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

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 обслу­живанием 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.

Затем все управление эксплуатацией зданий
свели в объ­единенные 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 стойко­стью, 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 ингиби­торами
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.

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 = Eft*e / gi,                                    (1)

где gi — 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:

Ma = (CiC1)/Ci-№,                                     (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:

gecT = 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
Гд — срок эксплуатации до предельного износа при ремон­тах, годы; gпр — предельный (допустимый) износ, %; gp — доля снижаемого износа за счет ремонта,
%; Тфиз — 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *