2.3.5. 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 обуславливается: 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

576

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 здания.)

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. $

581

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 разнопрочностью, необходимостью восстановления зданий при повреждениях, использованием ремонтными предприятиями но­

9 -4028 ⁵⁸⁶

вых 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 обшей 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. 2.25). Фактически же в результате капитального и текущего ремонтов темпы роста физического износа снижаются.

_{Износ, %}

₇₀

_{10 20 30 40 50 60 70 80 90 Г, год}

590

Рис. 2.25. Изменение физического износа жилых зданий: 7 — по данным С. К. Балашова; 2 — фактические данные

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.

Таблица 2.5. Физический износ конструкций и элементов здании

Физиче­ский износ, %	Оценка технического состояния	Общая характеристика технического состояния	Примерная стоимость капитального ремонта в восстановительной стоимости конструк­тивных элементов, %
0-20	Хорошее	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

9* 131*

Периоды эксплуатации............................................................

Уровень содержания и текущего ремонта...............................

Санитарно-гигиенические факторы (инсоляция и аэрация)

Качество работ при капитальном ремонте..........................

Качество работ при сооружении здания..............................

Этажность................................................................................

Планировка здания..................................................................

Плотность заселения...............................................................

^3,2

3,1 2,5 1,9 1,4 1,4 1,2

_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.

2.3.6. Повреждения и дефекты, связанные с неудовлетворительной эксплуатацией

Надлежащая эксплуатация жилых домов обеспечивает безава­рийное содержание жилищного фонда, эксплуатацию конструк­тивных элементов здания и инженерного оборудования в преде­лах установленных минимальных сроков эксплуатации, создает условия для безотказной работы конструкций и инженерного оборудования.

Техническая эксплуатация включает в себя: постоянный уход за конструкциями и оборудованием; периодические осмотры и

598

оценку технического состояния; профилактический и восстанови­тельный ремонты.

Наиболее сложны при эксплуатации зданий оценки техниче­ского состояния конструкций и инженерного оборудования, определение границ ремонтных работ. Нарушение режима наибо­лее опасно влияет на состояние несущих конструкций. Наруше­ния режима эксплуатации оказывают серьезное влияние на уско­рение износа, снижение надежности и долговечности здания.

Нарушение консервации конструктивных элементов

Консервация всех конструктивных элементов, предохраняю­щая их от атмосферных осадков, является основным условием правильной эксплуатации и содержания здания в надлежащем техническом состоянии. Любое повреждение элементов, предо­храняющих здания от атмосферных осадков, является угрожаю­щим по своим последствиям. Так, вода или снег, проникая даже через небольшие трещины или щели, расширяет их и становится причиной возникновения эрозионных и коррозионных процес­сов, а также создает благоприятную среду для появления и рас­пространения в деревянных конструкциях домовых грибов и пле­сени, в металлоконструкциях — коррозии.

Кроме грунтовой и поверхностной вода появляется в конст­рукциях вследствие гигроскопического распространения подни­мающейся вверх влаги.

Капиллярная вода распространяется лучевидно (подобно теп­лу) вопреки силе тяготения и может подниматься на высоту 1—2 м и выше.

Гигроскопическая влага содержится во всех пористых строи­тельных материалах (кирпич, бетон, пористый камень). Распро­страняется она медленно, но постоянно. Основная причина по­явления гигроскопической влаги — нарушение вертикальной и горизонтальной гидроизоляции, разрушение штукатурного слоя или облицовочной плитки цокольной части здания, отсутствие либо частичное разрушение отмостки вокруг здания, нарушение гидроизоляции полов балконов, лоджий, отсутствие металличес­кого окрытия подоконников, выступающих за плоскость фасада поясов, и т. д.

Нарушение температурно-влажностного режима

^{в помещениях}

Основной причиной миграции влаги в эксплуатируемых по­мещениях с повышенной влажностью является неудовлетворите­льная работа вентиляции. Вследствие этого происходит образова­

603

ние сверхнормативной влажности с возникновением конденсата на поверхности наружных кирпичных стен. Кладка подвергается местному увлажнению. Увлажненные участки работают в менее благоприятных условиях, чем вся остальная кладка. Это приводит к значительному снижению теплоизоляционных свойств отдель­ных участков кирпичной кладки, а нередко и к ее разрушению.

Отсутствие вентиляции в жилых комнатах и ее слабое функ­ционирование в кухнях и ванных в полносборных домах с трех­слойными стеновыми панелями приводит к значительному сни­жению теплоизоляционных свойств наружных стен, коррозии арматуры в узлах и в сборных элементах. При низкой температу­ре наружного воздуха сконденсированный водяной пар может за­мерзнуть и разрушить структуру материала стены.

Отличительной особенностью жилищного строительства до начала 50-х гг. прошлого столетия является широкое использова­ние деревянных конструкций в перекрытиях и кровлях.

Деревянные конструкции имеют существенный недоста­ток — в результате длительного увлажнения они разрушаются от гниения, особенно в опорных частях. При повреждении гидро­изоляции нарушается влажностный режим опорных частей дере­вянных конструкций. Пораженная опорная часть балки перекры­тия ослабляет анкерное соединение балки с кирпичной кладкой и тем самым приводит к нарушению пространственной жестко­сти кирпичного здания в целом.

Изменение тепловлажностного режима может вызвать образо­вание продольных усушечных трещин, ослабление узловых соеди­нений и нарушение пространственной жесткости деревянной конструкции в целом, что может привести к перераспределению нагрузок на капитальные кирпичные стены и к возникновению дополнительных деформаций.

Необеспечение нормального тепловлажностного режима чер­дачного пространства вызывает образование в холодный период года наледей в зоне карнизов и нарушение фальцевых соедине­ний. Сбрасывание наледей и снега с применением железных ло­пат и ломов вызывает повреждения в кровельном покрытии, что, в свою очередь, приводит к проникновению воды в чердачное пространство, замачиванию помещений верхнего этажа. Образо­вание положительной температуры в чердачном помещении обу­словлено неудовлетворительным состоянием теплоизоляции чер­дачного перекрытия; верхней разводки центрального отопления; вентиляционных шахт, канализационных стояков и проникнове­нием теплого воздуха из помещения лестничной клетки.

К основным нарушениям эксплуатации относятся: недоста­точный контроль и уход за водопроводно-канализационными и

609

отопительными системами, отсутствие ухода за водосточными трубами, несвоевременное удаление снега с крыш и балконов, несвоевременный ремонт отмостки вокруг здания, что приводит к значительному проникновению атмосферных осадков в подзем­ную часть здания.

Все перечисленные повреждения элементов зданий и инже­нерного оборудования легко определить визуально. Причинами их широкого распространения является несоблюдение сроков пе­риодических и текущих ремонтов. Так, образование трещин и от­падение целых кусков наружной штукатурки стен чаще всего на­блюдается в местах, подверженных воздействию дождевой воды вследствие неправильного выполнения желобов, сливов, водо­сточных труб.

Во всех случаях увлажнения штукатурки повреждается окрас­ка стен и потолков, что проявляется в виде пятен и подтеков. После просушки ранее увлажненная окраска начинает отставать и осыпаться.

Наиболее опасными являются повреждения инженерного обо­рудования сетей центрального отопления и канализации, скры­тых в стенах. Дефекты сетей вызывают увлажнение всех частей здания, находящихся по вертикали вблизи лопнувшей трубы. Аварии магистральных водопроводных линий, проложенных вблизи здания, также ведут к серьезным последствиям из-за раз­мыва грунта под фундаментами водой, вытекающей под большим давлением из поврежденной водопроводной магистрали.

Переустройство жилых и нежилых помещений без согласова­ния с эксплуатирующей организацией и без проектной докумен­тации нередко приводит к предаварийному состоянию отдельных конструктивных элементов и здания в целом, особенно старой постройки. Перепланировка квартир в нарушение действующих строительных норм и правил может привести к ухудшению эксп­луатационных условий и создать определенные неудобства ниже­лежащим и примыкающим квартирам.

2.4. ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ И КОНСТРУКТИВНАЯ НАДЕЖНОСТЬ ГОРОДСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Наблюдения за трещинами городских сооружений — важная часть оценки их надежности.

Как известно, бетон хорошо работает на сжатие, но относи­тельно слабо на растяжение. Общепринятое отношение усилия растяжения к усилию сжатия составляет примерно 10 : 1. Когда

613

Ниже приведена классификация трещин, которая может быть использована при обследовании состояния городских инженер­ных сооружений:

а) характеристики ширины поверхностных трещин, мм:

б) характеристики расстояния между близлежащими трещина­ми, м:

Трещины размером до 0,1 мм называют «волосными» и в основном их не относят к категории опасных. Трещины от 0,1 до 0,5 мм являются наиболее частыми, подлежат более тщательному обследованию и локализации. Трещины от 0,5 до 1 мм, как пра­вило, требуют срочного ремонта (если это силовые трещины), их описание приведено ниже, мм:

Менее 0,1........................................................ Волосная

От 0,1 до 0,3................................................... Допустимая

От 0,5 до 0,7................................................... Крупная

От 0,7 до 3...................................................... Очень крупная (опасная)

Более 3........................................................... Разлом

Ширина трещин на поверхности может быть измерена с по­мощью откалиброванной пластиковой линейки или ручного от­градуированного микроскопа. За динамикой развития трещин можно наблюдать с помощью прибора первичной обработки и хранения информации, снабженного специальным датчиком пе­ремещений с диапазоном измерений 0,2—12 мм.

Более 0,1 0,1-0,3...

0,3-1......

1-2.........

2-5.........

5-10........

10.............

Супертонкая Очень тонкая Тонкая

Умеренно широкая Широкая Очень широкая Суперширокая

_{Более 0,025}

Суперблизко расположенные Очень близко расположенные Близко расположенные Умеренное расстояние Большое расстояние Очень большое расстояние Супербольшое расстояние Изолированная

0,025-0,1 0,1-0,25.. 0,25-0,5.. 0,5-1.......

1-10..........

Более 10.... Одиночная

617

^{Вопросы для самопроверки}

1. Назовите конструктивные особенности зданий в соответствии с периодами строительства.

2. Какие материалы применяются при выполнении фундаментов зданий?

3. Определите основные виды фундаментов и их конструктивные особенно­сти.

4. Назовите материалы для возведения стен зданий.

5. Какие бывают виды кирпичных кладок и в чем их особенность?

6. Раскройте конструктивную сущность возведения стен из облегченных строительных материалов.

7. Опишите основные виды отделки наружных поверхностей стен.

8. Дайте определение стенам из крупных блоков, укажите их преимущества и недостатки.

9. Дайте оценку панельным стенам гражданских зданий, назовите их преи­мущества и недостатки.

10. Приведите примеры разных типов панелей наружных стен, в чем их от­личие?

11. Какие требования предъявляются к ограждающим конструкциям в соот­ветствии с действующими теплотехническими нормами?

12. Назовите основные требования, предъявляемые к перекрытиям граждан­ских зданий.

13. Определите виды перекрытий в зависимости от конструктивных особен­ностей зданий.

14. Дайте определение балконам, эркерам и лоджиям. Их назначение, материал и конструктивные особенности.

15. Какие бывают лестницы, их назначение, материал и виды?

16. Назовите виды крыш, а также назначение и основные материалы для их изготовления.

17. Перечислите наиболее характерные повреждения и дефекты конструкций зданий.

18. Укажите причины нарушения тепловлажностного режима в помещениях.