Плуатационные свойства конструкций зда-

НИЙ

Теоретические основы старения и разрушения эле-

Ментов зданий и сооружений

Надежность, экологическая безопасность и экономическая

эффективность – таковы общие требования, предъявляемые к

вновь возводимым и уже эксплуатируемым зданиям и сооруже-

ниям.

В процессе эксплуатации под воздействием агрессивных

факторов внешней среды, особенностей технологических про-

цессов происходит изменение свойств материалов и конструк-

ций, увеличивается риск нарушения их качества и нанесения

ущерба окружающей среде.

Несвоевременно выявленные и устраненные дефекты эле-

ментов зданий нередко перерастают в серьезные нарушения. Их

последствия помимо значительных материальных затрат, свя-

занных с восстановлением эксплуатационных свойств конст-

рукций, приводят к социальному и экологическому ущербу.

Поэтому важно правильно и своевременно оценить состояние

конструкций и оборудования зданий, спрогнозировать возмож-

ное развитие дефектов и разработать мероприятия по их стаби-

лизации или устранению.

Для этого необходимо иметь представление о механизме раз-

рушения и износа конструктивных элементов в процессе экс-

плуатации, о механизме влияния факторов внешней среды экс-

плуатации на строительные конструкции. Учет законов износа и

старения материалов строительных конструкций позволяет бо-

лее эффективно решать задачи повышения качества эксплуата-

ции зданий.

В зависимости от того, какие первоначальные свойства мате-

риалов изменяются в результате действия внешних факторов

природного или техногенного происхождения, различают две

формы изменений – износ и старение.

Износ–это изменение параметров, формы, массы техниче-

ского объекта или состояния его поверхности вследствие оста-

точной деформации от постоянно действующих нагрузок или

из-за разрушений поверхностного слоя под воздействием окру-

жающей среды.

Старение – процесс изменения физико-химических свойств

и микроструктуры материала конструктивного элемента при

длительной естественной выдержке, т.е. в результате воздейст-

вия на конструкцию окружающей среды и механических нагру-

зок, связанных с технологическими процессами в здании. Ста-

рение материала носит необратимый характер и предшествует

его разрушению.

В процессе эксплуатации большинство конструкций работает

под нагрузками, являющимися причиной образования трещин в

материале, приводящих к ускоренному износу и разрушению

материала.

Разрушение материала – это макроскопическое нарушение

сплошности материала в результате тех или иных воздействий

на него.

Различают следующие виды разрушений:

- начальное разрушение (образование и развитие трещин);

- полное разрушение (разрушение тела на две части и бо-

лее);

- хрупкое разрушение (без значительной пластической де-

формации);

- пластичное разрушение (или вязкое);

- усталостное разрушение (в результате механических воз-

действий);

- длительное разрушение (под воздействием окружающей

среды).

Разрушение под воздействием нагрузок происходит локаль-

но, в месте наиболее опасного дефекта. Иногда полного разру-

шения не происходит, но местные деформации достигают таких

значений, что дальнейшая безотказная эксплуатация становится

невозможной.

В отличие от нагрузок разрушение под воздействием окру-

жающей среды происходит равномерно в одном или нескольких

местах и сопровождается интенсивным физическим износом.

В зависимости от характера факторов, воздействующих на

конструкцию, различают 3 случая разрушения:

- под воздействием нагрузок: большие динамические и

статические нагрузки вызывают значительные, превышающие

допустимые значения напряжений в материале;

- под воздействием факторов окружающей среды: значи-

тельная агрессивность окружающей среды даже при малых на-

пряжениях от статических и динамических нагрузок приводит к

разрушению материала конструкции;

- совместное воздействие механических нагрузок и факто-

ров окружающей среды: каждый из факторов активизирует об-

щее воздействие.

При правильном расчете строительной конструкции и учете

всех нагрузок, воздействующих на нее в процессе эксплуатации,

наиболее значимыми в разрушении материала будут факторы

окружающей среды, поскольку учет влияния всех этих факторов

невозможен. Механические воздействия в свою очередь приво-

дят к активизации процессов, связанных с воздействием окру-

жающей среды.

В условиях эксплуатации сооружений часто наблюдаются

второй и третий случаи разрушения конструкций.

Любому разрушению предшествует повреждение – это на-

чальная стадия разрушения отдельных строительных конструк-

ций, т.е. потеря первоначальных свойств элемента при изготов-

лении, транспортировании, монтаже или эксплуатации.

Поскольку повреждение является начальной стадией разру-

шения, очень важно в процессе эксплуатации зданий оценить

его характер и уровень опасности.

В зависимости от характера процессов разрушения различа-

ют следующие виды повреждений:

- механические (приложение нагрузки сверх расчётной ве-

личины, например, не учтенное в расчетах дополнительное обо-

рудование, деформация грунтов оснований, сейсмическое воз-

действие, механическое повреждение);

- физико-химические (коррозия, вызванная действием рас-

творов кислот, солей, щелочей).

По степени разрушения можно выделить следующие группы

повреждений:

- повреждения аварийного характера. Такие повреждения

возникают, в первую очередь, в результате воздействия стихий-

ных бедствий и чрезвычайных ситуаций (ливни, снегопады, за-

топление, пожары, взрывы), а также при ошибках и дефектах,

допущенных в процессе изыскания, проектирования, строитель-

ства, при нарушении правил эксплуатации.

- повреждения несущих конструкций. Такие повреждения

обусловлены влиянием внешних изменившихся факторов окру-

жающей среды, технологических факторов, а также нарушения-

ми правил эксплуатации.

- повреждение второстепенных элементов, например, от-

слоение штукатурки, плиток облицовки, сколы ступенек и т.д.

Повреждения аварийного характера устраняются при прове-

дении аварийных ремонтов, повреждения несущих конструкций

–при капитальном ремонте, прочие повреждения – при текущем

ремонте здания.

Следующее понятие теории надежности – дефект. Дефект –

отдельное несоответствие конструкции определенным парамет-

рам, установленным нормативными или проектными требова-

ниями. При проявлении дефектов, допущенных в ходе изыска-

ния, строительства и эксплуатации, износ зданий ускоряется.

Следует иметь в виду, что в материале строительной конструк-

ции на уровне микроструктуры всегда присутствуют дефекты

различного происхождения и различной степени опасности.

Наиболее опасны дефекты в основных конструктивных эле-

ментах здания (основаниях, фундаментах, перекрытиях, стенах),

т.к. их проявление ведет к повреждениям и разрушению всего

здания.