть снижения износа и продления срока службы зданий; однако прогнозировать интенсивность износа на длительный период можно только весьма приближено, так как трудно заранее предугадать фактическое сочетание отмеченных выше факто­ров и их влияние на износ конкретного здания. Величину сни­жения износа при капитальном ремонте можно вычислить пу­тем повторной оценки технического состояния по Методике, указанной выше; она обычно даже при отличном ремонте не превышает 50—70 %.

Моральное старение первой формы — обесценение ранее построенных зданий — имеет небольшое практиче­ское значение. Моральное старение второй формы — техно­логическое старение — требует дополнительных капи­тальных вложении на его ликвидацию, на модернизацию соору­жений применительно к современной технологии устранением этого вида старения приходится все время встречаться на практике. Однако определение морального старения второй формы более сложно, и поэтому нет еще официальной мето­дики его расчета. Можно воспользоваться ленинградским мето­дом совместного учета физического износа и морального старе­ния при составлении перспективных планов ремонта и модер­низации зданий и сооружений [16 и 17].

Особенно интенсивен моральный износ производственных зданий в связи с научно-технической революцией и быстрым обновлением технологии производства. Так, полная смена тех­нологии в машиностроении происходит через пять лет, в радио­электронике в течение одного года, что требует переоборудо­вания и модернизации зданий.

Моральный износ происходит скачкообразно по мере изме­нения требований к технологии или к жилью. Так, если раньше . требования к жилью не изменялись столетиями, то теперь они сохраняются не более десяти лет. Например, еще совсем не­давно газификация считалась положительным элементом бла­гоустройства, а сегодня делается упор на замену газа электри­чеством, газовых колонок— горячим водоснабжением и т. п.

Устранение морального износа второй формы во время ка­питального ремонта с переоборудованием и модернизацией и есть денежное его выражение. Таким образом, в отличие от морального износа первой формы, не связанного с дополни­тельными затратами, моральный износ второй формы погло­щает почти треть стоимости капитального ремонта, а иногда и больше. В настоящее время 75 % капитальных вложений рас­ходуется на модернизацию промышленных предприятий, так как это все же более быстрый и экономичный путь получения продукции, чем при новом строительстве.

Величину морального износа второй формы М₂ оценивают путем сравнения восстановительной (балансовой) стоимости старого здания и нового, построенного в соответствии с совре­менными требованиями:

M_a = ( C_i — C ₁ )/ C_i -№, (2)

где С₁ и С₂ — восстановительная стоимость старого и стои­мость нового зданий, руб.

Допустимая величина морального износа существующего здания не должна превышать затрат на новое строительство здания, равного по площади, но отвечающего требованиям но­вой технологии и благоустройства.

Предельный износ конструкции без ремонта может быть оп­ределен по выражению:

g_ecT = а*Тест. (3)

где а — ежегодный износ, %; Тест — срок эксплуатации до пре­дельного износа без ремонта, годы.

Рис. 2. Изменение затрат (а) и стоимости здания с течением времени (6)

Рис. 3. Виды износа и его возмещение путем проведения пе­риодических ремонтов ( а ), виды износа и оптимальная долговеч­ность зданий ( б )

Для практических целей важно рассчитать межремонтный период, чтобы обоснованно проводить профилактические ре­монты. Межремонтный период можно определить по формуле

где Г_д — срок эксплуатации до предельного износа при ремон­тах, годы; g _пр — предельный (допустимый) износ, %; g_p — доля снижаемого износа за счет ремонта, %; Т_физ — физическая долговечность конструкции, установленная опытным путем, годы.

Однако не все из входящих в (Рис. 4) величины можно опре­делить, а поэтому нельзя еще рассчитать периодичность про­филактических ремонтов.

Зависимость между износом и действительной стоимостью сооружений показана на рис. 2.

Цель технической эксплуатации состоит в «торможении» износа зданий. На рис. 3 показано, как капитальный ремонт, т. е. усиление и замена конструкций и инженерного оборудо­вания, позволяет снизить износ и благодаря этому продлить срок службы зданий. Физический износ можно уменьшить пу­тем капитального ремонта, а моральный — только модерниза­цией.

2.3 Классификация повреждений зданий и ее практическое использование

При эксплуатации сооружений первостепенное значение от­водится обеспечению безотказной работы всех конструкций и систем в течение не менее нормативного срока службы, а также правильной и своевременной оценке их технического состояния, выявлению дефектов и начала повреждения. Это необходимо для сохранности сооружений при минимальном расходе сил, средств и планомерной работы эксплуатационно-ремонтных подразделений.

Возможные повреждения классифицируются по следующим основным признакам (рис. 4):

причинам, их вызывающим;

механизму коррозионного процесса разрушения конструк­ций;

значимости последствий разрушения и трудоемкости восста­новления зданий.

Причинами, вызывающими повреждения зданий, являются:

воздействие внешних природных и искусственных факторов;

влияние внутренних факторов, обусловленных технологиче­ским процессом;

проявление дефектов, допущенных при изысканиях, проекти­ровании и возведении зданий;

Недостатки и нарушение правил эксплуатации зданий, соору­жений и санитарно-технического оборудования.

По механизму коррозионного процесса разли­чают следующие основные виды коррозии: химическую, элект­рохимическую, физико-химическую и физическую.

Химическая коррозия материала конструкций сопровожда­ется необратимыми изменениями в структуре вещества под действием сухой агрессивной среды.

Если агрессивная среда является электролитом, то необрати­мые изменения в структуре материала происходят в результате возникновения электрического тока на границе «металл — аг­рессивная среда» и начинается электрохимическая коррозия.

Если физическое разрушение конструкции сопровождается изменением и структуры материала, например выщелачиванием, кристаллизационным разрушением, то такая коррозия называ­ется физико-химической.

Чаще всего здания, их конструктивные элементы и обору­дование преждевременно выходят из строя в результате воздей­ствия не одного, а суммарного воздействия многих факторов; это прежде всего увлажнение и переменные температуры, а также механическое, химическое, биологическое и другие воз­действия. При этом заметное влияние одного какого-либо фак­тора обычно способствует резкому усилению воздействия на конструкции иных факторов.

По степени разрушения или значимости последствий можно выделить три категории повреждений:

I — повреждения аварийного характера, вызванные дефек­тами

проектирования, строительства, стихийными явлениями,
а также нарушением правил эксплуатации зданий и сооружений;

восстановление всего здания или его части в этом случае
производится путем замены всех или некоторых конструкций
по специально разработанным проектам;

II — повреждения основных элементов, но не аварийного ха­рактера,

устраняемые при капитальном ремонте;

III — повреждения второстепенных элементов (отпадение
штукатурки и т. п.), устраняемые при текущем ремонте.

Пользуясь приведенной методикой классификации и оценки повреждений, необходимо в каждом конкретном случае пра­вильно определить опасность повреждения и срочность приня­тия мер по его устранению, чтобы не упустить аварийную си­туацию и не направлять все силы и средства эксплуатацион­ной службы при появлении малейшего повреждения.

Износ сооружений ускоряется и разрушения усугубляются, если они вызваны дефектами, допущенными в проекте, при воз­ведении или эксплуатации сооружений.

Рис 4. Причины, вызывающие повреждения.

Список литературы

Бойко М . Д .

Техническое обслуживание и ремонт зданий и соору­жений. Учебное пособие для вузов. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1986.—256 с.