|
|
СРО 1. Кадыр А. Т. РПЗС 19-6. Международная образовательная корпорация факультет общего строительства
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
МЕЖДУНАРОДНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ
ФАКУЛЬТЕТ ОБЩЕГО СТРОИТЕЛЬСТВА
СРО 1
Дисциплина: Обследование и испытание зданий и сооружений
Тема: Деформации конструкций от повышенных температур и огня и влияние отрицательных температур на основания и конструкции зданий. Коррозионное разрушение конструкций
Выполнил: студент 4 курса группы РПЗС 19-6 Кадыр А. Т.
Проверил: ассоц. профессор
Келемешев А. Д.
Алматы 2022
Конструкции зданий и сооружений изготавливаются с определенной точностью и надлежащего качества. Все параметры строительных конструкций регламентируются нормами и должны в наибольшей степени удовлетворять функциональным, техническим, экономическим и архитектурно-художественным требованиям. Требование технической целесообразности проектного решения подразумевает выполнение его конструкций в полном соответствии с законами строительной механики, аэродинамики, строительной физики и др. Внешние воздействия условно подразделяются на силовые и несиловые (рис. 2.1). К силовым относятся следующие нагрузки и воздействия: постоянные — от собственной массы конструкций, давления грунта на подземную часть сооружения в виде реактивного давления; длительно действующие временные нагрузки от мебели, оборудования, людей, снега, ветра и др. Особые воздействия — от сейсмических явлений, взрывов, ураганов, просадочности лессового или протаявшего мерзлого грунтового основания и др. К несиловым относятся следующие воздействия: переменных температур, вызывающих деформации конструкций или температурные усилия при ограничении перемещений; атмосферной и грунтовой влаги на материал конструкций, вызывающей изменения физических параметров; солнечной радиации, влияющей на световой и тем- Внешние воздействия на здание  Рис. 2.1. Внешние воздействия на здание: / — постоянные и временные нагрузки; 2 — ветер; 3 — сейсмические ударные воздействия; 4 — вибрация; 5 — боковое давление грунта; 6 — реактивное давление грунта; 7— грунтовая влага; 8— шум; 9 — солнечная радиация; 10 — атмосферные осадки; 11 — атмосферные воздействия (влажность, температура, химические примеси); 12 — состояние внутри здания (температура, влажность) Температурный режимы помещений; инфильтрации наружного воздуха, влияющего на теплотехнические свойства и температурно-влажностный режим помещений; химически агрессивных агентов, способных вызвать химическую коррозию материалов конструкций; биологические — от микроорганизмов или насекомых, разрушающих конструкции, изготовленные из органических материалов. Любые отклонения от нормируемых параметров определяются как дефекты. В процессе эксплуатации все отклонения от проектных размеров, влекущие за собой искажение формы, изменение площади поперечных сечений конструктивных элементов в результате механических воздействий, деструктивных изменений материалов, а также нарушения в соединениях конструкций, называют повреждениями. Все нарушения подразделяются на две категории: 1) дефекты и повреждения, приводящие к предаварийному состоянию, при котором снижаются прочность материалов, устойчивость и несущая способность конструкций; 2) частичное ослабление конструкций, не вызывающее нарушения их устойчивости и не угрожающее целостности здания или сооружения, со временем приводящее к снижению долговечности. Нарушения обеих категорий могут быть видимыми и скрытыми. Рассмотрим факторы и причины, приводящие к нарушениям в конструкциях. К ним можно отнести повышенную влажность окружающей среды, температурный режим, агрессивную среду, динамическое и статическое воздействия внешней нагрузки и др.[1] Причинами, вызывающими повреждения, являются: 1) ошибки проекта и неучтенные технологические воздействия: • агрессивные выделения (водяные, парогазовые, масляные), которые способствуют деструктивным изменениям материалов конструкций; • электрофизические воздействия (блуждающие токи), вызывающие разрушения конструкции в зоне расположения кабелей связи; • механические воздействия (удары напольного транспорта о стойки каркаса, вибрация от мостового крана, передающаяся на стены здания и элементы каркаса); • нарушение в назначении материала конструкции (занижена проектная марка материала или допущена ошибка при замене материала); 2) дефекты при изготовлении: • непроектное армирование по халатности изготовителя или из-за неправильной маркировки изделия; • малая толщина защитного слоя из-за неправильного закрепления каркаса или из-за недостаточной проработки (вибрирования) бетонной смеси; • технологические трещины из-за неверно подобранного температурного режима при пропаривании бетона; 3) дефекты при монтаже: • отклонение от вертикальности колонн при ведении работ без геодезических инструментов, при низкой квалификации исполнителей работ; • смещение осей сопрягаемых конструкций, из-за чего могут уменьшиться величины их опорных площадок; появление дополнительных эксцентриситетов сил, что вызывает снижение несущей способности несущих конструкций; • нарушение последовательности монтажа, что может привести к изменению статических схем загружения конструкции и снижению их несущей способности; • некачественная сварка из-за низкой квалификации сварщиков при нарушении сварочного режима; 4) нарушение условий эксплуатации здания: • перегрузка конструкции при нарушении технологического режима, несвоевременной очистке покрытия, при определенных условиях скопившаяся пыль может оказаться критической нагрузкой; • несвоевременный ремонт конструкций способствует ухудшению их технического состояния; • замачивание грунта в основании фундаментов под несущими конструкциями приводит к неравномерным осадкам и появлению трещин в стенах здания; • подработка территории вблизи существующего здания происходит, когда чрезмерно заглубляют фундамент вновь строящегося здания.[2] Наиболее распространенный вид повреждений — увлажнения конструкций, что при определенных условиях вызывает коррозию и деструктивное изменение материалов конструкций. Чаще всего повреждения появляются в виде трещин различного характера. Увлажнение конструкций во время эксплуатации отмечается при повреждениях кровли, неудовлетворительном состоянии водоотводящего оборудования здания, при коротких карнизах. Так, нарушения кровельного покрытия появляются при очистке крыши от снега и наледей, засор водоотводящей системы бывает при несвоевременной очистке кровли от листьев и мусора, в результате чего образуется подтопление атмосферными водами, и происходит замачивание несущих конструкций. Для защиты стен от увлажнения атмосферными осадками проводятся конструктивные мероприятия, направленные на удлинение коротких карнизов, ремонт и восстановление желобов, водосточных труб и водосливов. Поверхность стен оштукатуривают или облицовывают водостойкими материалами. Покраска стен эмалевыми и лакокрасочными составами уменьшает степень замачивания конструктивных элементов и обеспечивает их дальнейшую сохранность. Утечки из инженерных систем приводят к переувлажнению и быстрому разрушению кладки стен, особенно из силикатного кирпича. В результате проливов происходит коррозия материалов конструкций. Увлажнение ограждающих конструкций конденсатом водяных паров воздуха наблюдается при нарушении паро- и теплоизоляции и переменного температурно-влажностного режима. Степень разрушения стен зависит как от циклов замораживания и оттаивания, так и от скорости этих процессов. Быстрое замерзание воды с увеличением ее объема может привести к возникновению высокого давления кристаллов льда, тогдак как давление кристаллизации льда при медленном замерзании незначительно. Благоприятным материалом в отношении морозостойкости является силикатный кирпич, обладающий высоким процентом мелких и очень мелких пор, которые чаще всего не заполняются водой и, следовательно, не могут замерзнуть. При воздействии переменных температур на замоченные стены здания или сооружения, а также при длительной их эксплуатации происходит исчерпание циклов заложенной морозостойкости материала, из-за чего его прочность резко падает, в железобетонных конструкциях оголяется рабочая арматура, а в некоторых случаях бетон осыпается полностью. Это можно наблюдать на примере разрушения элементов железобетонного каркаса градирни после многолетней ее эксплуатации. Обрушения часто не происходит из-за того, что каркас градирни работает как статически неопределимая система, и выход из строя отдельных элементов лишь уменьшает степень ее статической неопределимости. Часто стены здания после длительной эксплуатации в результате замачивания и действия переменных температур получают деструктивные изменения кирпича. Все стеновые камни из осадочных пород (песчаник, известняк) обладают более или менее горизонтально лежащими слоями, по которым при добыче камня блок отделяют от скального массива. В строительных конструкциях эти каменные блоки следует укладывать в положение, соответствующее их природному состоянию, а именно, слоями в горизонтальном, а не в вертикальном направлении. В противном случае выполненные конструкции окажутся менее стойкими и подвергнутся разрушению в течение короткого времени.
Не менее вреден и образующийся конденсат внутри ограждающих конструкций, который приводит к снижению их качества и зависит от множества параметров: разности парциального давления паров воздуха у противоположных поверхностей конструкций, относительной влажности и температуры воздуха внутри и снаружи помещения, а также от плотности материала. Существенная величина парциального давления позволяет воздушному потоку достаточно свободно проникать сквозь толщу наружной стены. Замечено, что чем меньше теплоизоляция наружной стены и больше относительная влажность воздуха в помещении за этой стеной, тем выше опасность ее переувлажнения водяными парами из помещения. Если же наружная поверхность стены покрыта плотным паронепроницаемым материалом, то проникающий через стену водяной пар имеет возможность конденсироваться внутри стены, переувлажняя ее и увеличивая теплопроводность. При воздействии низких температур влага внутри стены замерзает, а образовавшийся лед приводит к образованию трещин, что легко обнаруживается при простукивании стены.[3] Увлажнение капиллярным и электроосмотическим подсосом грунтовой влаги характерно для стен, у которых горизонтальная гидроизоляция расположена ниже отмостки или отсутствует полностью. Механизм капиллярного увлажнения основан на действии сил притяжения между молекулами твердого тела и жидкости (явление смачивания). При отсутствии в материале стены гидрофобных (водоотталкивающих) веществ вода смачивает стенки капилляров и поднимается по ним. При обследовании зданий уровень подъема грунтовой влаги в стенах без гидроизоляции наблюдался на высоте от 1,5 до 5 м, что существенно превышало теоретическую высоту капиллярного подсоса. При реконструкции зданий, рассчитанных на длительную эксплуатацию (50 лет и более), радикальными методами защиты стен от увлажнения грунтовыми водами считаются водоотведение с применением дренажа, а также восстановление или устройство новой гидроизоляции стен. При проектировании дренажа следует учитывать, что водопони- жение, особенно в глинистых и пылеватых песчаных грунтах, влечет за собой уплотнение и осадку сжимаемой толщи, а это может привести к значительным деформациям фундаментов и дополнительной осадке зданий на осушаемой территории. В комбинации с дренажом эффективно устройство противофильтрационных завес, выполняемых набивкой глины или нагнетанием бетона. Гидроизоляция является надежным способом защиты подвальных стен от воздействия и проникновения капиллярной грунтовой влаги, безнапорных и напорных грунтовых вод. При этом горизонтальная гидроизоляция препятствует капиллярному и электроосмоти- ческому подсосу влаги вверх по стене, а вертикальная — поверхностному увлажнению и проникновению грунтовой влаги в подвальные помещения.[4] При незначительных повреждениях гидроизоляция ремонтируется. Если же повреждения составляют более 40 %, то целесообразна замена гидроизоляции на более эффективную. При выборе типа гидроизоляции учитываются гидрогеологические условия эксплуатации здания, категория сухости помещений и материалы ограждающих конструкций. Ремонт и восстановление горизонтальной гидроизоляции стен производятся инъецированием в кладку стен гидрофобных веществ или закладкой нового гидроизоляционного слоя из рулонных материалов. Инъецирование осуществляется растворами кремния — органических соединений ГКЖ-10 и ГКЖ-11 через просверленные отверстия в стенах, располагаемые в один или два ряда. Расстояние между рядами принимается равным 25 см, а между отверстиями в ряду — 35—40 см. Подача раствора производится одновременно через 10—12 инъекторов (стальные трубки диаметром 25 мм), вставленных в отверстия диаметром 30—40 мм и зачеканенных паклей.
Количество закачиваемого раствора для гидроизоляции зависит от толщины и пористости материала стены, а также от высоты обрабатываемой зоны. Восстановление горизонтальной гидроизоляции стен с помощью рулонных материалов (рубероида, гидроизол-пергамина и пр.) производится участками длиной 1—1,5 м. Для этого с помощью отбойного молотка или других механизмов пробивают сквозные отверстия в стене на высоту двух рядов кладки, в которые укладывают два слоя рулонного материала на битумной мастике. Затем отверстия заделывают кирпичом на обычном цементно-песчаном растворе М-75-100. Горизонтальная гидроизоляция рулонными материалами устраивается примерно на 30 см выше планировочной отметки (отмостки здания) и на расстоянии не менее 5 см от нижней плоскости перекрытия подполья. Свойства строительных грунтов играют существенную роль в обеспечении безопасности зданий и сооружений. Под действием сил, обусловленных нагрузкой от сооружений, строительный грунт деформируется. Вертикальные нагрузки вызывают прежде всего вертикальные осадки фундаментов. При росте нагрузки грунт вытесняется из-под фундамента и в боковом направлении, и при достижении значений разрушающей нагрузки фундамент оседает, причем могут быть и боковые смещения из-за разрушения грунта. В зоне подземных горных работ грунт также активно воздействует на сооружение. Если строительный грунт под сооружением пластичный и нагружается так сильно, что в нем образуются плоскости скольжения, по которым сопротивление сдвига (среза) грунта очень мало, то этот грунт, подобно жидкости, может течь в боковом направлении и выпучиваться вдоль наружных стен здания, которое впоследствии оседает в расползающийся грунт без дальнейшего роста нагрузки. Опасность разрушения грунта увеличивается с уменьшением ширины фундамента, глубины его заложения, прочности грунта на сдвиг (срез), а также с увеличением эксцентриситета и наклона направления приложения нагрузки. Деформации оснований часто проявляются в виде трещин фундаментов и стен. Просадки из-за уплотнения грунта происходят от внешней нагрузки, его замачивания. Размораживание грунтов, осадка сооружения из-за изменения геологических условий, подработок или при отрывке траншей — все это отражается в виде деформационных трещин кирпичных стен, которые расчленяют здания на блоки. Расположение трещин связано с характером деформации основания здания. При прогибе здания из-за вымыва или просадки грунта в средней части здания трещины расширены книзу и угасают в верхней части. При выгибе основания трещины концентрируются у карниза. Этому способствуют более тяжелые торцовые и ослабленные проемами продольные стены, где наклонные трещины образуются при осадке части здания. Перегрузка может также происходить при использовании строительных материалов, исключающих возможность прочной связи продольных и поперечных стен, при разной интенсивности их нагружения. В результате образуются вертикальные трещины. Кроме того, стены не следует ослаблять пробивкой отверстий и штраб. Нередко явным признаком начавшегося разрушения является выпучивание ненагруженной поверхности грунта вокруг здания. Высокая степень влажности совместно с электрокоррозией приводит к деструктивным изменениям материала стен, особенно интенсивно — для стен из силикатного кирпича при действии переменных температур и коррозии.[5] Чаще всего в кирпичных стенах из-за атмосферных воздействий происходят намокание и выветривание стен, разрушение карнизов и кровельного ковра, нарушение отмостки вокруг здания и т. д. Повреждения от атмосферных воздействий возникают в результате перегрузки за счет наледей, значительного отложения пыли вблизи источников их выделения, из-за намокания стен при недостаточном выносе карниза. Нагрузка от пыли весьма ощутима для здания: пыль, уплотненная атмосферными осадками, достигает плотности 2000 кг/м т. е. дополнительно образуется 200—400 кГс/м покрытия, что составляет 2—4 кН/м2. Повреждения стен от химических воздействий происходят с деструкцией кирпича, бетона, металла или железобетона, с поражением древесины. В условиях повышенной влажности и переменных температур возникает сильная коррозия всех металлических элементов. Так, закладные детали крепления каркаса подвержены слоистой коррозии, вследствие чего элементы каркаса и ограждающие конструкции оказываются в аварийном состоянии. Такие явления наблюдались, например, при обследовании элементов вентиляторной градирни, предназначенной для охлаждения оборотной воды.[6] Трещины в железобетонных конструкциях эксплуатируемых зданий встречаются достаточно часто, являясь следствием ряда причин: • трещины от внешних силовых воздействий при эксплуатации конструкций, в том числе при изменении схемы работы во время монтажа, перевозки, складирования; • трещины технологические (от усадки бетона, плохого уплотнения бетонной смеси, неравномерного паропрогрева, предварительного напряжения); • трещины, образовавшиеся в результате коррозии арматуры; • трещины, образовавшиеся при взрывах и огневом воздействии. По значимости трещины можно подразделить на четыре группы: а) трещины, свидетельствующие об аварийном состоянии конструкций; б) трещины, увеличивающие водопроницаемость бетона (в резервуарах, трубах, стенах подвала); в) трещины, снижающие долговечность железобетонной конструкции из-за интенсивной коррозии арматуры (бетона); г) трещины допустимые, не вызывающие опасений в надежности конструкции (ширина раскрытия этих трещин не должна превышать величин, указанных в СНиПах и СП). Силовые трещины образуются перпендикулярно действию главных растягивающих напряжений. Усадочные трещины распределяются хаотично по поверхности конструкции с концентрацией в местах сопряжения элементов (узлы ферм, сопряжение полки и ребер в плитах, двутавровых балках и т. д.). Трещины, возникшие от коррозии, проходят вдоль коррозирующих арматурных стержней. Трещины от огневого воздействия располагаются хаотично, при этом прочность самого бетона снижается, меняется его цвет в зависимости от действующей температуры.[7] Кирпичная кладка, как и бетон, хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению. В результате этого на растянутой поверхности кладки задолго до разрушения появляются трещины. Имеются также и другие факторы, способствующие образованию трещин: • нарушение технологии при изготовлении кирпича (некондиция); • перегрузка кладки при недостаточной прочности кирпича и раствора; • низкое качество кладки (несоблюдение перевязки, толстые растворные швы, забутовка кирпичным боем, недоучет требований ведения работ в зимнее время); • бессистемное применение в кладке разнородных по прочности и деформативности каменных материалов (например, глиняного кирпича совместно с силикатным или шлакоблоками) без учета использования их по назначению (условия повышенной влажности или работа объекта в нормальных условиях); • отсутствие температурно-усадочных швов или недопустимо большое расстояние между ними (это вызывает температурные деформации в виде трещин). Повреждения от силовых воздействий чаще всего появляются в результате статической перегрузки отдельных конструкций, в том числе при замене технологического оборудования, а также от динамических и вибрационных воздействий, возникающих от транспорта или оборудования, установленного с нарушением технологических норм проектирования.[8] Перегрузка каркаса может возникнуть в результате ослабления отдельных элементов, если в несущих конструкциях прорезаются отверстия, срезаются отдельные части решетчатых конструкций и др. Разрушения от силовых воздействий возникают и в результате уменьшения сечений элементов при их изготовлении или эксплуатации, а также от недоброкачественного монтажа конструкций. Наблюдаются перегрузки покрытий от снега, наледей и различных пылевидных выносов из источников их образования, что приводит к преждевременному износу конструкций, а порой — к авариям. Обнаруженные дефекты и повреждения должны быть оценены с точки зрения влияния их на прочность, жесткость и устойчивость, а также по пригодности конструкций и узлов сопряжения к дальнейшей эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА
Биргер И. А., Мавлютов Р. Р. Сопротивление материалов: Учебное пособие.— М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.— 560 с.
Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г. С, Яковлев А. П., Матвеев В. В.; Отв. ред. Писаренко Г. С.— 2-е изд., перераб. и доп.— Киев: Наук, думка, 1988.— 736 с.
Биргер И. А. и др. Расчет на прочность деталей машин: Справочник/ И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1993. — 640 с: ил.
Тимошенко С.П., Гере Дж. – Механика материалов, М.: Мир, 1976
Федосова Н.Л. Антикоррозионная защита металлов. – Иваново, 2009. – 187 с.
Арчаков Ю.И. Водородная коррозия стали
Вопросы металловедения в гальванотехнике и коррозии: Учебное пособие. – Горький: изд. ГГУ, 1989. – 104 с.
Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений. Справочник. Под ред. А.А. Герасименко. – М.: Машиностроение, 1987: Том 1, – 688 с.
|
|
|
Скачать 113.24 Kb.