Лекция 10 Техническая эксплуатация стен зданий

Стены выполняют различные функции в зависимости от конструктивной схемы здания. Основное функциональное назначение стен заключается в защите помещений здания от влияния климатических факторов, а также в передаче временных и постоянных нагрузок на фундаменты.

Задачей технической эксплуатации стен здание является сохранения их несущей способности и защитно-ограждающих свойств на протяжении всего срока службы. Потеря несущей способности может происходить в результате изменения физико–механических характеристик материала стен при воздействии на них факторов окружающей среды или увеличение нагрузок выше допустимых проектом.

Наиболее распространённой причиной ускоренного физического износа стен является периодическое их увлажнения в сочетании с температурными знакопеременными колебаниями.

Большинство строительных материалов стен можно рассматривать как трёх фазную систему: твёрдое тело – вода – воздух. Количественное соотношение между этими фазами обуславливает физическое свойство материала, их плотность и степень влажности. Массовая влажность wв – это отношение массы влаги, содержащейся в материале, к массе материала в высушенном состоянии, % :

wв = [(P1-P2)/P1] 100,

где: P₁ – масса образца материала до высушивания, кг;

P₂ – масса образца материала после высушивания, кг.

Объёмная влажность w₀ – отношение объёма влаги, содержащейся в образце материала, к объёму самого образца, %

w0 =100 V₁/V₂,

где: V₁ – объём влаги, содержащийся в образце материала, см³

V2 – объем самого образца, см³

Расчётная весовая влажность материала стен жилых зданий нормируется строительными нормами. Так, для стен из керамзитобетона она не выше 10%, а из кирпича - 2%.

Если известны объёмная масса материала и его весовая (массовая влажность wв, то объёмную влажность можно определить из выражения

w₀ = w_в y ,

где: y – объёмная масса материала в сухом состоянии, г/см³

Находясь в конструкции в виде пара, жидкости или льда, влага в толще материала перемещается. Перемещение пара происходит из–за разности упругости паров (давление пара вызванное ударами движущихся молекул, Па) и давления воздуха по обе стороны помещения. В жидком состоянии перемещения обусловлено законами тяготения, капиллярными силами, изменением внутренних сил температурных напряжений материала. Влага, находящаяся в твёрдом состоянии, перемещается из–за внешнего давления температурных напряжений.

Проникание влаги в материал может происходить в результате:

Поглощения влаги сорбцией (способность материала впитывать влагу из воздуха), когда воздух имеет высокую относительную влажность;

- смачивания материала при соприкосновении его с жидкостью (капиллярное всасывание, капиллярная диффузия – способность влаги перемещаться в толще материала по микроскопическим открытым каналом);

- проникания пара в материал из окружающего воздуха (паропроницания);

- физико- химических процессов.

Строительные материалы по сорбционной способности подразделяются на активно сорбирующие влагу (пено- и газобетона, фибролит, соломит, известь, гипс, шлакобетон и др.) и инертно сорбирующие влагу (бетон, красный и силикатный кирпич, гранит, известняк, песчаник, камышит и др.).

Следует иметь в виду, что с понижением температуры их сорбционная способность возрастает.

Стены из инертно сорбирующих материалов незначительно влияют на влажный режим помещения, но при длительном избыточном выделении пара в помещении в поверхностном слое материала со стороны помещений может возникнуть сырость.

Стены выполняют, как правило, из гидрофильных – хорошо смачивающихся материалов, в которых при смачивании происходит активное всасывание влаги. Реже стены устраивают из гидрофобных материалов, которые обладают водоотталкивающими свойствами.

Материал, имеющий повышенную начальную влажность, всасывают влагу интенсивнее, чем сухой. Наибольшей скоростью всасывания обладают гипс и пеносиликат. Высокая скорость всасывания у красного кирпича; вдвое меньше, чем у красного кирпича, скорость всасывания влаги у силикатного кирпича.

Материалы с меньшей скоростью всасывания следует применять для стен с минимальной начальной влажностью, с обязательным предохранением их от дальнейшего увлажнения. Особенно это относится к шлако- и пенобетон.

В ограждающих эксплуатируемых конструкциях увлажнение происходит вследствие проникновения влаги путём впитывания атмосферной влаги, впитывание влаги при её конденсации на поверхности стены, контакта влаги хозяйственно-бытовых процессов с материалом стен. По этим причинам отдельные слои могут увлажняться весьма значительно, в результате чего в них возникают большие давления, которые могут привести к расслоению материала конструкции.

Перемещение влаги в виде пара и увлажнения материала происходит вследствие диффузии, а также из–за инфильтрации воздуха. Оба вида перемещения называются паропроницанием.

Материал в сухом состоянии оказывает большее сопротивление диффузионной паропроницаемости, происходит при механическом

перемещении водяных паров воздухом из области высоких барометрических давлений в области меньших давлений, т. е. При наличии воздушного напора, который может быть создан также разностью температур (тепловое давление ) или ветром ( ветровое давление ).

Полная паропроницаемость стен может быть пиближённо представлена как алгебраическая сумма диффузионной и инфильтрационной паропроницаемости.

Причиной возникновения влажности в стенах зданий могут быть различные химические процессы. Наличие в составе строительных материалов оксида кальция CaO и хлористых соединений MgCl2, CaCl2, обладающих высокой степенью гигроскопичности, может вызвать увлажнение стен в результате поглощения водяных паров из воздуха.

Иногда причиной увлажнения материала стен является химическая реакция, протекающая в самом материале. Примером такого вида увлажнения может быть процесс твердения гидроксида кальция. Гидроксид кальция постепенно поглощает из воздуха диоксид углерода, который, вступая в реакцию с гидроксидом кальция, образует карбонат кальция с выделением воды, увеличивающей влажность материала стены. Этот процесс идёт по следующей схеме:

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O.

В условиях микроклимата помещений процесс твердения извести продолжается очень долго. Для ускорения карбонизации прибегают к искусственному обогащению воздуха диоксидом углерода (например, сжигания топлива в закрытом помещении без отводов продуктов згарания). Следует предупредить, что такой способ ускорения известковых составов опасен для жизни и должен применяться в исключительных случаях с осуществлением мер по безопасности людей и под строгим инженерным контролем.

Наибольшей влагостойкостью отличаются красный кирпич из пластичных однородных глин, плотные бетоны, природные

каменные материалы с плотной однородной структурой, поэтому эти материалы рекомендуются в основном для наружных стен. Увеличение влагостойкости материалов достигается их гидрофобизацией. Это специальная обработка, при которой на поверхности стен образуется слой из гидрофобных веществ и газов. Для гидрофобизации используют отходы нефтепродуктов (мылонафт, битумы и т. п.), каменноугольные продукты (дёготь, пек), кремнийорганические соединения (силаны, силоксаны), синтетические лаки, клеи и пластмассы. Наибольшее распространения получила гидрофобизация поверхностей стен путём покрытия наружных плоскостей кремнийорганическими водооталкивающими жидкостями типа ГКЖ, создающую тонкую невидимую плёнку, верхний слой которой отталкивает молекулы воды. Являясь водонепроницаемой, плёнка хорошо пропускает пар и воздух, т. е. она <<дышит>>.

Конструкции стен могут увлажняться вследствие конденсации влаги на внутренних поверхностях или в их толще (внутренняя конденсация). Внутренний конденсат наблюдается в местах, в которых температура оказывается ниже точки росы (температура, до которой нужно охладить воздух, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния полного насыщения). Понижения температуры в толще стены происходит по направлению от внутренней к наружной её поверхности, при при этом диффундирующий со стороны поток воздуха может встретить такую зону, температура которой соответствует точки росы, и содержащийся в воздухе пар начинает в этой зоне конденсироваться.

Иногда при резком повышении температуры воздуха после сильных морозов температура наружной поверхности стены оказывается ниже температуры наружного воздуха. В этом случае влага может конденсироваться на наружной поверхности стены. Если такие колебания наружной температуры многократны, это может привести к разрушению наружного слоя.

Появления влаги на внутренней поверхности стены зависит от

структуры материала. Так, на поверхности оштукатуренной стены влага конденсата появляется не сразу; пористая штукатурка в начале процесса конденсации впитывает влагу и этим задерживает видимость образования конденсата до полного увлажнения слоя штукатурки. Поэтому в помещении с постоянной влажной средой штукатурку надо покрывать водонепроницаемым слоем для исключения проникания влаги в толщу стены (облицовка, масляная окраска, цементная штукатурка и др.).

Интенсивность конденсации внутренней поверхности стены зависит от порядка расположения слоёв в многослойных стенах. Наименьшая вероятность конденсации влаги внутри стен там, где с внутренней стороны располагаются плотные малопроницаемые слои, а с наружной – более паропроницаемые и менее теплопроводные.

Иногда точка росы на внутренней поверхности стен создаётся из-за нагромождения у наружных ограждающих конструкций мебели, завешивания их коврами, что препятствует более интенсивному теплообмену стен с воздухом внутри помещения и вызывает чрезмерное охлаждение указанных поверхностей.

Большое влияние на увлажнение материала конструкций, и в первую очередь стен, оказывает эксплуатационная влага – влага, выделяемая людьми при приготовлении, стирке и сушке белья, мытье полов, пользовании ванными, хранении овощей (по количеству влаги, выделяемой в помещениях, превосходит все другие источники). Например, человек в спокойном состоянии выделяет за 1 ч 45 г влаги, а при тяжёлой физической работе в 4.. 5 раз больше. При приготовлении пищи на одного человека выделяется около 620 г влаги в сутки. При стирке испаряется свыше 3 кг влаги. С 20 м² вымытого пола испаряется до 3,5 кг влаги. Много влаги в виде паров выделяется при сгорании газов в газовых приборах. Процесс горения газа (метана) может быть представлен следующей схемой:

CH4 +2O2 = CO2 +2H2O + 212 ккал.

16 64 44 36

Количество воды при сгорании одной грамм-молекулы метана равно 36/16 = 2,25 г/г. При сгорании 1 м³ этого газа в воздух выделяется 0,7168 * 2,25 = 1,62 кг водяных паров (объёмная масса метана 0,168 кгс/м³).

При одновременном горении четырёх конфорок газовой плиты за 1 ч выделяется 3,2 кг водяных паров.

Избыточная влажность в материале стен помимо деформаций конструкций может способствовать ускоренной коррозии. Разрушение деталей значительно ускоряется, если в воздухе имеются примеси сернистого газа SO2 и пыли. Так, Содержания в воздухе 0,01 % SO2 ускоряет процесс коррозии на 65 %. Ускоряют коррозию также хлористые и сернокислые соли, содержащиеся в частицах пыли. В процессе приёмки полносборных жилых домов следует обращать внимание на тщательность заделки закладных металлических элементов и требовать от подрядной организации представления актов на антикоррозионную защиту этих деталей.

Перемещение влаги в зимних условиях в материалах панелей наружных стен приводит к интенсивному её поглощению утеплителем. Вследствие замерзания влаги в утеплителе может образоваться ледяной барьер, который будет являться концентратором скопления влаги в толще материала, из-за чего на внутренней поверхности стены появится сырость.

Причинами переувлажнения стен, особенно панелей полносборных зданий, могут быть неисправности кровельных покрытий карнизов и выступающих частей зданий; недостаточные уклоны балконных полов и плохой отвод атмосферных вод от них; неисправность гидроизоляции балконов, особенно в местах примыкания их к стенам; плохая гермитезация стыков панелей и примыкание оконных и дверных заполнений к стенам; неудовлетворительное состояние фактурного слоя панелей, наличие на поверхности панелей трещин и глубоких выбоин; нарушение облицовки панелей и др. Указанные дефекты должны устраняться до приёмки зданий в эксплуатацию. В процессе эксплуатации при проведении плановых и неплановых мероприятий по техническому обслуживанию и ремонту зданий следует устранять все выявленные дефекты.

Увлажнение стен помимо снижения прочностных характеристик приводит к ухудшению их теплотехнических свойств. Установлено, что увеличение массовой влажности строительных материалов на 1 %приводит к повышению коэффициентов их теплопроводности на 4…5 %. Таким образом, чтобы обеспечить нормативный срок службы зданий и их проектные эксплуатационные свойства в пределах этого срока, необходимо прежде всего предупредить проникание избыточного количества влаги в материал конструктивных элементов.

Трещиностойкость – свойство материалов, исключающие образование трещин на поверхности материала ограждающих конструкций и предупреждающее попадания влаги внутрь стены. Для повышения трещиностойкости стеновых материалов необходимо, чтобы начальная влажность их (при приёмки зданий в эксплуатацию) была небольшой, а в процессе эксплуатации перепад влажности – влажностный градиент – не превышал определённой величины, ориентировочно равный 2,5%. Указанная величина перепада может быть обеспечена путём консервации поверхностей панелей гидрофобизацией, повышение плотности бетонных наружных фактур или облицовкой.

Кроме напряжений, вызываемыми влажностными факторами, стеновые материалы испытывают температурные напряжения. Суточные колебания температур наружного и внутреннего воздуха, а также солнечная радиация вызывают в стенах знакопеременные периодические напряжения, которые, суммируясь с напряжениями, вызванными усадкой, влажностными напряжениями, осадками фундаментов и внешними нагрузками, постепенно могут привести к разрушению материала. Для уменьшения влияний этих напряжений наружные плоскости изготавливают, как правило, из материалов с небольшим коэффициентом температурных расширений (кирпич, керамические изделия, керамзитобетон и т. п.). Эти конструктивные

особенности следует учитывать при эксплуатации полносборных зданий.

Полносборные здания отличаются от кирпичных и других каменных зданий обычного типа тем, что конструкции стеновых панелей сборных домов выполнены из отдельных жёстких элементов, соединённых податливыми связями. При эксплуатации зданий основным действующим факторов, определяющим работу связей, становятся температурные колебания, так как нагрузки, действующие на конструкции, стабилизируются, а осадка основания постепенно прекращается.

В практике полносборного домостроения получили распространение здания с несущими поперечными стенами, при этом продольные стены выполняют в основном функции наружных ограждений, передающих свою массу на поперечные стены. В этом случае поперечные и продольные стены изготовляют из различных материалов. Поперечные – из наиболее прочного материала (бетон, сплошной кирпич высоких марок и др.), продольные наружные стены – из наиболее лёгких материалов, обладающих лучшими теплотехническими характеристиками. В малоэтажном каменном (кирпичном, блочном) доме разность деформаций нагружённых и ненагружённых стен обычно меньше предельно допустимой и в месте примыкания наружной стены к внутренней не наблюдается развитие трещин. В кирпичных и сборных домах повышенной этажности аналогичной конструкции разность деформаций стен в местах их сопряжений в ряде случаев предельно превосходит предельно допустимые значения. Тогда в углах примыкания одной стены к другой создаются усилия, при которых возникают и могут развиваться трещины (рис. 81). Перенос влаги и растворённых в ней веществ агрессивной воздушной среды в закладные металлические детали через трещины может вызвать ускоренную их коррозию.

В полносборных зданиях ответственным узловым сопряжением являются стыки наружных стеновых панелей между собой, с внутренними стенами и с плитами перекрытия. Нарушение плотности стыковых соединений также влияет на ускорение процесса коррозии закладных элементов в этих узлах.

Для обеспечения герметичности стыков, плотности наружных фактурных поверхностей ограждающих стен необходимо осуществлять планово–предупредительные мероприятия по герметизации сопряжений, а также ремонт стеновых панелей в сроки, предупреждающие потерю фактурными покрытиями эксплуатационных свойств.

Техническая эксплуатация каменных стен состоит из комплекса мероприятий по техническому их обслуживанию и ремонту, задачами которых является восстановление прочности и защитных свойств конструктивных элементов наружных и внутренних стен, а также ликвидация дефектов, обнаруженных осмотрами в процессе эксплуатации. При наружном осмотре определяют состояние эксплуатируемых стен, обращая особое внимание на:

- наличие и характер трещин в стенах и в местах сопряжений различных их конструктивных элементов;

- расслоение, разрушение и выветривание материала стен, перемычек карнизов, парапетов и других архитектурных элементов, отслоение наружного фактурного слоя;

- наличие сырых мест, потоков, высолов с появлением их причины.

Осмотром стен с внутренней стороны устанавливают состояние сопряжений внутренних и наружных стен, обращая внимание на наличие и характер трещин, сырых пятен и других дефектов.

Для снижения влажности помещений проверяют работу вентиляционных устройств и при необходимости осуществляют наладочно-регулировочные работы. Усилению работы вентиляционной системы с естественным побуждением способствует повышение температуры внутреннего воздуха, для чего увеличивают площадь нагревательных приборов в помещении с недостаточной вентиляцией.

Увлажнённые конструкции высушивают конвективными или

радиационными нагревательными приборами. В некоторых случаях, когда применение указанных приборов не даёт эффекта, используют электроосмотические установки.

В помещениях с повышенной влажностью рекомендуется устраивать на поверхности наружных стен со стороны помещений рулонную пароизоляцию (гидростеклоизол, изол и др.) с последующей цементной штукатуркой, масляной окраской или облицовкой плиткой. Этот метод защиты стен от увлажнения применяют в том случае, если обычная штукатурка или облицовка не обеспечивает достаточную их пароизоляцию.

На обнаруженные в стенах или их сопряжениях трещины необходимо поставить маяки, установить постоянное наблюдение за их состоянием с регистрацией данных наблюдения в специальном журнале, вызвать специализированную организацию для обследования деформирующихся конструкций и выдачи рекомендаций по устранению причин деформаций. За маяками ведут наблюдения до начала производства работ по устранению причин деформаций или до момента стабилизации трещин. Стабилизировавшиеся трещины, а также трещины, появившиеся в результате температурных деформаций, следует тщательно заделать, а затем восстановить эксплуатационные свойства ремонтируемых участков (прочность, водонепроницаемость).

При эксплуатации каменных стен запрещается:

- пробивать новые оконные и дверные проёмы без проекта, утверждённого междуведомственной комиссией при исполкоме местного

Совета народных депутатов;

- пользоваться газом для дополнительного обогрева помещений;

- устанавливать крепления на внешних поверхностях наружных стен без специального проекта на такие работы и дополнительной гидроизоляции мест заделки креплений.

При эксплуатации полносборных зданий следует проверять:

- состояние горизонтальных и вертикальных стыков элементов стен;

- надёжность и состояние мест сопряжения внутренних стен с наружными, состояние сопряжения стен с перекрытиями, балконами, а также элементами лестничных клеток;

- плотность сопряжений оконных и дверных заполнений со стенами;

- состояние наружного фактурного слоя элементов ограждения;

- состояние покрытия выступающих частей зданий и подоконных сливов.

В первые два года эксплуатации полносборных жилых зданий, имеющих повышенную влажность стеновых ограждений, необходимы усиленное отопление и проветривание помещений.

Техническая эксплуатация деревянных стен. Основным эксплуатационным дефектом деревянных стен является промерзание пазов и углов. Это дефект можно предупредить проведением планово-предупредительных ремонтов, при которых следует выполнять тщательную конопатку пазов бревенчатых стен и стыками между стенами, оконными дверными устройствами после их осадки – через два-три года эксплуатации. При проведении ремонтов необходимо восстанавливать гидроизоляцию нижних венцов, а также подоконных и других частей стен, сопрягающихся с оконными и дверными заполнениями, крыльцами, террасами, балконами, восстанавливать водоотводящие устройства и открытия выступающих частей зданий. Наиболее увлажняемые участки деревянных стен следует антисептировать.

Если влажность материалов стен превышает допустимые значения

(табл. 7), следует принимать меры по их защите от дальнейшего чрезмерного увлажнения.

При проведении планово-предупредительных ремонтов необходимо выполнять мероприятия по предупреждению заражения стен домовыми грибами и жучками-точильщиками.