Физический износ и естественное старение

С первых дней эксплуатации все элементы и конструкции зданий изменяются, постепенно снижая свои прочностные качества. Эти из­менения происходят под воздействием многих физико-механических и химических факторов. К ним относятся неоднородность материа­лов, повышение напряжений, приводящие к микроразрывам в мате­риале, попеременное увлажнение и высушивание, периодические за­мораживания и оттаивания, резкие перепады температур, воздейст­вие солей и кислот, выщелачивание, коррозия металла, загнивание древесины, истирание конструкций и т. п. Происходят постепенные изменения структуры и свойств материалов.

В зданиях, эксплуатирующихся более 40 лет, при деревянных пе­рекрытиях и деревянных перегородках наблюдается в штукатурном слое по потолочной поверхности и в перегородках в местах примыка­ния к полу и потолку значительное количество трещин, а в некоторых местах отслоение штукатурного слоя. Это явление обусловливается: выработкой штукатурным слоем нормативного срока эксплуатации; зыбкостью полов либо сверхнормативными прогибами балок пере­крытий, а также значительным слоем штукатурки.

Деревянные балки междуэтажных перекрытий, и особенно чер­дачного перекрытия, работающие продолжительное время (более 50 лет) в переменном температурно-влажностном режиме, расслаи­ваются в продольном направлении, что приводит к снижению их не­сущей способности.

Дощатые полы при эксплуатации более 40 лет в зонах интенсив­ной эксплуатации (места общего пользования) бывают в значитель­ной степени повреждены, поэтому это влечет за собой потерю конст­руктивной надежности и эстетичности.

Металлоконструкции в процессе старения укорачиваются при од­новременном снижении пластичности и вязкости и повышении хрупкости. С течением времени из перенасыщенной твердой среды выделяется избыточный компонент в виде мельчайших частиц. В ма­лоуглеродистых сталях вследствие процессов карбонизации образу­ется ржавчина, которая, увеличивая в целом объем конструкции, уменьшает рабочее сечение элемента. В результате сокращается пло­щадка текучести и, хотя упругие свойства стали повышаются, значи­тельно уменьшается ее удлинение и таким образом увеличивается хрупкость.

Все строительные материалы и конструкции постепенно разру­шаются под воздействием внешних факторов: механических, физи­ческих, биологических, химических и др. Процессы, разрушающие строительные материалы вследствие внешнего воздействия, называ­ются эрозией и коррозией.

Эрозия — процесс размыва водой, истирание песком или пылью поверхности конструкции и строительных грунтов (размыв поверх­ности кровли и стен стекающей водой, истирание фасадов зданий песком или пылью). Наибольшую опасность представляет эрозион­ное воздействие грунтовых вод на основание под зданием.

Коррозия — процесс разрушения строительных материалов вследствие воздействия физико-химических явлений. Строительные материалы и конструкции подвержены коррозии на воздухе, под во­дой и в грунте. В зависимости от этого возникают разные виды корро­зии.

На поверхности причиной коррозии является проникновение в поры и гигроскопические трещины строительных конструкций водя­ного пара.

При колебаниях температуры от плюсовой до минусовой вода в порах замерзает, разрушая структуру материала. Растворы солей, на­ходящиеся на поверхности конструкций, проникают в поры и трещи­ны. Вследствие испарения воды соль кристаллизуется, действуя на структуру материала подобно замерзшей воде, что приводит к разру­шению конструкции.

Разрушение наружных поверхностей кирпичных стен, называе­мое выветриванием, происходит под влиянием многих факторов: пе­ремены температуры, действия ветров, чередующихся увлажнением и высыханием, замерзанием воды в порах.

Другой причиной разрушения коррозией строительных материа­лов является окисление. Этот процесс происходит обычно в присут­ствии воды и вызывает дополнительно гидратацию и увеличение объ­ема материала.

В водной среде также протекают процессы коррозии строитель­ных материалов, причем их вид и интенсивность зависят от химиче­ских свойств воды.

Таким образом, для оценки и обеспечения надежности эксплуа­тируемых зданий необходимым является знание (прогноз) ресурса всех конструкций, срока их службы. В общем виде именно они опре­деляют периоды и объемы ремонтов. Установленные нормами сроки службы конструкций являются усредненными, расчетными сроками, обусловленными физическим (техническим) износом материала. Фактические сроки службы характеризуются реальными условиями эксплуатации во временном интервале.

Вследствие потери качества происходит соответствующая утрата стоимости зданий и сооружений.

Величина физического износа — это количественная оценка тех­нического состояния, характеризующая долю ущерба, потери по сравнению с первоначальным состоянием технических и эксплуата­ционных свойств конструкций за период эксплуатации. Ущерб может быть выражен также в снижении первоначальной стоимости конст­рукций или здания в целом. При такой оценке технического состоя­ния конструкций становится возможно их сопоставление, несмотря на различные свойства и особенности.

При выполнении капитального ремонта физический износ час­тично ликвидируется, а действительная стоимость здания увеличива­ется. В строгом смысле ремонтироваться должны только сменяемые конструкции, нормальный срок службы которых менее нормативно­го срока службы здания, который, в свою очередь, определяется нор­мативными сроками службы основных несменяемых конструкций (фундаменты, стены). Несменяемые конструкции по физическому смыслу ремонтироваться не могут, и проводимые в них укрепитель­ные работы носят восстановительный характер. С экономической точки зрения недопустимо отнесение восстановительных работ к ка­питальному ремонту. Пренебрежение этим положением приводит к ошибочному представлению, будто на протяжении срока эксплуата­ции износ элементов и зданий в целом почти не увеличивается, а срок службы становится неопределенно продолжительным, зависящим от числа ремонтно-восстановительных циклов.

В связи с неравномерностью износа отдельных элементов, их раз- нопрочностью, необходимостью восстановления зданий при повре­ждениях, использованием ремонтными предприятиями новых строительных материалов и современной технологии организации работ при капитальном ремонте выполняются частично и восстано­вительные работы, при этом повышается уровень надежности, увели­чивается долговечность, возрастает стоимость. При капитальном ре­монте зданий в сменяемых конструкциях весь физический износ мо­жет быть устранен, а в несменяемых — только уменьшен. В табл. 2.4 приведены данные о стоимости несменяемых элементов для кирпич­ных и полносборных зданий.

Таблица 2.4. Стоимость несменяемых элементов зданий

Конструкции

Доля общей стоимости, %

в кирпичных зданиях старой постройки

в полносборных зданиях

Фундаменты

5

7

Стены

35

30

Лестницы

2

2

Перекрытия

               —

11

Крыши

               —

3

Итого

42

53

 

В основу нормативных документов по определению величины физического износа положены закономерности соотношения физи­ческого износа и стоимости объективно необходимого ремонта на преодоление этого износа (восстановление). Предполагается, что физический износ здания с годами увеличивается (рис. 2.30). Факти­чески же в результате капитального и текущего ремонтов темпы роста физического износа снижаются.

Анализ обследований зданий в Москве и других городах России показывает, что износ как зданий в целом, так и отдельных его эле­ментов происходит наиболее интенсивно в первый период эксплуата­ции (20—30 лет) и после 90—100 лет.

Физический износ конструкций и элементов в укрупненных по­казателях и характеристика его состояния приведены в табл. 2.5.

aal

Таблица 2.5. Физический износ конструкций и элементов зданий

Физиче­ский из­нос, %

Оценка тех­нического состояния

Общая характеристика технического состояния

Примерная стоимость капитального ремонта в восстановительной стои­мости конструктивных элементов, %

0-20

Хррошее

Повреждений и деформаций нет. Имеются отдельные устраняемые при текущем ремонте мелкие дефекты, не влияющие на эксплуатацию конст­руктивного элемента. Капитальный ремонт может производиться лишь на отдельных участках, имеющих отно­сительно повышенный износ

До 10

21-40

Удовле­творитель­ное

Конструктивные элементы в це­лом пригодны для эксплуатации, но требуют некоторого капитального ремонта, который наиболее целесо­образен именно на данной стадии

15-30

41-60

Неудовле­творитель­ное

Эксплуатация конструктивных эле­ментов возможна лишь при условии значительного капитального ремонта

40-80

61-80

Плохое

Состояние несущих конструктив­ных элементов аварийное, а ненесу­щих — весьма ветхое. Ограниченное выполнение конструктивными эле­ментами своих функций возможно лишь по проведении охранных ме­роприятий или полной смены кон­структивного элемента

90-120

На развитие физического износа влияет целый ряд факторов. Сте­пень влияния некоторых из них приведена ниже в виде коэффициен­тов значимости:

Неиспользование жилого здания с отключением всех видов инженер­ного благоустройства.........48

Объем и характер капитального ремонта.............................................................................14

Периоды эксплуатации...........................................................................................................3,2

Уровень содержания и текущего ремонта............................................................... .............3,1

Санитарно-гигиенические факторы (инсоляция и аэрация)................................................2,5

Качество работ при капитальном ремонте...........................................................................1,9

Качество работ при сооружении здания................................................................................1,4

Этажность................................................................................................................................1,4

Планировка здания..................................................................................................................1,2

Плотность заселения...............................................................................................................1,1

Физический износ конструкций и зданий связан со старением ма­териалов. Интенсивность такого старения различна во времени.

Кроме временного (естественного) износа, на конструкции зда­ний влияют и другие виды материального износа: механический, ис­тирание; усталостный при повторных знакопеременных нагрузках (температурные, ветровые); коррозия металлических деталей, конст­рукций и элементов; эрозия, выветривание каменных и бетонных конструкций; гниение древесины, поражение ее грибами и жука­ми-точильщиками. Механизм и интенсивность действия этих про­цессов различны. Каждый из них в отдельности или в совокупности ведет к постепенной утрате прочностных и эксплуатационных ка­честв конструкций, элементов и зданий в целом.

Наиболее распространенными методами оценки физического (материального) износа являются: а) определение износа по норматив­ным срокам службы (обратная задача); б) обследование фактического состояния объекта в целом или его важнейших конструктивных эле­ментов (частей, узлов); в) определение износа по объему выполненных ремонтных работ для восстановления конструкции. Важность обсле­дования и уточнения расчета величины физического износа определя­ется тем, что сроки, объемы и виды ремонта назначаются в зависимо­сти от физического износа конструкций и зданий в целом.