4.3. Критические уровни ключевых характеристик структуры и свойств

Основные, или ключевые, характеристики свойств и структуры имеют, как уже отмечалось, критические уровни, переход за преде­лы которых сопряжен со сравнительно интенсивным разрушением материала или срочным капитальным ремонтом конструкции.

Критические уровни устанавливаются для каждого ИСК в кон­струкции. При выборе критических уровней ключевых показателей свойств ориентируются на требования действующих стандартов и строительных норм. В них указаны, как правило, числовые показа­тели технических свойств материала и допустимые пределы их изме­нения в эксплуатационный период. Для некоторых материалов мо­гут быть приняты не один, а два, три или большее количество числовых показателей ключевых свойств или иных характеристик. Для каждого показателя устанавливают свой предельный уровень допустимого изменения. При эксплуатации конструкции весьма важно, чтобы наблюдалось всемерное увеличение периода времени до момента, когда ключевой показатель (или несколько принятых ключевых показателей) окажется на уровне допустимого изменения. Соответствующий период времени выражает долговечность матери­ала, поскольку дальнейшая эксплуатация конструкции недопустима без проведения капитального ремонта.

Аналогичный метод оценки долговечности производится и по структурным параметрам. Ключевые структурные показатели непо­средственно отражают уровень внутренних изменений в материале под влиянием эксплуатационных факторов.

Эти изменения относятся к отклонениям от первоначально за­фиксированных размеров ключевых структурных характеристик. Вследствие отклонений возможно нарушение оптимальных струк­тур с частичной потерей ранее установленных технических свойств, пока отсутствуют какие-либо нормы в отношении допустимых ко­личественных изменений в структуре. На определение структурных характеристик материалов имеется ГОСТ 22023—76 «Материалы строительные. Метод микроскопического количественного анали­за». Допустимый уровень изменений в структуре устанавливают путем предварительного совместного изучения структурных и качественных характеристик материала оптимальной структуры и их сопоставления между собой. Появление микро- и макротрещин, уве­личение пористости или ее резкое снижение, отслаивание контакт­ной зоны, шелушение или выкрашивание, дислокационные на­рушения в структуре и текстуре и другие дефекты являются существенными признаками внутренних структурных и качествен­ных изменений, возникших в материале под влиянием эксплуатаци­онных факторов. С их появлением возникает необходимость тщате­льного наблюдения за дальнейшим состоянием конструкций с принятием мер по своевременному их ремонту.

Среди типичных эксплуатационных факторов, оказывающих как правило, негативное влияние на состояние строительных конст­рукций и материалов, можно выделить: механические — воздействие внешних нагрузок различной величины и интенсивности стати­ческого и динамического характера, а также массы материала и конструкций; температурные — воздействие устойчивой температу­ры и ее колебаний в конструкциях зданий и сооружений; воздушную и газовую среду с содержанием в ней углекислого газа, пара, пыли и других примесей; водную среду с широкими пределами ее агрессив­ности; кислоты, щелочи, солевые растворы разных концентраций и другие жидкие среды, например растительные масла, нефтепродук­ты и т. п., которые имеют различную степень агрессивности по от­ношению к материалу; климатические, к которым, кроме упомяну­тых выше факторов, относятся также солнечная радиация, ветер, влажность воздуха; воздействие некоторых других возможных фи­зических факторов — электрического поля и тока, излучения, элект­ромагнитного поля и т. п. Кроме того, нередко на структурные и ка­чественные изменения влияют спонтанные негативные явления в материале.

Большую разрушительную активность по отношению к строите­льным материалам и конструкциям проявляют животные и растите­льные микроорганизмы и их производные — органогенные агрес­сивные среды. Академик В.И. Вернадский утверждал, что на земной поверхности не имеется химической среды более постоянно действу­ющей, а потому и более могущественной по своим разрушающим последствиям, чем растительные и животные микро- и макроорга­низмы. До 15—20% всего ущерба, который наносит коррозия, вызы­вается микроорганизмами. В этих средах весьма целесообразно оце­нивать предельное состояние ИСК в конструкциях ключевым показателем химической стойкости, например по привесу новообразований в агрессивной среде, изменению водородного показателя рН во времени и др.

В реальных условиях на конструкцию и ее материал воздейству­ет комплекс из двух или большего количества эксплуатационных факторов. Эффект от воздействия такого комплекса значительно сложнее, чем от каждого фактора в отдельности или даже после их суммирования. Совместное воздействие активных сред и механиче­ских напряжений приводит к интенсификации деструкции и, в част­ности, коррозионных процессов. Под влиянием деструкции от со­вместного воздействия прочность, например, снижается в больших размерах, чем суммарное уменьшение ее под влиянием внешней на­грузки, минерализованных вод, циклического замораживания. То же наблюдается при совмещении воздействия агрессивной среды с попеременным замораживанием и оттаиванием. Следует отметить, что различного вида природными и производственными агрессив­ными средами повреждается от 15 до 75% всех строительных конст­рукций зданий и сооружений.

Ниже (см. 9.4, 10.4, 11.6) рассмотрены примеры воздействия не­которых внешних факторов и агрессивных сред на наиболее типич­ные ИСК — цементные бетоны, асфальтобетоны и полимербетоны. Здесь же важно отметить, что долговечность может быть с некото­рым приближением определена теоретическим методом, что позво­ляет ее прогнозировать. Более точное прогнозирование долговечно­сти осуществляется при сочетании теоретического расчета и экспериментальных данных.