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

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

Коммунистическая партия и Советское правительство уделяют постоянное внимание строительству, реализуя таким об разом свою главную заботу о повышении материального и ду ховного уровня жизни советских людей.

Строительство в нашей стране ведется в очень больших мас штабах.

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 хо зяйства отраслью народного хозяйства. За годы Советской власти в СССР построено более 1200 городов и введено в эксплуатацию более 3,8 млрд. м 2 жилой площади. В настоящее время в эксплуатации находится около 65 млн. квартир, причем более 80 % семей проживают в от дельных квартирах. Столь широкие масштабы строительства являются характерной чертой развитого социалистического об щества.

Составные части строительства как отрасли народного хо зяйства, его цели, база, критерии оценки качества и задачи строительной науки в обобщенном виде сформулированы в табл. В.1. Каждое здание или сооружение представляет собой слож ный и дорогостоящий объект, состоящий из многих конструк тивных элементов , систем инженерного оборудова ния, выполняющих вполне определенные функции и обладаю щих установленными эксплуатационными качествами.

Строительство в нашей стране характеризуется не только высокими количественными показателями, но изменяется и качественно, структурно: улучшается планировка квартир, совер шенствуются строительные конструкции, системы инженерного оборудования, повышается комфортность жилищного фонда.

Достаточно сказать, что на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение городов расходуется '/б всех видов топливноэнергетических ресурсов.

Экономия только 1 % этих ресурсов сбережет ежегодно около 2 млрд. руб. эксплуатационных рас ходов и капитальных вложений.

Практика эксплуатации зда ний 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 ста нет еще выше.

Проектируемые и возводимые здания, согласно определяю щим эксплуатационным требованиям, должны: обладать высокой надежностью, т. е. выполнять заданные им функции в определенных условиях эксплуатации в течение за данного времени, при сохранении значений своих основных па ра мстроп в установленных пределах; быть удобными и безопасными в эксплуатации, что дости гается рациональными планировкой помещений и расположе нием входов, лестниц, лифтов, средств пожаротушения, при чем 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 боль шем числе участков, иметь удобные подходы к конструкциям, вводам инженерных сетей без демонтажа и разборки для ос мотров 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 достига ется применением материалов и конструкций с повышенным сроком службы, а также минимальными затратами на отопле ние, вентиляцию, кондиционирование, освещение и водоснаб жение; 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 под даваться очистке, восстановлению. В зависимости от назначения здания в его проекте соответ ственно нормам предусматривают необходимые размеры, проч ность, герметичность, теплозащитные и другие эксплуатационные качества, которые потом материализуют в ходе строитель ства 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 ка нализации, 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) воздейст виям.

Конструкции изнашиваются, стареют, разрушаются, вследствие чего эксплуатационные качества зданий ухудша ются, и с течением времени они перестают отвечать своему на значению.

Однако преждевременный износ недопустим, ибо нарушает условия труда и быта людей, использующих эти зда ния. Кроме того, здания представляют собой большую матери альную ценность, которую необходимо всемерно беречь.

Техническое обслуживание и ремонт (техническая эксплуатация) зданий представляют собой непрерывный динамичный процесс, реализацию определенного комплекса организаци онных и технических мер по надзору, уходу и всем видам ре монта для поддержания их в исправном, пригодном к использо ванию по назначению состоянии в течение заданного срока службы. По характеру задач и методам их решения техническое об служивание 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 пре емственности 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, вероят ностный характер по месту, объему и времени выполнения ра бот, что затрудняет их планирование, требует от руководите лей 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, увеличиваю щимися с течением времени, что обусловлено, с одной стороны, старением строительного фонда и все возрастающими затра тами 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 профи лактики износа, исключающей выход их из строя в установлен ный период, что связано с умением рассчитывать износ и пла нировать профилактические работы по месту, объему и вре мени, обеспечивая их производство материалами, механизмами и трудовыми ресурсами. Все это подтверждает важность и сложность задач техни ческого обслуживания и ремонта зданий и сооружений . Эксплуатация зданий в масштабе страны регламентирована Положениями о системах планово-предупредительного ремонта [4 и 5], готовится новая редакция По ложения о техническом обслуживании и ремонте зданий. В них определены принципы организации эксплуатации основных ти пов зданий и сооружений, все они классифицированы по груп пам и для них установлены средние сроки службы, виды, пери одичность 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 обору дования. Такой регулярный, причем не только визуальный, но (при необходимости) и инструментальный контроль предотвра щает преждевременный выход зданий из строя, позволяет обо снованно планировать и проводить профилактические меро приятия 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 жи лой 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 эксплуата ционных качеств конкретного здания.

Решение задач на каж дом этапе взаимосвязано — как запроектировано и построено здание, таковы условия и проблемы его эксплуатации. В свою очередь опыт использования и содержания построенных зда ний, т. е. опыт их эксплуатации, должен быть обязательно изучен для совершенствования проектирования и строительства новых зданий.

Отметим еще одну важную особенность современного строи тельства и эксплуатации зданий: новизна задач и проблем, с которыми встречаются строители и эксплуатационники в связи с научно-техническим прогрессом, освоением малоизу ченных в строительном отношении северных, восточных и дру гих районов страны с особыми климатическими и гидрогеоло гическими условиями, сильно влияющими на характер возве дения и эксплуатации зданий. На рис. В.2, б графически отображено соотношение между затратами и временем по указанным трем этапам строитель ства — между проектированием, возведением и эксплуатацией.

Проектирование в современных условиях длится в зависимости от сложности объекта месяц (или месяцы) и составляет по за тратам примерно 1—2 % от стоимости возведения; строитель ство здания в зависимости от его сложности длится обычно ме сяцы (иногда годы); эксплуатация, т. е. поддержание здания в исправном состоянии, длится десятки, а то и сотни лет, при чем 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 мень шими.

Существенным моментом в повышении эффективности тех нического обслуживания и ремонта зданий является перевод их на проектную основу: теперь их решают на стадии проек тирования в специальном разделе проекта и сметы . Проектирование, возведение и эксплуатацию каждого зда ния объединяет применение единых параметров эксплуатацион ных качеств; они являются стержнем, вокруг которого ведется вся научная и практическая работа в области строительства зданий и сооружений. При проектировании здания эксплуатационные качества оп ределяются выбором материалов, расчетом конструкций, объ емно-планировочным решением, инженерным оборудованием в соответствии с назначением здания, Строительными нормами и правилами ( СНиП ) и выделенными ассигнованиями. При возведении зданий принятые в проекте значения пара метров эксплуатационных качеств материализуются, их досто верность проверяется приборами и по их числовым значениям здания принимаются в эксплуатацию.

Именно таким путем можно подтвердить, что построенное здание отвечает задуман ному в проекте. При эксплуатации зданий главная задача состоит в поддержании предусмотренных проектом и материализован ных 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 кон струкциями и инженерным оборудованием. Таким образом, установлением значений параметров эксплуатационных качеств (ПЭК) и разработкой инструкции по технической эксплуатации завершается проектирование зда ний, с помощью выработанных в проекте ПЭК контролируется их возведение; по соответствию фактических значений ПЭК проектным здания принимаются в эксплуатацию и путем под держания ПЭК на заданном уровне осуществляется техниче ская их эксплуатация в течение установленного срока службы. Если все работы в ходе эксплуатации ведутся на базе сравнения фактических значений ПЭК с нормативными или рас четными, то такая эксплуатация научно обоснована. К сожа лению, 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 та ких случаях объемы работ принимаются с большим запасом, что исключает возможность ведения очередных работ на дру гих объектах, так как имеющиеся силы и средства уже израс ходованы. На каждом этапе строи тельства должно уделяться большое внимание к параметрам эксплуатационных качеств данного здания, что обеспечит согла сованные 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 про фессиональной подготовки лиц, ее осуществляющих, от их уме ния построить эксплуатацию на научной основе. С ростом городов, возведением многоэтажных и повышенной этажности зданий усложнилось их инженерное оборудо вание, возросли расходы на его содержание, изменилась вся структура эксплуатации жилищного фонда.

Потребовалось объединить и обеспечить автоматизированное управление лиф тами, освещением лестничных клеток, установить контроль за температурой воды в системах центрального отопления, горя чего 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 за висимости от количества аппаратуры, установленной в этих пунктах. Уже внедрены типовые объекты диспетчеризации жи лых массивов, позволяющие получать информацию о работе лифтов, температуре и давлении в системах горячего и холод ного водоснабжения, отопления, пожаротушения, о напряжении на электрических вводах, об освещении подъездов, тревож ные сигналы о вскрытии подвалов и других необитаемых по мещений. 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, осуществляю щие плановый ремонт зданий. В их состав входит диспетчер ская служба с оперативными бригадами для устранения ава рийных ситуаций.

Однако большая часть существующей за стройки — многие жилые, все служебные и производственные здания — эксплуатируются самостоятельными бригадами; это многомиллионная армия специалистов, обеспечивающая ис правное техническое состояние зданий и сооружений.

Техническое обслуживание и особенно ремонт здании, хотя и относятся к широкой отрасли строительства, обладают спе цифическими чертами.

Особенно сложен комплексный капи тальный ремонт, отличающийся прежде всего технологией ра ботновое строительство начинается с нулевого цикла и обычно ведется снизу вверх путем монтажа готовых конструк ций, 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 ре монт весьма сложно, так как неизвестны итоги разборки со оружения, полезный выход материалов и пр. Лица, занятые эксплуатацией и ремонтом зданий, должны хорошо знать их устройство, условия работы конструкций, тех нические 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 конструк ций, уметь выявлять уязвимые места, с которых может на чаться 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 зда ний.

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 вну тренних факторов, выявлении характерных дефектов, повреж дений 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, чис ленности и квалификации эксплуатационного персонала.

Современные сложные здания и сооружения могут хорошо и эффективно эксплуатировать только профессионально теоре тически и практически подготовленные специалисты; таким специалистам требуются знания в трех основных областях: знание устройства эксплуатируемых зданий и их конструк ций, условий их работы, эксплуатационных требований к ним, их конструкциям соответственно их назначению, а также на значению и размерам здания; умение находить уязвимые места, в которых может начаться разрушение конструкций; понимание механизма износа, коррозии и разрушения строи тельных конструкций под воздействием различных факторов и на этой основе эффективное использование методов и средств рациональной их защиты: владение практическими приемами и навыками использова ния различных материалов и устройств, позволяющих успешно решать каждодневные задачи по содержанию в исправном со стоянии 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 общест венных, производственных и специальных — заглубленных, их конструкций, предъявляемых к ним эксплуатационных требо ваний; определение целей, задач, научных основ и содержания эксплуатации; раздел второй — изложение теоретических основ меха низма разрушения и методов защиты строительных конструк ций в типичных условиях, т. е. без акцента на специфичность происходящих в зданиях процессов (так как их чрезвычайно много), как основы для решения практических задач эксплуа тации и ремонта зданий или сооружений; раздел третий — рассмотрение примеров восстановле ния 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 много образие эксплуатируемых зданий и сооружений, раскрыть все особенности воздействующих на них факторов, все поврежде ния и способы восстановления эксплуатационных качеств. По этому, разумеется, в каждом разделе изложены основы, наиболее важные сведения, овладев которыми можно практически решать задачи эксплуатации зданий, пользуясь (при необхо димости) 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 опреде ленных условиях при установленном режиме эксплуатации без разрушения и деформаций.

Долговечность характеризуется временем, в течение кото рого в сооружениях, с перерывами на ремонт, сохраняются экс плуатационные качества на заданном в проекте (нормами) уровне; она определяется сроком службы не сменяемых при капитальном ремонте конструкций: фундаментов, стен, железо бетонных 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, теплои звукоизоля ции, 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 ме рами и периодическом проведении капитального ремонта.

Надежность здания (вероятность его безотказной работы), долговечность и износ могут быть представлены во взаимо связи графически, как показано на рис. 1, а. различают еще оптимальную долговечность, т. е. срок службы здания, в течение, которого экономически целесооб разно его восстанавливать однако наступает такой срок, когда затраты на восстановление становятся нецелесообразными, ибо превышают стоимость строительства нового здания. В период эксплуатации сооружения подвергаются многочис ленным природным и технологическим воздействиям, учиты ваемым в проекте при выборе материалов, конструкций и т. п.; однако на практике сочетание характеристик строительных ма териалов 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 уско ренного износа расходуются значительные материальные сред ства, ограничиваемые экономическими соображениями; рацио нальное эксплуатационное содержание сооружений — задача во многом индивидуальная, решение которой требует специ альной 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, по вышенного 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 необра тимые деформации, приводящие к структурным изменениям материала, медленному его разрушению; участок III — период ускоренного износа, когда он достигает критического значения и возникает вопрос о це лесообразности ремонта или списания и разборки сооружения. В работе конструкций из бетона различают период упрочения — набора прочности, главным образом вслед ствие дальнейшей гидратации цемента, и период разру шения, снижения прочности из-за разрушения скелета мате риала. Для строительных конструкций, в частности бетонных, характерен хрупкий вид разрушения без заметных остаточных деформаций; при этом на величину разрывного усилия оказы вает существенное влияние время, в течение которого действует усилие, происходит «подготовка» разрушения, «накапливаются» микротрещины. , При эксплуатации сооружений различают силовое воздей ствие 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 при водит к непрерывному снижению прочности и разрушению структуры; разрушение при этом называется коррозией.

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

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

Вещества и явления, способствующие разрушению, корро зии, 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 пас сивна. Так, теплый, влажный воздух весьма агрессивен по от ношению к стали, но цементный бетон он упрочняет.

Разрушение строительных материалов носит весьма разно образный характер: химический, электрохимический, физиче ский, 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 ( CS 2), углекислый газ (СО 2 ), сернистый газ ( SO 2 ) 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 агрессив ной среде.

Твердые среды — это пыль, грунты и т. п. Их агрессивность оценивается четырьмя показателями: дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью и влажностью окру жающей среды. Влага в твердых средах играет особенно ак тивную 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 воздейст вия, относительно долговечности, экономичности и других по казателей.

Поэтому важной задачей персонала эксплуатацион ной службы является учет специфических воздействий на сооружения, что способствует обеспечению заданной их долго вечности.

Рассмотрим основные факторы, воздействующие на сооружения.

Воздействие воздушной среды. В атмосфере содержатся пыль и газы, способствующие разрушению зданий.

Загрязнен ный 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 со храняться 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 сгора ния 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 за грязняет атмосферу пылевидное топливо, ибо при его сжигании вместе с дымом уносится много золы и пыли, меньше всего — природные газы.

Основными продуктами сгорания большинства видов топ лива являются углекислый (СО 2 ) и сернистый ( SO 2 ) газы. При растворении углекислого газа в воде образуется углекис лота — конечный продукт сгорания многих видов топлива; она разрушающе действует на бетон и иные материалы. При рас творении сернистого газа в воде образуется серная кислота, также разрушающая бетон. Кроме углекислоты и серной кислоты, в дымах накаплива ются 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 хло риды, соли серной кислоты и другие вредные для строительных материалов вещества.

Влажность воздуха повышает его агрес сивное воздействие, в частности на металлы.

Воздействие грунтовой воды.

Имеющаяся в природе грун товая вода может быть: связанной (химически, гигроскопиче ски и осмотически впитанной или пленочной); свободной; паро образной (перемещающейся по порам из мест с большой упру гостью 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 рас твор 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 си лами, либо в пленочную, поверх молекулярной, либо в грави тационную, свободно перемещающуюся в грунте под действием сил тяжести.

Гравитационная влага может доходить до грун товой 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 капилляр ная 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 сооруже ний. В районах с большим количеством осадков (в северных) уровень грунтовых вод поднимается и снижается их карбонатная жесткость (в результате разбавления осадками); это уси ливает способность вод к выщелачиванию извести в бетонных конструкциях. В засушливых районах, наоборот, из-за боль шого 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 повы шает их коррозионную активность.

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

Некоторые кон струкции, например цокольные части, находятся в зоне пере менного увлажнения и периодического замораживания. Отри цательная температура (если она ниже расчетной или не приняты специальные меры для защиты конструкций от увлаж нения), приводящая к замерзанию влаги в конструкциях и грунтах оснований, разрушающе действует на здания. При замерзании воды в порах материала объем ее увели чивается, что создает внутренние напряжения, которые все воз растают вследствие сжатия массы самого материала под влия нием охлаждения.

Давление льда в замкнутых порах весьма велико — до 20 Па.

Разрушение конструкций в результате за мораживания происходит только при полном (критическом) влагосодержании, насыщении материала. Вода начинает замерзать у поверхности конструкций, а по этому разрушение их под воздействием отрицательной темпе ратуры начинается с поверхности, особенно с углов и ребер.

Максимальный объем льда получается при температуре —22°С, когда вся вода превращается в лед.

Интенсивность за мерзания влаги зависит от объема пор. Так, если вода в боль ших 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 устойчи вым— с крупными порами, соединенными тонкими капилля рами, так как перераспределение в них влаги затруднено.

Напряжение в конструкциях зависит не только от темпера туры охлаждения, но и от скорости замерзания и числа пере ходов через 0 °С; оно тем сильнее, чем быстрее происходит за мораживание. 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, по строенных на глинистых и пылеватых грунтах, мелкои сред не - зернистых песках, в которых вода по капиллярам и порам поднимается над уровнем грунтовых вод и находится в связан ном виде.

Связанная вода замерзает не сразу и по мере за мерзания перемещается из зон толстых оболочек в зоны с обо лочками меньшей толщины; это объясняется подсасыванием воды из нижних слоев в зону замерзающего грунта.

Промерзание и выпучивание грунтов опасны только для на земных 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 теплопро водности при увлажнении.

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

Воздействие технологических процессов.

Каждое здание и сооружение проектируется и строится с учетом воздействия предусматриваемых в нем процессов; однако из-за неодинако вой стойкости и долговечности материалов конструкций и раз личного влияния на них среды износ их неравномерен. В пер вую очередь разрушаются защитные покрытия стен и полы, окна, двери, кровля, затем стены, каркас и фундаменты. Сжа тые элементы и элементы больших сечений, работающие при статических нагрузках, изнашиваются медленнее, чем изгибае мые и растянутые тонкостенные, которые работают при дина мической 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 среднещелочной средах. Для него опасны плавиковая кислота и рас твор едкого натра, он разрушается также при солевой кор розии. Сухой бетон морозостоек, однако пересыхание его при температуре выше 60—80 °С приводит к обезвоживанию, прекра щению гидратации, усадке, температурным деформациям.

Предварительно-напряженный железобетон теряет свои проч ностные качества уже при температуре выше 80 °С в резуль тате снижения напряжения в арматуре.

Минеральные масла химически неактивны по отношению к бетонам, но в то же время отрицательно на них воздейст вуют, так как их поверхностное натяжение в два-три раза меньше, чем у воды, а поэтому они обладают большей смачи вающей способностью и большей силой капиллярного поднятия: масло, попавшее на бетон, глубоко проникает в него, раскли нивая частицы, изолируя зерна цемента от влаги и прекращая тем самым их дальнейшую гидратацию.

Относительное сниже ние прочности бетона под действием пролитого масла тем значительнее, чем выше водоцементное отношение (В/Ц): с уве личением пористости бетона возрастает его насыщенность рас творами, 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 зда ниях 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 со стоянии важна также культура их технической эксплуата ции: чем выше агрессивность среды в сооружении, тем чаще должны проводиться обследования и возможно быстрее восста навливаться 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 ускорен ного, преждевременного износа, в своевременной замене, уси лении конструкций и оборудования с малыми сроками службы.

Различают физический износ и моральное старение.

Физический износ — это потеря конструктивными элемен тами первоначальных физико-технических свойств.

Моральное старение бывает двух форм: снижение стоимости сооружения, обусловленное научнотехническим прогрессом и удешевлением строительства с те чением времени, при строительстве новых зданий; потеря сооружением технологического соответствия его на значению, восстановление которого связано с дополнительными затратами.

Физический износ конструкций сооружения определяется по Методике определения физического износа гражданских зда ний, изданной МЖКХ РСФСР в 1970 г.

Сущность ее состоит в следующем: износ конструкций (%) определяется по специально разра ботанным таблицам внешних признаков износа; таких таблиц разработано 54: для разных типов фундаментов, стен, перекры тий и других конструкций; износ сооружения (%) определяется как сумма произведе ний износа отдельных конструктивных элементов на, их удель ную стоимость, деленная на 100. Для этого разработан Сбор ник укрупненных показателей восстановительной стоимости жи лых и общественных зданий (Госстрой СССР, 1970). В нем приведена доля стоимости конструктивных элементов в раз личных 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 де вять элементов. В табл. 3.1 приведен пример определения фи зического износа здания по девяти его конструктивным элемен там. 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 физиче ский износ, достигнув 35—40%, прекращается во времени — кривые на графиках приближаются к горизонтальной линии и долговечность зданий становится как бы бесконечной без ка питальных ремонтов. На самом же деле это не так. Износ с течением времени возрастает, особенно резко после достиже ния 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 ока зывают влияние очень многие факторы. Даже здания, построен ные 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 приве дены 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 изнаши ваются, чем малоэтажные, и т. п.

Поэтому факторы, влияю щие на интенсивность физического износа, должны возможно полнее учитываться проектировщиками, строителями, эксплуа тационниками 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 факто ров и их влияние на износ конкретного здания.

Величину сни жения износа при капитальном ремонте можно вычислить пу тем 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 — техно логическое старение — требует дополнительных капи тальных вложении на его ликвидацию, на модернизацию соору жений применительно к современной технологии устране нием этого вида старения приходится все время встречаться на практике.

Однако определение морального старения второй формы более сложно, и поэтому нет еще официальной мето дики его расчета. Можно воспользоваться ленинградским методом совместного учета физического износа и морального старе ния при составлении перспективных планов ремонта и модер низации 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 тех нологии в машиностроении происходит через пять лет, в радио электронике в течение одного года, что требует переоборудо вания и модернизации зданий.

Моральный износ происходит скачкообразно по мере изме нения 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 не давно газификация считалась положительным элементом благоустройства, а сегодня делается упор на замену газа электри чеством, газовых колонок— горячим водоснабжением и т. п.

Устранение морального износа второй формы во время ка питального ремонта с переоборудованием и модернизацией и есть денежное его выражение. Таким образом, в отличие от морального износа первой формы, не связанного с дополни тельными затратами, моральный износ второй формы погло щает почти треть стоимости капитального ремонта, а иногда и больше. В настоящее время 75 % капитальных вложений рас ходуется 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 М 2 оценивают путем сравнения восстановительной (балансовой) стоимости старого здания и нового, построенного в соответствии с совре менными требованиями: M a = ( C i — C 1 )/ C i -№, (2) где С 1 и С 2 — восстановительная стоимость старого и стои мость 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 оп ределен по выражению: g ecT = а*Тест . (3) где а — ежегодный износ, %; Тест — срок эксплуатации до пре дельного 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 пе риодических ремонтов ( а ), виды износа и оптимальная долговеч ность зданий ( б ) Для практических целей важно рассчитать межремонтный период, чтобы обоснованно проводить профилактические ре монты.

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 опре делить, а поэтому нельзя еще рассчитать периодичность про филактических 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 оборудо вания, позволяет снизить износ и благодаря этому продлить срок службы зданий.

Физический износ можно уменьшить пу тем капитального ремонта, а моральный — только модерниза цией. 2.3 Классификация повреждений зданий и ее практическое использование При эксплуатации сооружений первостепенное значение от водится 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 конструк ций; значимости последствий разрушения и трудоемкости восста новления зданий.

Причинами, вызывающими повреждения зданий, являются: воздействие внешних природных и искусственных факторов; влияние внутренних факторов, обусловленных технологиче ским процессом; проявление дефектов, допущенных при изысканиях, проекти ровании и возведении зданий; Недостатки и нарушение правил эксплуатации зданий, соору жений и санитарно-технического оборудования. По механизму коррозионного процесса разли чают следующие основные виды коррозии: химическую, электрохимическую, физико-химическую и физическую.

Химическая коррозия материала конструкций сопровожда ется 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 — аг рессивная среда» и начинается электрохимическая коррозия. Если физическое разрушение конструкции сопровождается изменением и структуры материала, например выщелачиванием, кристаллизационным разрушением, то такая коррозия называ ется физико-химической. Чаще всего здания, их конструктивные элементы и обору дование преждевременно выходят из строя в результате воздей ствия не одного, а суммарного воздействия многих факторов; это прежде всего увлажнение и переменные температуры, а также механическое, химическое, биологическое и другие воз действия. При этом заметное влияние одного какого-либо фак тора 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 дефек тами проектирования, строительства, стихийными явлениями, а также нарушением правил эксплуатации зданий и сооруже ний; 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 ха рактера, устраняемые при капитальном ремонте; III — повреждения второстепенных элементов (отпадение штукатурки и т. п.), устраняемые при текущем ремонте.

независимая экспертиза лицензия в Москве
оценка авто для наследства в Калуге
оценка векселя в Туле