Диагностика повреждений и восстановление эксплуатационных качеств конструкций являются неотъемлемыми составляющими эксплуатации зданий и, как правило, сопутствуют реконструкции.
Из зарубежных и отечественных публикаций известно немало случаев, когда из-за ошибок, допущенных при оценке запаса прочности конструкции, неудовлетворительной диагностики и непринятия своевременных мер по усилению происходили крупные обрушения с человеческими жертвами.
Повреждения строительных конструкций вызываются рядом причин, среди которых — технические недоработки изготовления, низкое качество монтажа, неучтенные проектом силовые и температурные воздействия, нарушение условий эксплуатации.
Повреждения классифицируются по виду и значимости. К наиболее характерным повреждениям, образующимся при эксплуатации зданий, обычно относятся увлажнение, коррозия материала и трещины в конструкциях, а также повреждения, вызванные высокой температурой и резким охлаждением конструкций при пожарах.
повреждение конструкция эксплуатация строительные
Общие положения
Проектирование зданий должно осуществляться с учётом требований к ограждающим конструкциям, приведённых в настоящих нормах, в целях обеспечения:
- заданных параметров микроклимата необходимых для жизнедеятельности людей и работы технологического или бытового оборудования;
- тепловой защиты;
- защиты от переувлажнения ограждающих конструкций;
- эффективности расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию за отопительный период;
- необходимой надежности и долговечности конструкций.
Долговечность ограждающих конструкций следует обеспечивать применением материалов, имеющих надлежащую стойкость (морозостойкость, влагостойкость, биостойкость, коррозионную стойкость, стойкость к температурным воздействиям, в том числе циклическим, к другим разрушительным воздействиям окружающей среды), предусматривая в случае необходимости специальную защиту элементов конструкций.
В нормах устанавливают требования к:
- приведенному сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций здания;
- удельной теплозащитной характеристике здания;
- ограничению минимальной температуры и недопущению конденсации влаги на внутренней поверхности ограждающих конструкций в холодный период года, за исключением светопрозрачных конструкций с вертикальным остеклением (с углом наклона заполнений к горизонту 45° и более);
- теплоустойчивости ограждающих конструкций в теплый период года и помещений зданий в холодный период года;
- воздухопроницаемости ограждающих конструкций;
- влажностному состоянию ограждающих конструкций;
- теплоусвоению поверхности полов;
- показателю энергетической эффективности здания;
- классу зданий по энергетической эффективности;
- составу Энергетического паспорта.
Влажностный режим помещений зданий в холодный период года в зависимости от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха следует устанавливать по таблице 1.
Архитектурные конструкции многоэтажных зданий
... плиты, принимающей вес всего здания или сооружения в целом (рис.4) Разновидностью сплошных фундаментов являются так называемые ребристые и коробчатые конструкции {рис.5) По технологии ... -- стеновой блок подвала 4 -- монолитный бетон(бутобетон) Рис.2 Конструкция столбчатых фундаментов а -- конструкция на фундаментной подушке б -- конструкция фундамента стаканного типа 1 -- наружная цокольная панель 2 ...
Влажностный режим помещений зданий
|
Режим |
Влажность внутреннего воздуха, %, при температуре, °С |
|||
|
до 12 |
св. 12 до 24 |
св.24 |
||
|
Сухой |
До 60 |
До 50 |
До 40 |
|
|
Нормальный |
Св. 60 до 75 |
Св. 50 до 60 |
Св. 40 до 50 |
|
|
Влажный |
Св.75 |
Св 60 до 75 |
Св 50 до 60 |
|
|
Мокрый |
— |
Св. 75 |
Св. 60 |
|
Условия эксплуатации ограждающих конструкций А или Б в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности района строительства, необходимые для выбора теплотехнических показателей материалов наружных ограждений следует устанавливать по таблице 2. Зоны влажности территории России следует принимать по приложению В.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций
|
Влажностный режим помещений зданий (по таблице 1) |
Условия эксплуатации А и Б в зоне влажности (по приложению В) |
|||
|
сухой |
нормальной |
влажной |
||
|
Сухой |
А |
А |
Б |
|
|
Нормальный |
А |
Б |
Б |
|
|
Влажный или мокрый |
Б |
Б |
Б |
|
Увлажнение конструкций
Повышенное влагосодержание характерно для многих конструкций, контактирующих с водой в процессе изготовления и эксплуатации, при этом различается пять видов увлажнения:
- при изготовлении конструкций (строительная влага);
- атмосферными осадками;
- утечками из водопроводно-канализационной сети;
- конденсатом водяных паров воздуха;
- капиллярным и электроосмотическим подсосом грунтовой воды.
Практика показывает, что повышенное влагосодержание отрицательно сказывается на эксплуатационных показателях несущих и ограждающих конструкций. С увеличением влажности возрастает коэффициент теплопроводности материала, ухудшаются его теплотехнические свойства. Кроме того, при изменении влажности изменяется объем материала, а при многократном увлажнении расшатывается его структура и снижается долговечность. Неблагоприятно сказывается переувлажнение и на состоянии воздушной среды помещений, ухудшая ее с гигиенической точки зрения.
Содержание строительной влаги в конструкциях обусловлено спецификой их изготовления и в начальный период обычно не превышает следующих величин: для бетонных и железобетонных конструкций — 6…9%, для каменных и армокаменных конструкций — 8…12%.
В дальнейшем при неблагоприятных условиях эксплуатации влажность материала конструкций может существенно увеличиваться.
Увлажнение атмосферными осадками происходит при повреждениях кровли, неудовлетворительном состоянии водоотводящего оборудования здания (водосточных труб, желобов, водосливов), коротких карнизах и носит преимущественно сезонный характер.
Для защиты стен от увлажнения атмосферными осадками проводятся конструктивные мероприятия, направленные на удлинение коротких карнизов, ремонт и восстановление желобов, водосточных труб и водосливов. Кроме того, поверхность стен оштукатуривается или облицовывается водостойкими материалами. Применяется также покраска стен эмалевыми и лакокрасочными составами.
Увлажнение утечками из водопроводно-канализационной сети обычно встречается в зданиях с изношенным санитарно-техническим оборудованием при нарушении сроков проведения планово-предупредительных ремонтов (ППР).
Утечки приводят к переувлажнению и быстрому разрушению кладки стен, особенно из силикатного кирпича. Места увлажнения утечками легко обнаруживаются при обследовании стен по характерным пятнам.
Увлажнение утечками устраняется путем ремонта санитарно-технического оборудования с последующим просушиванием конструкций теплым воздухом.
Увлажнение ограждающих конструкций конденсатом водяных паров воздуха происходит при температуре точки росы, когда влажность воздуха у поверхности конструкции или в порах ее материала оказывается выше максимальной упругости пара при данной температуре и избыток влаги переходит в жидкую фазу.
Механизм образования конденсата внутри ограждающей конструкции достаточно сложен и зависит от многих параметров: разности парциального давления паров воздуха у противоположных поверхностей конструкций, относительной влажности и температуры воздуха внутри и снаружи помещения, а также плотности материала. Степень насыщения воздуха парами воды выражается через относительную влажность воздуха ц, %, определяемую по формуле:
|
ц = |
е |
100%, |
|
|
Е |
|||
где Е — максимальная упругость паров воды при данной температуре;
е — действительная упругость паров воды.
Для средней полосы России при разности температуры внутреннего и наружного воздуха в январе месяце 40°С t b = + 20°C, t h = -20°C.
Значения относительной влажности воздуха и максимальной упругости паров воды составляют соответственно:
ц b = 55%, E b = 2338 кПа; цh = 86%, E h = 102,6 кПа.
Действительная упругость паров воды составляет:
е b = E b
- цb = 55
- 2338/100 = 1286 кПа; е h = E h
- цh /100 = 86
- 102,6/100 = 88 кПа.
Парциальное давление паров на внутреннюю поверхность ограждающей конструкции (стены):
е и — e h = 1286 — 88 = 1198 кПа (11,98 кг/см2 ).
Существенная величина парциального давления позволяет воздушному потоку достаточно свободно проникать сквозь толщу наружной стены. Замечено, что чем ниже 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.
Конденсационное увлажнение предотвращается путем рационального конструирования стен, основанного на выполнении требований норм и расчете температурно-влажностного режима. Так, например, в зданиях, эксплуатируемых в условиях умеренно-влажного и сухого климата, сопротивление наружных стен уменьшается от внутренней поверхности к наружной, при этом пароизоляция располагается на внутренней поверхности стены. Особенно это важно при защите от переувлажнения наружных стен влажных и мокрых помещений (бань, саун, прачечных и др.).
При выборе наружной отделки стен следует помнить, что опасны как ее паронепроницаемость, так и чрезмерная пористость. Если в первом случае возможно переувлажнение стены конденсатом, то во втором — атмосферной влагой.
Увлажнение капиллярным и электроосмотическим подсосом грунтовой влаги характерно для стен, у которых отсутствует горизонтальная гидроизоляция или когда гидроизоляция расположена ниже отмостки.
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. Высоту поднятия воды в капилляре h можно определить по известной формуле Д. Жюрена:
|
h = |
2у |
|
|
r(с 1 — с 2 )g |
||
где r — радиус капилляра, см;
с 1 и с2 -соответственно плотность воды и воздуха, Н/см;
g -ускорение свободного падения, см/с;
- у -поверхностное натяжение воды, Н/см.
В капиллярно-пористых материалах, таких как плотный бетон, цементно-песчаный раствор или кирпич, радиус капилляров находится в пределах 1
- 10 -6 — 1
- 10-2 см. Поверхностное натяжение воды при температуре + 20°С составляет 72,8
- 10-5 Н/см. Если пренебречь плотностью воздуха, то максимальная высота подъема воды в капилляре за счет сил смачивания составит примерно 1,5 м.
При обследовании зданий подъем грунтовой влаги в стенах наблюдался на высоту до 5 м, что существенно превышает высоту капиллярного подсоса. По-видимому, решающую роль в этом играет действие электроосмотических сил.
Под электроосмосом понимается направленное движение жидкости, от анода к катоду, через капилляры или пористые диафрагмы при наложении электрического поля.
Следует отметить, что слабые электрические поля всегда присутствуют в стенах, испытывающих перепады температуры по длине или на противоположных поверхностях (термоэлектрический эффект Зеебека).
При этом положительные заряды (аноды) группируются главным образом у основания стены в зоне контакта с грунтом, а отрицательные (катоды) — вверху.
Рассматривая стены из капиллярно-пористого материала как своеобразную диафрагму, следует полагать, что грунтовая вода за счет электроосмотических сил поднимается вверх по стене в сторону катода. Так как потенциал электрического поля стены изменяется под воздействием внешних факторов (перепада температуры, интенсивной солнечной инсоляции, влажности воздуха), то и величина электроосмотического увлажнения — переменная.
Изложенные теоретические предпосылки дают основание к применению электроосмоса для регулирования влажности и осушения стен.
Электроосмотическое осушение стен производится тремя способами:
- коротким (посредством стальных полос) замыканием противоположных полюсов электрического поля стены, включая фундамент (пассивное осушение).
Для этого стальные полосы на наружной поверхности стены располагаются с шагом 0,3 — 0,5 м. Длина полос принимается не менее высоты увлажнения стены;
- наложенным током с напряжением 40 — 60 В и силой тока 3 — 5 А.
При этом электрический ток подается от генератора постоянного тока. Положительный полюс генератора подключается к стальной полосе, расположенной в верхней части стены, а отрицательный — к полосе, закрепленной на фундаменте. Продолжительность сушки наложенным током обычно не превышает двух-трех недель [1];
— — гальваническими элементами (медно-цинковыми, угольно-цинковыми и пр.).
Активный элемент (протектор) устанавливается в грунте на уровне подошвы фундамента, а пассивный — на внутренней поверхности осушаемой стены. Расстояние между электродами гальванических пар определяется расчетным путем на основании данных о гальванической активности элементов, пористости стены, радиусе капилляров, коэффициенте электроосмоса и удельной электропроводности воды. Расчетные формулы приводятся в [22,1].
Электроосмотическое осушение стен гальваническими элементами пока не нашло широкого применения и находится в стадии дальнейшей разработке и совершенствования.
При реконструкции зданий, рассчитанных на длительную эксплуатацию (50 и более лет), радикальными методами защиты стен от увлажнения грунтовыми водами считаются водоотведение, а также восстановление или устройство новой гидроизоляции стен.
Одним из эффективных способов отведения грунтовых вод от стен подвальных помещений и заглубленных сооружений является дренаж.
При проектировании дренажа необходимо учитывать, что водопонижение, особенно в глинистых и пылеватых песчаных грунтах, влечет за собой уплотнение и осадку осушаемой толщи грунта, что может привести к значительным деформациям фундаментов. Дополнительная осадка зданий на осушаемой территории определяется из расчета, что каждый метр понижения уровня подземных вод соответствует увеличению нагрузки на грунт на 9,8 кН/м. Для защиты подземных сооружений от грунтовых вод в комбинации с дренажом эффективно устройство противофильтрационных завес, выполняемых набивкой глины или нагнетанием битума.
К наиболее сложным и трудоемким процессам при ремонтных работах относятся восстановление или устройство новой гидроизоляции стен здания. Значение гидроизоляции трудно переоценить, поскольку она является единственным надежным способом защиты стен от воздействия и проникновения капиллярной грунтовой влаги, безнапорных и напорных грунтовых вод. При этом горизонтальная гидроизоляция препятствует капиллярному и электроосмотическому подсосу влаги вверх по стене, а вертикальная — поверхностному увлажнению и проникновению влаги в подвальные помещения.
Проведению ремонтно-восстановительных работ по гидроизоляции здания предшествует тщательное обследование его подземной части, особенно стен подвальных помещений, выполненных из бетонных блоков, бутовой или кирпичной кладки и имеющих большое количество швов. Обследование проводится при временном понижении уровня грунтовых вод путем их откачивания из шурфов или иглофильтрами. Для предотвращения вымывания грунта из подошвы фундаментов шурфы или иглофильтры размещаются вне подвальных помещений.
Выявленные участки повреждений гидроизоляции удаляются вручную с помощью металлических щеток и скребков или с использованием механических способов. При незначительных повреждениях гидроизоляция ремонтируется с применением, по возможности, тех же гидроизоляционных материалов. Если повреждения превышают 40%, то целесообразна замена гидроизоляции на более эффективную. При выборе типа гидроизоляции учитываются гидрогеологические условия эксплуатации здания, категория сухости помещений и трещиностойкость ограждающей конструкции.
Виды гидроизоляции помещений, составы гидроизоляционного ковра стен со стороны гидростатического напора, материалы для гидроизоляции и сроки их службы даны в прил.1, табл. 1 — 3.
Ремонт и восстановление горизонтальной гидроизоляции стен может производится двумя методами: инъецированием в кладку стен гидрофобных веществ, препятствующих капиллярному подсосу влаги, и закладкой нового гидроизоляционного слоя из рулонных материалов.
Инъецирование производится растворами кремний-органических соединений ГКЖ-10 и ГКЖ-11 через отверстия в стенах, располагаемые в один или два ряда. Расстояние между рядами принимается 25 см, а между отверстиями в ряду — 35…40 см. Отверстия диаметром 30…40 мм сверлятся на глубину, примерно равную 0,9 толщины стены. Подача раствора производится одновременно через 10-12 инъекторов (стальные трубки диаметром 25 мм), вставленных в отверстия в стене и зачеканенных паклей.
Количество раствора Q л , необходимое для гидроизоляции 1 п.м стены, определяется по формуле :
Q = 5d
- h
- n
где d -толщина стены, м;
h -высота обрабатываемой зоны, м (? 0,6 м);
п -пористость материала стены, % (? 20%).
Гидроизоляцию нежилых помещений можно производить с помощью электросиликатизации по методу проф. Л.А. Цебертовича. В этом случае через инъекторы подаются последовательно растворы жидкого стекла и хлористого кальция. В результате химического взаимодействия образуется гель кремниевой кислоты, заполняющий поры в материале кладки и препятствующей капиллярному подсосу влаги. Обработка кирпичной кладки стен производится в поле постоянного тока с градиентом потенциала 0,7 — 1 В/см.
Восстановление горизонтальной гидроизоляции стен рулонными материалами (рубероидом, гидроизол-пергамином и пр.) производится участками длиной 1 — 1,5 м. Для этого с помощью отбойного молотка или других механизмов пробиваются сквозные отверстия в стене на высоту двух рядов кладки, в которые укладываются два слоя рулонного материала на битумной мастике. Затем отверстия заделываются кирпичом на обычном цементно-песчаном растворе М75-100. Для включения в работу восстановленного участка стены зазор между новой и старой кладкой тщательно зачеканивается раствором, приготовленном на расширяющемся цементе.
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. В зданиях с полами по грунту, расположенными в уровне oтмостки, горизонтальную гидроизоляцию стен целесообразно восстанавливать методом инъецирования гидрофобных составов, размещая инъекторы на 5 см выше уровня отмостки.
Список использованной литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/defektyi-konstruktsiy/
1. http://lib4all.ru/base/B2019/B2019Part4-14.php#15
2. http://www.lidermsk.ru/articles/49/
3. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
