43. Влияние отрицательных температур на основания зданий.

При отрицательных температурах основания под фундаменты, состоящие, в основном, из глинистых и пылеватых грунтов, мелких и среднезерннстых песков промерзают, что может вызвать увеличение их объема — пучение грунтов. Происходит это потому, что в этих грунтах вода в связанном с¬стоянии в капиллярах находится выше грунтовых вод, а при замерзании верхних слоев грунта происходит подсасывание воды из нижних слоев. При этом объем увеличивается и при температуре -22 °С давление от льда достигает 20 Па, что вызывает разрушение фундаментов и вышележащих стен.

44. Влияние отрицательных температур на конструкции зданий.

При строительстве новых зданий вблизи существующих необходимы мероприятия, которые бы препятствовали увлажнению оснований существующих фундаментов при отрывке вблизи них новых котлованов, иначе произойдет их промерзание, и как следствие, деформация в здании.

Каменные и бетонные конструкции, соприкасающиеся с воздухом или грунтом, часто увлажняются и промерзают. От этого в них возникают большие напряжения и трещины. Обычно эта конструкции выдерживают не более 100-300 циклов замораживания или оттаивания. Чем меньше пористость материала, тем сопротивление разрушению, т. е. морозостойкость конструкции, повышается.

В условиях зимнего строительства не всегда выполняют достаточный прогрев бетона и растворов, что приводит к их низкой прочности, и после размораживания возможны деформации и даже обрушения.

Для металлических конструкций также неблагоприятны низкие температуры. Поэтому важно строгое выполнение требований СНиП по назначению соответствующих марок сталей в зависимости от типов конструкции и температуры эксплуатации. Также важно выполнять конструктивные мероприятия, которые препятствовали бы хрупкому разрушению конструкций при низких температурах. К сожалению, были случаи, когда металлические конструкции, выполненные для южных районов, завозились на север и там разрушались еще до монтажа.

Деревянные конструкции при низких температурах и повышенной влажности испытывают большие напряжения, которые могут привести к возникновению и развитию трещин. Это можно наблюдать в чердачных помещениях: обрешетка и стропила намокают при некачественной кровле, а зимой промерзают. При этом доски растрескиваются, соединения в узлах и стыках ослабляются, и происходит деформирование элементов. Неблагоприятны низкие температуры к клееным конструкциям, выполненным с дефектами.

45. Коррозионное разрушение металлических и неметаллических (бетонных, каменных, деревянных, пластмассовых и др.) конструкций.

Существует ряд причин коррозионного разрушения металлических и неметаллических (бетонных, каменных, деревянных, пластмассовых и др.) конструкций. Они возникают от физических, химических, электрохимических и биологических воздействий. Процессы коррозии неметаллических материалов отличаются от процессов коррозии металлов. Если для металлов коррозия происходит на границе металла и среды, то коррозия пористых неметаллов происходит и на границе со средой и в глубине материала, что обуславливается процессами диффузии. Все зависит от природы материала (органического или неорганического происхождения) и агрессивности среды: концентрации вредных веществ, температуры и воздействия химических реагентов.

Например, пластмассы и резины при воздействии на них агрессивных сред теряют свою эластичность, твердеют и становятся рыхлыми и их прочностные свойства резко снижаются.

Бетон и каменные материалы разрушаются от воздействия агрессивной среды при образовании в его порах новых соединений большого объема.

Коррозия бетонных и железобетонных конструкций. Коррозия бетона различается по видам:

- коррозия, при которой происходит вынос и выщелачивание из бетона легко растворимых составляющих, в основном извести и щелочей;

- коррозия при карбонизации бетона;

- коррозия от химического разрушения компонентов бетона, когда происходят обменные реакции при действии щелочей, кислот, некоторых солей и органических веществ.

Степень опасности процессов выщелачивания определяется прежде все­го условиями взаимодействия бетона конструкции и воды. Наиболее опасны условия, когда вода фильтруется через тело бетона. Первый признак выщела­чивания - образование белых налетов, потеков и сталактитов, изменение цве­та бетона. При этом происходит уменьшение прочности бетона до 10%.

Другой вид разрушения бетона - карбонизация, когда гидроокись каль­ция в поверхностных слоях бетона, соединяясь с углекислотой воздуха, превращается в углекислый кальций. При этом не происходит разрушения бетона (рис.2.2). Как только фронт карбонизации доходит до ближайших поверхностей стержней арматуры, арматура начинает интенсивно коррози­ровать и происходит разрушение бетона от давления растущей иа стержнях ржавчины. При этом сперва образуются трещины, идущие вдоль рабочей арматуры, процесс раскрытия которых не затухает. В течение нескольких лет они раскрываются до нескольких миллиметров, после чего происходит отслоение защитного слоя бетона и коррозия быстро нарастает на открытом воздухе. При этом происходит резкое снижение несушей способности из-за разрушения сечения бетона и арматуры от коррозии.

Глубина карбонизации низкопрочного бетона может достигать 25 мм за 10 лет, в то время как плотный бетон подвергается карбонизации в тече­ние 50 лет.

Скорость карбонизации возрастает при увлажнении конструкций, по­вышенной влажности и температуре.

Разрушение бетона от химического разрушения компонентов бетона может происходить достаточно быстро и приводить к существенному изме­нению прочности бетона, сечения элемента конструкции и сцепления арма­туры с бетоном. Характерным признаком разрушения бетона от химического воздействия является разрыхление бетона с образованием пористой структуры.

Часто наблюдается одновременное сочетание различных видов корро­зии бетона.

Интенсивно процесс разрушения бетона и коррозия арматуры проис­ходит в агрессивной внешней среде, когда воздух, грунтовые воды, жидкая среда загрязнены химическими веществами. Особенно иитенсивно вызы­вают разрушение бетона и арматуры сернокислые соли (сульфиты), различ­ные кислоты, хлориды. Попадая на бетон в виде растворов или газов, онн образуют соединения, разрушающие бетон.

Коррозия стальных конструкций

Коррозия характеризуется образованием ржавчины, возникающей в ре­зультате химических реакций между металлом и окружающей средой. Толщина продуктов коррозии составляет около 1/3 толщины прокорродированного металла с каждой стороны элемента.

Для стальных конструкций наиболее часто встречается атмосферная коррозия.

Коррозия в зависимости от степени агрессивности внешней среды про­текает в большом диапазоне скоростей от 0,05 до 1,6 мм в год.

В зависимости от скорости коррозии незащищенных стальных конст­рукций различают три группы агрессивных сред:

слабая, характерная для жилых зон городов с коррозией до 0,1 мм в год; средняя, характерная для промышленных зон - от 0,1 до 0,5 мм в год и сильная, характерная для промышленных зон с агрессивной средой и вбли­зи морских берегов с коррозией более 0,5 мм в год.

Скорости коррозии 0,05-0,07 мм в год не очень опасны, так как тол­щины элементов конструкций к концу срока их службы уменьшаются не­много - на 2-2,5 мм.

Скорость коррозии зависит от условий среды, влажности, температуры и антикоррозионной защиты. С увеличением влажности и температуры ско­рость коррозии возрастает.

Различают три вида коррозии: поверхностная, сквозная и щелевая.

При поверхностной коррозии ржавчина располагается только на по­верхности металла. Это менее опасная коррозия, так как ее легко можно определить по цвету поверхности.

При сквозной коррозии образуется местное ограниченное, но прогресси­рующее разрушение в виде отверстия. Оно опасно, так как, во-первых, несмот­ря на небольшой диаметр, значительно уменьшает рабочее сечение элемента и вызывает концентрацию напряжений, во-вторых, его трудно обнаружить.

Щелевая коррозия образуется в местах примыкания стальных элементов и приводит к разрушению сварных швов и заклепок, соединяющих эти элементы.

Степень воздействия агрессивных сред на неметаллические конструкции определяется:

— для газовых сред — видом и концентрацией газов, растворимостью газов в воде, влажностью и температурой;

— для жидких сред — наличием и концентрацией агрессивностных агентов, температурой, величиной напора или скоростью движения жидкости у поверхности конструкции;

— для твердых тел (соли, аэрозоли, пыль, грунты) — дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью, влажностью окружающей среды

При неагрессивной среде в течение года эксплуатации не снижается прочность материала, и отсутствуют внешние признаки коррозии.

При слабоагрессивной среде теряется прочность до 5 % и наблюдается слабое поверхностное разрушение материала. Среднеагрессивная среда дает 5—20 % потери прочности материала, наблюдаются волосяные трещины, повреждения угловых зон.

При сильноагрессивной среде потери прочности достигают более 20 % и наблюдается сильное растрескивание материала.

Особенно вредные воздействия на конструкции оказывают:

— углекислый газ, сернистый ангидрид, фтористый водород, а также щелочи и кислоты;

— масла, нефть, нефтепродукты, растворители, различные виды сельскохозяйственных удобрений (фосфорные, аммонийные, азотные, калийные) и др.

Защиту строительных конструкций от коррозии выполняют в зависимости от агрессивности среды и видов строительных материалов в соответствии со строительными нормами.