Современные проблемы оценки степени ухудшения эксплуатационных качеств, снижения несущей способности каменных и армокаменных конструкций зданий и сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУВПО «Мордовский Государственный Университет им. Н.П. Огарева»

Архитектурно-строительный факультет

Кафедра строительных конструкций

Курсовая работа

по дисциплине

«Долговечность строительных конструкций, зданий и сооружений»

на тему

«Современные проблемы оценки степени ухудшения эксплуатационных качеств, снижения несущей способности каменных и армокаменных конструкций зданий и сооружений»

Автор проекта: А.В. Пучкин

Саранск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБСЛЕДОВАНИЕ КАМЕННЫХ И АРМОКАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1 Особенности работы и разрушения конструкций

1.2 Определение технического состояния каменных конструкций по внешним признакам

1.3 Определение прочности каменных конструкций

2. ОСОБЕННОСТИ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ УХУДШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ, СНИЖЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КАМЕННЫХ И АРМОКАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

2.1 Общие сведения о влиянии агрессивных сред на каменные конструкции

2.2 Методы оценки каменных и армокаменных конструкций

2.3 Мероприятия по обеспечению долговечности зданий из каменных и армокаменных конструкций

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

РЕФЕРАТ

Курсовая работа содержит 26 листов, 8 источников используемой литературы.

Перечень ключевых слов: деградация, долговечность, ухудшение качества, снижение несущей способности.

Цель работы: изучение стойкости каменных и армокаменных конструкций зданий и сооружений.

Методы разработки: анализ учебной и справочной литературы.

ВВЕДЕНИЕ

Государство постоянно уделяет большое внимание повышению уровня индустриализации и интенсификации строительства, степени заводской готовности строительных изделий и деталей, расширению практики полносборного строительства и поточного монтажа зданий и сооружений из прогрессивных конструкций, изготовленных из эффективных местных строительных материалов. Решение этой задачи в значительной мере определяется развитием и совершенствованием теории каменных и армокаменных конструкций, широко применяемых во всех областях строительства.

К каменным конструкциям относятся части зданий и сооружений из каменной кладки (стены, столбы, плоские и сводчатые перекрытия, арки, перемычки и др.), воспринимающие нагрузку от собственного веса, веса других элементов и приложенных к ним сил.

Каменные конструкции, усиленные стальной арматурой, называются армокаменными, а усиленные железобетоном - комплексными.

Каменные конструкции широко используются во всех областях строительства благодаря их долговечности и огнестойкости. В ограждающих и несущих конструкциях зданий и сооружений они выполняют несущие, теплоизоляционные, звукоизоляционные и другие функции.

Применение каменных конструкций насчитывает несколько тысячелетий. Древнейшими, частично сохранившимися сооружениями из природного камня являются постройки каменного века из больших глыб и плит -- дольмены. К более позднему периоду относятся обнаруженные во многих странах крепостные стены циклопической кладки из массивных, почти не обработанных камней, гробницы египетских фараонов -- пирамиды, сложенные из больших тесаных камней. С развитием общества и совершенствованием средств производства вместо крупноразмерных тяжелых камней началось широкое применение удобных для ручной кладки на глиняных, известковых или гипсовых растворах мелких грубо околотых, а затем тесаных камней. В странах с жарким сухим климатом каменным материалом для конструкций служили искусственные грубо отформованные блоки из сырцовой глины, а позднее -- сырцовый и обожженный кирпич.

В Египте здания и сооружения из сырцовых материалов возводились свыше 6 тыс. лет назад, а в Вавилоне из обожженного кирпича около 4 тыс. лет назад.

Природный камень, кирпич-сырец и обожженный кирпич являлись основными строительными материалами в Древней Греции и Древнем Риме, а в средние века -- в Западной Европе.

Армокаменные конструкции впервые были использованы в XI веке при сооружении собора Свети-Цховели в Мцхете на территории Грузии, а затем в XVI веке при строительстве пологих сводов храма Василия Блаженного на Красной площади в Москве, когда в каменную кладку для восприятия растягивающих усилий закладывали стальные стержни.

В СССР в период первых пятилеток важнейшими строительными материалами для всех видов строительства были природный камень и кирпич. Широкое применение каменные и армокаменные конструкции нашли в годы Великой Отечественной войны, что способствовало успешному выполнению грандиозного объема строительства, связанного с перебазированием промышленности из эвакуируемых районов в восточные районы СССР. В послевоенный период, кроме конструкций из природного камня и кирпича, начинают развиваться более эффективные по теплотехническим свойствам и в экономическом отношении конструкции: из пустотелых бетонных камней, дырчатого кирпича, керамических камней, крупных бетонных, кирпичных и природных блоков, виброкаменных панелей, объемно-пространственных (состоящих из панелей) блоков.

Практика строительства из камня значительно опережала развитие науки о каменных конструкциях. В силу этого вместо расчета каменных конструкций на прочность и устойчивость в XIX веке были выработаны эмпирические правила возведения каменных зданий и сооружений, которые не могли учесть всего разнообразия работы сложных каменных сооружений. До тридцатых годов каменные конструкции проектировались либо по эмпирическим правилам, либо по формулам сопротивления материалов, справедливым лишь для идеально упругих материалов. Основными причинами отставания теории расчета каменных конструкций от практики явились: возможность повторения накопленного опыта строительства; недостаточность знаний физико-механических свойств кладки; отсутствие мощного прессового оборудования для проведения экспериментальных работ и, в некоторых случаях, недопустимость применения метода подобия для обоснования прочности и устойчивости каменных конструкций.

Большой вклад в развитие теории расчета и проектирования каменных конструкций внесли труды выдающихся русских исследователей Н.А. Белелюбского, Н.К. Лахтина, Л.Д. Проскурякова, Ф.С. Ясинского, Н.Н. Аистова, В.А. Гастева.

1. ОБСЛЕДОВАНИЕ КАМЕННЫХ И АРМОКАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1 Особенности работы и разрушения конструкций

При обследовании и оценке технического состояния каменных и армокаменных конструкций необходимо учитывать особенности их работы и разрушения, обусловленные их структурой.

Каменная кладка является неоднородным упругопластическим телом, состоящим из камней и швов, заполненных раствором. Этим обуславливаются следующие особенности ее работы: при сжатии кладки усилие передается неравномерно вследствие местных неровностей и неодинаковой плотности отдельных участков затвердевшего раствора. В результате камни подвергаются не только сжатию, но также изгибу и срезу.

Характер разрушения кладки и степень влияния многочисленных факторов на ее прочность объясняется особенностями ее напряженного состояния при сжатии. Разрушение обычной кирпичной кладки при сжатии начинается с появления отдельных вертикальных трещин, как правило, над и под вертикальными швами, что объясняется явлением изгиба и среза камня, а также концентрацией растягивающих напряжений над этими швами.

При обследовании каменных и армокаменных конструкций необходимо в первую очередь выделить несущие элементы, на состояние которых следует обратить особое внимание.

Первые трещины в кирпичной кладке появляются при нагрузках меньших, чем разрушающие, причем обычно отношение т=Ncrc/Nu тем меньше, чем слабее раствор (Ncrc - нагрузка, соответствующая моменту появления трещин, Nu - разрушающая нагрузка). Так, например, для кладок на растворе марок:

50 и выше т=0,7-0,8;

10 и 25 т=0,6-0,7;

2 и 4 т=0,4-0,6.

Момент появления первых трещин зависит от качества выполнения горизонтальных швов и плотности применяемого раствора.

В кладках из крупноразмерных изделий (высокопустотных керамических камней, камней из ячеистого бетона) наступает хрупкое разрушение, первые трещины появляются при нагрузках 0,85-1 от разрушающей.

Важной причиной, снижающей прочность и упругость каменной кладки, является неравномерная плотность и усадка раствора. Частичное заполнение раствором вертикальных швов не приводит к снижению прочности кладки, однако уменьшает ее трещиностойкость и монолитность.

Вертикальные швы и отверстия в пустотелых камнях нарушают монолитность кладки и вызывают концентрацию растягивающих и сдвигающих напряжений у верхнего и нижнего концов щелей. Поэтому прочность кладки из пустотелых камней снижается на 15-20 % (за исключением дырчатого кирпича и керамических камней с щелевидными пустотами).

Среди возможных причин возникновения дефектов следует выделить механические, динамические, коррозионные, температурные, влажностные воздействия, а также дефекты, обусловленные неравномерностью деформаций оснований. Последние могут быть вызваны как разностью степени загружения соседних участков стен (например, торцевых - самонесущих и продольных - несущих), так и разностью, технологических условий на смежных участках, а также следствием вымывания грунта из-под фундамента грунтовыми водами, замачивания просадочных грунтов и др.

Важным этапом обследования каменных конструкции является установление деформативно-прочностных характеристик кладки. Обнаруженные в несущих каменных конструкциях трещины следует оценивать с позиции работы кладки над нагрузкой при сжатии. Различают четыре стадии работы кладки при сжатии, приведенные на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Стадии работы кладки при сжатии F - усилие в кладке; Fcrc - усилие в кладке, при котором образуются трещины; Fu - разрушающее усилие

Первая стадия работы каменных конструкций при усилии в кладке F меньше усилий Fcrc, при котором не образуются трещины, свидетельствует о нормальном состоянии конструкций. Вторая стадия при F=Fcrc характеризует удовлетворительное состояние конструкций; третья стадия при Fcrc<F<Fu характеризует неудовлетворительное состояние конструкций; четвертая стадия при F=Fu характеризует предаварийное или аварийное состояние конструкций (Fu - разрушающее усилие).

1.2 Определение технического состояния каменных конструкций по внешним признакам

При оценке технического состояния каменных конструкций необходимо установить:

-процент уменьшения сечения в месте повреждения;

-стрелу отклонения или выпучивания стен, столбов и колец;

-степень развития трещин и других деформаций в поврежденной зоне конструкций;

-качество кладки, ширину и глубину швов;

-влажностное состояние кирпичных наружных стен;

-физико-механические свойства кладки, камня и раствора.

Основными внешними признаками отклонения или выпучивания стен являются смещение или выход из гнезд в каменных стенах концов балок междуэтажных перекрытий, то же стропил, обрешетки фонарей, крыши и т.п., а также наличие вертикальных трещин, отслоение наружных стен от внутренних поперечных в местах взаимного примыкания. Отклонение стен, даже самые незначительные, можно обнаружить по наличию трещин в штукатурке потолков около карнизов вдоль обследуемых стен. Протяженность таких трещин в уровне того или иного этажа показывает наличие отклонений стены в пределах того или иного участка ее длины вдоль здания.

Установление величины отклонения, искривления или выпучивания стены производится путем непосредственного замера ширины трещин в штукатурке потолков или величины смещения балок в отношении гнезд в стенах или замером трещин в примыканиях отклонившихся наружных стен к поперечным, или путем провешивания таких стен обычным веском на шнуре или на тонкой проволоке. В особо ответственных случаях или при значительной трудности провешивания отклонение стен от вертикали может быть установлено теодолитом или другими геодезическими инструментами.

При воздействии на каменные конструкции техногенных и природных факторов (волны, взрыва, землетрясения) обследованию и замеру подлежат все видимые на глаз трещины, включая волосяные, как по ширине, глубине, так и по длине, начертанию и расположению их на поверхности стен, колонн и столбов. Расположение трещин наносится на схемах или чертежах конструкций.

Особенно тщательно следует осматривать каменные неоштукатуренные стены, так как трещины в них с поверхности малозаметны на глаз.

При наличии штукатурки трещины обнаружить легче, но необходимо иметь в виду, что не всегда ширина и длина трещины в штукатурке соответствует размерам трещины в самой кладке. Чтобы установить действительные размеры трещин в кладке штукатурку следует отбивать.

Методы и средства наблюдения за трещинами приводятся в п. 5.3 настоящего Пособия.

При определении качества кладки отмечаются вид и сорт кирпича (красный, силикатный, пустотелые, пористые и т.п.), его качество (железняк, нормальный, алый, недожог и т.п.), а также вид раствора и вяжущего (цементный, сложный, известковый и т.п.).

Фактическая толщина горизонтальных швов кладки устанавливается замером высоты 5-10 рядов кладки и соответствующим подсчетом средних значений. Если в среднем толщина горизонтальных швов превышает 12 мм, то кладка считается пониженной прочности, и необходимо вводить к допускаемым напряжениям по нормам коэффициент снижения. Прочность кирпича определяется по ГОСТ 24332-80. Определение прочностных характеристик раствора производится по рекомендациям разд. 6 настоящего Пособия и указаниям ГОСТ 5802-86.

При повреждении кирпича под опорными участками перемычек и поворота конца перемычки от изгибающего момента, возникающего вследствие большого местного сжатия, могут образовываться сквозные наклонные трещины кирпичной кладки простенка, которые образуются, как правило, параллельно направлению действия сил от приложенных нагрузок.

При обследовании армокаменных конструкций следует особое внимание уделить состоянию арматуры и защитного слоя цементного раствора для конструкций с расположением арматуры с наружной стороны кладки. Оценка степени коррозии арматуры и вида коррозии производится по указаниям п. 6.6 настоящего Пособия.

Техническое состояние каменных конструкций по внешним признакам, характеризующим степень их износа, приводится в табл. III-2 прил. III.

каменный агрессивный конструкция долговечность

1.3 Определение прочности каменных конструкций

Для определения в натурных условиях прочности каменных конструкций без их разрушения применяют ультразвуковые методы по ГОСТ 17424-90 или механические методы неразрушающего контроля по ГОСТ 22690-88. Для указанных целей используют, в частности, ультразвуковой прибор УКБ-1, УКБ-1М (рис. 1.2). Зная расстояние между излучателем и приемником и время прохождения ультразвука через конструкцию, вычисляют скорость ультразвука. Прочность материала определяют по тарировочным кривым для каждого вида материала. Тарировку выполняют в соответствии с ГОСТ 16724-90 и ГОСТ 10180-90. На рис. 1.3 приведены тарировочные кривые для определения прочности кирпичной кладки с помощью прибора УКБ-1.

При невозможности прозвучивания конструкций с разных сторон применяют так называемый профильный метод, перемещая щуп приемника через определенные равные расстояния по поверхности испытуемого элемента.

Для определения прочности кирпича, раствора и мелкозернистых бетонов (пенобетон, газобетон и др.) применяют прибор типа ПС-1 (рис. 1.4), разработанный кафедрой железобетонных конструкций Московского института коммунального хозяйства и строительства. Принцип действия прибора основан на измерении глубины внедрения конического инвертора в испытуемый материал под действием статической нагрузки. Нагрузка создается вручную нажатием на рукоять прибора и передается на кононический элемент через тарированную пружину. Значение нагрузки ограничено заданным перемещением рукоятки в пределах прорези в корпусе прибора.



Рис. 1.2. Ультразвуковой импульсный прибор УКБ-1М

Рис. 1.3. Тарировочные кривые для определения прочности конструкции с помощью прибора УКБ-1 1 - силикатный кирпич; 2 - красный кирпич

Рис. 1.4. Прибор ПС-1

Прочность материала может быть определена как на отдельных образцах, извлеченных из конструкции, так и непосредственно в конструкции, в том числе и находящейся под нагрузкой.

Поверхность материала, прочность которого определяется, должна быть ровной площадкой 15-20 см в поперечнике, очищенной от грязи, краски и штукатурки. Поверхность следует обработать шкуркой и обеспылить.

При применении прибора ПС-1 следует руководствоваться инструкцией по его эксплуатации.

На рис. 1.5 приведена тарировочная кривая зависимости прочности материала (кирпич, раствор, мелкозернистый бетон) от глубины проникновения индентора в испытуемый образец под действием тарированного усилия.

Рис. 1.5. Тарировочная кривая для определения прочности материалов прибором ПС-1. Рабочее усилие Р=100 Н

Для лабораторных испытаний прочности кирпича и раствора отбор образцов производят из малонагруженных элементов конструкций при условии идентичности применяемых на этих участках материалов. Образцы кирпича или камней должны быть целыми без трещин. Из камней неправильной формы выпиливают кубики с размером ребра от 40 до 200мм или высверливают цилиндры (керны) диаметром от 40 до 150мм. Участки кирпичной или каменной кладки, с которых отбирали образцы для испытаний, должны быть полностью восстановлены для обеспечения исходной прочности конструкций.

Для испытания растворов, отобранных из кирпичной кладки, изготовляют кубы с ребром от 20 до 40 мм, составленные из двух пластин раствора, склеенных гипсовым раствором. Образцы испытывают на сжатие с использованием стандартного лабораторного оборудования. Определение прочности кирпича и камней производится в соответствии с требованиями ГОСТ 8462-85, раствора - ГОСТ 5802-86 или СН 290-74. Значения масштабных коэффициентов следует определять в соответствии с требованиями ГОСТ 10180-90.

Поверочные расчеты несущей способности каменных и армокаменных конструкций производятся в соответствии со СНиП II-22-81, с учетом фактических физико-технических характеристик материалов, полученных в результате инструментальных натурных обследований и лабораторных их испытаний.

2. ОСОБЕННОСТИ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ УХУДШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ, СНИЖЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КАМЕННЫХ И АРМОКАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

2.1 Общие сведения о влиянии агрессивных сред на каменные конструкции

Следует отметить, что большинство кладочных материалов выпускаются по новейшим технологиям и соответствуют требованиям не только российских, но и европейских норм.

Однако каменная кладка состоит не только из кирпичей или блоков, она представляет собой сложную конструкцию, и с позиции структурной механики в основе формирования ее свойств лежит взаимодействие структурных элементов - от наиболее крупных до субмикроскопических частиц.

Основными элементами кирпичной кладки являются кладочные материалы и кладочные растворы. При возведении строительных конструкций зданий и сооружений из искусственных и природных каменных материалов кладочные растворы при помощи системы вертикальных и горизонтальных швов связывают между собой элементы кладки и обеспечивают единую работу конструкции. Правильный выбор кладочного раствора для производства работ является одним из важнейших условий обеспечения качества каменных конструкции. К сожалению, в России, за редким исключением, выбору кладочные растворов не уделяется должного внимания. В массовом порядке, не учитывая ни вида, ни назначения кладочных материалов, на строительных площадках применяют в лучшем случае «гарцовку», а чаще всего приготовленные непосредственно в построечных условиям строительные растворы из «дозированных» лопатой и ведрами песка, цемента и воды. В большинстве случаев результаты такого подхода к производству кладочных работ можно наблюдать на снах зданий и сооружений в виде высолов, плесени и грибковых поражений (рис.1). Образование контрастного белого налета, пятен или разводов существенно ухудшает эстетический облик сооружения и может привести в дальнейшем к коррозии и разрушению каменных конструкций.

Эксплуатация каменных конструкций, как правило, осуществляется в условиях воздействия атмосферных осадков, загрязнений воздушной среды, перепадов температур и образования конденсата, а в отдельных случаях и грунтовых вод, поступающих по капиллярам материалов. Наличие капиллярных пор размером 10 Нм -- 100 мкм как в кладочных материалах, так и кладочном растворе способствует транспортировке растворенных в воде солей по строительной конструкции. Перемещение растворимых солей представляет большую опасность для каменных конструкций.

Рис. 1. Высолы на каменных конструкциях.

Результатом кристаллизации отдельные видов солей может стать разрушение структуры материалов, что снижает их несущую способность. Присутствие солей с высокой гигроскопичностью приводит к существенному увлажнению кладки, что в свою очередь ухудшает теплотехнические показатели ограждающих конструкций и способствует развитию плесневых и грибковых поражений. По данным Ф. Фресселя вредное воздействие солей на каменные конструкции определяется их растворимостью и гигроскопичностью (табл. 1).

Таблица 1 .Гигроскопичность различных солей образующих высолы.

Наиболее отрицательную роль в этом играют хлориды, карбонаты, сульфаты и нитраты, особенно соли щелочных и щелочноземельных металлов. В большинстве случаев появление высолов связано с наличием растворимых соединений в составе кладочных растворов и кладочных материалов. Например, наличие щелочей в цементе допускается ГОСТом, в составе заполнителей также может присутствовать различное количество растворимых солей. В зависимости от качества исходного сырья и технологии производства в составе кладочных материалов, как правило, также могут содержаться растворимые соединения. При затворе ни и кладочного раствора водой свободные щелочи цемента немедленно переходят в жидкое состояние, а щелочи, связанные силикатами и алюминатами, переходят в раствор по мере гидратации цемента. При контакте с воздуха щелочи карбонизируются, в результате чего образуются высолы, представленные карбонатами натрия и калия.

Существует ошибочное мнение, что после возведения каменных конструкций их можно обессолить, тем самым навсегда избавится от риска образования высолов на поверхности. Все существующие на сегодня методы борьбы с высолами, к сожалению, дают лишь временный эффект и применимы только до определенных концентраций солей в строительных конструкциях. Например, применение различного рода смывок имеет лишь кратковременное действие, и, как правило, высолы через некоторое время вновь появляются на поверхности. Кроме того, борьба с высолами в уже возведенных каменных конструкциях достаточно дорогая процедура и с учетом ее временного действия существенно увеличивает расходы на ремонт и эксплуатацию зданий и сооружений. Таким образом наиболее эффективным методом борьбы с высолами является предупреждение их образования на стадии возведения каменных конструкций.

Самыми распространенными высолами на поверхности каменных конструкций являются карбонаты, поэтому на их примере будет рассмотрен механизм образования высолов и возможные меры их предупреждения.

Как отмечалось ранее, высолы образуются в результате миграции растворенных солей через пористую структуру материала к его поверхности, где после испарения воды растворенные в ней соли осаждаются на поверхности материалов. Для кладочных растворов на основе портландцемента механизм образования в основном можно представить следующим образом (рис. 2).

Гидроксид кальция (портландит), продукт гидратации портландцемента, растворяется в водных пленках, адсорбированных вдоль стенок пор материала, с образованием ионов и . При этом в поры материала из атмосферы диффундирует , который растворяется в тех же водных пленках, частично образуя угольную кислоту ().



Рис. 2. Механизм образования в кладочных растворах.

В результате реакции нейтрализации при взаимодействии угольной кислоты и гидроксида кальция образуется трудно растворимый (рис. 3), часто данную реакцию называют карбонизацией извести (гидроксида кальция). Существенное влияние на скорость образования высолов оказывают температура, влажность, концентрация в атмосфере , а также роза ветров конкретного населенного пункта. Как правило, наиболее часто высолы образуются в межсезонье, а также в регионах с переменной влажностью в течение суток, когда периодически обеспечивается быстрая миграция солей к поверхности и такое же быстрое испарение воды на поверхности конструкции.

Учитывая источники и механизм образования высолов, должны предусматриваться соответствующие методы профилактической борьбы с ними. В основу этой борьбы положено несколько основных направлений: герметизация поверхностей каменных конструкций, создание условий для прекращения миграции воды к поверхности каменных конструкций, связывание гидроксида кальция (портландита) на стадии его образования при помощи активных минеральных добавок и применение в составах кладочных смесей комплексных добавок, позволяющих исключить основные предпосылки образования высолов на поверхности каменных конструкций.

Метод герметизация поверхности заключается в создании на поверхности каменных кладок водонепроницаемых покрытий. Метод достаточно эффективен, но неприменим для ограждающих конструкций зданий, кроме того, достаточно дорогостоящий.

Рис. 3. Снимок поверхности кладочного раствора с высолами , выполненный со сканирующего электронного микроскопа.

Условия для прекращения миграции воды к поверхности каменных конструкций достигается путем объемной гидрофобизации кладочных растворов либо блокировкой капиллярных пор микрочастицами. Образование высолов в данном случае может быть ослаблено (или исключено на некоторый период) за счет снижения капиллярной активности при объемной гидрофобизации или путем включения в состав кладочных растворов тонких наполнителей, например микрокремнезема, метакаолина, или ультрадисперсных карбонатных наполнителей, которые блокируют капиллярные поры.

Связывание гидроксида кальция (портландита) на стадии его образования основывается на использовании в составе кладочных растворов активных минеральных добавок обладающих высокой пуццолановой активностью. Гидроксид кальция реагирует с пуццоланами, взятыми в избытке, предотвращая реакцию с атмосферным диоксидом углерода. В качестве пуццолановых добавок для этих целей могут быть использованы трепел, опока, диатомит, микрокремнезем.

Однако, применение в составах кладочных смесей комплексных добавок, позволяющих исключить предпосылки образования высолов, достаточно новый и перспективный метод. Результаты исследований показывают высокую эффективность их применения.

Оригинальность действия данных добавок основана на сочетании и совместной реализации всех основных принципов борьбы с высолами, комплексный подход в действии добавок позволяет предотвратить образование высолов на поверхности каменных конструкций практически всех видов солей.

Проведенные экспериментальные исследования показали эффективность различных методов предупреждения образования высолов на поверхности каменных конструкций. Приоритет в данном направлении следует отдавать добавкам комплексного действия, исключающим высолообразование на всех стадиях твердения кладочных растворов.

2.2 Методы оценки каменных и армокаменных конструкций

В настоящее время наряду со строительством зданий и сооружений и сооружений различного назначения с применением сборных и монолитных железобетонных конструкций все более широко применяются каменные и армокаменные конструкции. Этому способствуют как большие запасы природных камней, таки материалов для искусственных камней и наличие развитой промышленности этих строительных материалов.

Оценка состояния каменных и армокаменных конструкций может производиться, также как для большинства других строительных конструкций по внешним признакам. Для этого разработан ряд универсальных рекомендаций.

Общая оценка надежности и технического состояния различных инженерных сооружений в зависимости от имеющихся у них характерных повреждений с учетом значимости отдельных видов конструкций представлена в табл. 2.

Таблица 2. Оценка состояния каменных и армокаменных конструкций по внешним признакам

Категория состояния конструкции	Признаки силовых воздействий на конструкцию	Признаки воздействия внешней среды на конструкцию
1	Трещины в отдельных кирпичах, не пересекающие растворные швы.
2	Волосные трещины, пересекающие не более двух рядов кладки (длиной 15 - 18 см).
3	Волосные трещины, при пересечении не более четырех рядов кладки при числе трещин не более четырех на 1 м ширины (толщины) стены, столба или простенка. Вертикальные и косые трещины (независимо от величины раскрытия), пересекающие не более двух рядов кладки.	Размораживание и выветривание кладки, отслоение облицовки на глубину до 15 % толщин.
4	Вертикальные и косые трещины в несущих стенах на высоту не более четырех рядов кладки. Образование вертикальных трещин между продольными и поперечными стенами, разрывы или выдергивания отдельных стальных связей и анкеров крепления стен к колоннам и перекрытиям. Местное (краевое) повреждение кладки на глубину до 2 см под опорами ферм, балок и перемычек в виде трещин и лещадок; вертикальные трещины по концам опор, пересекающие не более двух рядов кладки.	Размораживание и выветривание кладки, отслоение облицовки за глубину до 25 % толщины. Наклоны и выпучивание стен и фундаментов в пределах этажа не более чем на 1/6 их толщины. Смещение плит перекрытий на опорах не более 1/5 глубины заделки, но не более 2 см.
5	Вертикальные и косые трещины в несущих стенах и столбах на высоту более четырех рядов кладки. Отрыв продольных стен от поперечных в местах их пересечения, разрывы или выдергивания стальных связей и анкеров, крепящих стены к колоннам и перекрытиям. Повреждение кладки под опорами ферм, балок и перемычек в виде трещин, раздробления камня или смещения рядов кладки по горизонтальным швам на глубину более 2 см; образование вертикальных или косых трещин, пересекающих более двух рядов кладки.	Размораживание и выветривание кладки на глубину до 40 % толщины. Наклоны и выпучивание стен в пределах этажа на 1/3 их толщины и более смещение (сдвиг) стен, столбов и фундаментов по горизонтальным швам. Смещение плит перекрытий на опорах более 1/5 глубины заделки в стене.

Характер развития трещин стены возведенной из каменных конструкций, а также повреждения в каменных и армокаменных конструкциях зданий и сооружений, вызванных агрессивным внешним воздействием, представлены на рисунках 4-5.

Рис. 4. Характер развития трещин в сжатой кирпичной кладке: а - малоразвитые трещины; б - развитие трещин по высоте и увеличение их ширины; в - трещины при разрушении.

Рис. 5. Повреждение каменных конструкций: а - трещины в стене от усадки монолитной перемычки; б - трещины в кирпичной колонне при нагрузке ее угла; в - трещины в кирпичной колонне от изгиба балок, установленных без подкладок; г - трещина в карнизе от распора при температурных деформациях; 1 - трещины; 2 - перемычка; 3 - стена; 4 - колонна; 5 - стальная балка.

2.3 Мероприятия по обеспечению долговечности зданий из каменных и армокаменных конструкций

В комплекс мероприятий по обеспечению долговечности промышленных зданий входят:

1. Предохранение от перегрузки. Для предохранения строительных конструкций от перегрузки нельзя допускать:

- не предусмотренные проектом установку, подвеску и крепление технологического оборудования, различных видов внутрицехового транспорта и передаточных устройств (тельферов, кранов, трубопроводов и т. п.). В случае необходимости, обусловленной требованиями производства, такого рода дополнительные нагрузки могут быть допущены только после проверочного расчета строительных конструкций и усиления их, если это окажется необходимым. Во всех случаях дополнительная нагрузка строительных конструкций должна допускаться только с письменного разрешения руководителя строительно-эксплуатационной службы предприятия;

- превышения предельной нагрузки на полы, междуэтажные перекрытия, антресоли и площадки во всех производственных, складских и иного назначения помещениях; на стенах, колоннах и других хорошо видимых элементах зданий надо сделать и постоянно сохранять соответствующие надписи, указывающие величину допускаемых предельных нагрузок;

- излишней нагрузки на строительные конструкции за счет всякого рода временных устройств и приспособлений, надобность в которых возникает при производстве строительных и монтажных работ в действующих цехах;

- превышения допускаемых скоростей движения внутрицехового транспорта и резкое торможение его; предупреждающие надписи об этом должны быть сделаны на видных местах.

2. Предохранение от механических повреждений. Строительные конструкции и элементы зданий необходимо всемерно предохранять от механических повреждений различного рода ударами. Сюда относятся:

- удары от мостовых кранов, безрельсового (электрокары, автокары, автомашины) или рельсового транспорта;

- удары при неосторожной или небрежной разгрузке материалов, от бросания деталей, тяжелых предметов, при передвижке оборудования и тяжелых деталей волоком и т. п.;

- удары и другие механические повреждения во время производства строительных и монтажных работ (при ремонтах, реконструкциях, перепланировках оборудования и т. п.).

В целях недопущения такого рода ударов необходима соответствующая организация производственных процессов. Если же ударные воздействия на строительные конструкции в ходе производственных процессов неизбежны, то места конструкций, подвергающиеся ударам, следует оградить специальными защитными приспособлениями.

3. Защита от высоких температур. Строительные конструкции и элементы зданий должны быть защищены от воздействия высоких производственных температур:

- как правило, исключается попадание жидкого металла на строительные конструкции, соприкосновение с ними раскаленных деталей и другие воздействия высоких температур; в случае неизбежности такого рода воздействий строительные конструкции (полы, колонны, фермы и др.) необходимо надежно защитить соответствующими термоизоляционными одеждами;

- воздействие на строительные конструкции лучистой энергии вследствие неисправности технологического оборудования или недоучета такого воздействия (неисправность или недостаточность тепловой изоляции у нагревательных печей, вагранок, мартеновских печей и др. агрегатов) должно быть устранено или ослаблено в первую очередь путем упорядочения технологического процесса и исправления недостатков тепловой изоляции оборудования; в местах же неизбежного влияния лучистой энергии на строительные конструкции последние должны быть защищены термоизолирующей одеждой (обделка кирпичом, асбестом и т. п.).

4. Защита от агрессивных воздействий среды производства.

Строительные конструкции и элементы зданий должны быть защищены от агрессивного воздействия кислот, щелочей, солей, пыли и газов химических веществ. Все кислоты и щелочи, даже небольших концентраций, а также многие соли разрушающе действуют на сталь, бетон, кирпич и другие материалы строительных конструкций, особенно при переменном воздействии и при повышенных температурах. Едкие щелочи, проникая в грунт оснований сооружений, разрушают его, вызывая просадки оснований и опасные деформации сооружений. Воздействие агрессивных химических веществ на строительные конструкции может иметь две формы:

- непосредственное воздействие кислот, щелочей, солей, паров и других химических продуктов вследствие неосторожного обращения с ними и неправильного или неорганизованного ведения технологического процесса (разбрызгивание аппаратами, разливание и испарение);

- воздействие газов, содержащих те или другие химические продукты во взвешенном состоянии.

Предупредительные мероприятия в этих случаях заключаются в правильной организации и ведении производственных процессов, содержании технологического оборудования, аппаратов, трубопроводов и вентиляционных систем в исправном состоянии, исключении утечки, разливания и испарения химических продуктов.

Если же все это не устраняет агрессивного воздействия химических веществ на строительные конструкции, то должны быть приняты специальные меры противокоррозийной защиты конструкций. К разработке и совершенствованию способов такой защиты следует привлекать лаборатории предприятий, а также специализированные проектные и научно-исследовательские организации.

Строительные конструкции и элементы зданий и сооружений, подвергающиеся в процессе эксплуатации вредному воздействию химических веществ, должны находиться под постоянным и тщательным контролем с целью своевременного обнаружения дефектов и износа антикоррозийных покрытий и их возобновления.

5. Поддержание в производственных помещениях проектного температурно-влажностного режима. Воздух всегда содержит некоторое количество влаги в виде пара. Количество влаги, содержащейся в 1 м3 воздуха, выраженное в граммах, называется его абсолютной влажностью. Абсолютную влажность выражают величиной парциального давления (часть общего давления паровоздушной смеси, обусловленная наличием водяного пара в воздухе), называемой упругостью водяного пара, которая измеряется в миллиметрах ртутного столба и обозначается буквой . При данной температуре и барометрическом давлении упругость водяного пара, вследствие поступления его извне, может увеличиваться лишь до известного предела. Эта максимальная упругость водяного пара обозначается буквой Е и измеряется в миллиметрах ртутного столба. При повышении температуры воздуха его относительная влажность понижается, а при понижении температуры, наоборот, повышается вследствие уменьшения. При некоторой t, когда = , относительная влажность р=100%. Такая температура для данной влажности называется точкой росы (ф). Если продолжится охлаждение воздуха ниже , то некоторое количество влаги, находящееся в парообразном состоянии, будет конденсироваться, т. е. переходить в капельно-жидкое состояние. Поэтому во избежание конденсации водяного пара на внутренних поверхностях ограждений температура их должна быть выше точки росы и не должна значительно отличаться от температуры внутри помещений. Влажностный режим помещений в холодный период года подразделяется на сухой, нормальный, влажный и мокрый, в, зависимости от величины относительной влажности воздуха. Здесь величины абсолютной влажности, соответствующие указанным величинам относительной влажности, отнесены к условной неизменной температуре внутри помещений (+ 18° С). Предупредительные мероприятия по поддержанию в промышленных зданиях влажностного режима, соответствующего запроектированному, заключается в обеспечении исправности ограждающих конструкций, поддержании соответствующей температуры внутри помещений и в достаточной их вентиляции.

6. Защита от воздействия климатических факторов. Строительные конструкции должны предохраняться от вредных воздействий климатических факторов (дождь и снег, переменный режим увлажнения и высушивания, замораживания и оттаивания). С этой целью необходимо выполнять следующие мероприятия:

- содержать в исправном состоянии и своевременно возобновлять защитные, предохраняющие от намокания и дальнейшего разрушения при морозе покровные слои кровель, штукатурок, облицовок, лакокрасочных и иных покрытий; - содержать в исправном состоянии все устройства для отвода атмосферных и талых вод: разжелобки, водосточные трубы, воронки и трубопроводы внутреннего водостока, карнизы, сливы, подоконники, отмостки, колодцы и сети ливневой и других видов канализации; до наступления морозов и перед весенним снеготаянием все эти устройства следует тщательно осматривать; обнаруженные по ним неисправности немедленно устранять.

- своевременно удалять снег с покрытий зданий, не допуская накопления слоя его на кровле выше 20 см в морозную погоду и 5--10 см -- в оттепели; после каждого обильного снегопада и метелей количество снега на кровлях надо проверять и при превышении указанных выше толщин слоя производить очистку кровель от снега; с кровель из рулонных материалов, во избежание повреждения водоизолирующего ковра, снег следует удалять деревянными лопатами или путем подтаивания; с наступлением весеннего снеготаяния кровли необходимо очищать от снега полностью, при этом образовавшиеся наледи разбивать не следует, во избежание повреждения водоизолирующего слоя кровли;

- не допускать скопления снега у стен зданий, так как это ведет к переменному намоканию и замораживанию наружного слоя стен при оттепельном и весеннем снеготаянии;

- наблюдать за состоянием, обеспечивать исправность и своевременное возобновление влагоизолирующих устройств (изоляция от грунтовых и производственных сточных вод, конденсационной влаги и т. п.);

- наблюдать за состоянием и обеспечивать исправность ограждающих конструкций и элементов зданий: стен, покрытий, заполнений проемов;

- утеплять на зиму мелко заложенные фундаменты, каналы, трубопроводы и проводить другие мероприятия против промерзания и выпучивания грунта оснований сооружений и связанных с этим деформаций строительных конструкций.

7. Технический надзор и уход. Разные строительные и монтажные работы в действующих цехах, вызываемые изменениями технологического процесса (работы по демонтажу и монтажу оборудования, трубопроводов, транспортных и др. устройств), должны производиться без нарушения строительных качеств здания, предусмотренных проектом. В каждом отдельном случае, когда при таких работах могут быть затронуты строительные конструкции или элементы здания, производство их следует допускать лишь с ведома и согласования руководителя строительно-эксплуатационной службы предприятия. За зданиями и отдельными их конструктивными элементами надо обеспечить повседневный надзор и уход. Постоянные наблюдения за состоянием зданий и их конструктивных элементов необходимы для своевременного обнаружения и устранения мелких повреждений и дефектов, возникающих в процессе эксплуатации или допущенных при строительстве объектов и не устраненных до ввода их в действие, с тем, чтобы предотвратить крупные разрушения конструкций. Работы по устранению таких повреждений и дефектов выполняются, как правило, сразу же при обнаружении. Все более или менее крупные повреждения и дефекты, которые не могут быть устранены немедленно при обнаружении, фиксируются в дефектных ведомостях. Устранение их, в зависимости от характера и размеров, производится или в порядке аварийного ремонта, или относится на ближайший период выполнения планового текущего или капитального ремонта.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Деградация и долговечность материалов и конструкций / В.П. Селяев // Долговечность строительных материалов и конструкций: материалы науч.-практ. конф. - Саранск, 2001. - С. 7-11.

2. Долговечность строительных материалов / В.П. Селяев, В.И. Соломатов // Долговечность материалов, конструкций и сооружений. Оценка. Прогноз: акад. чтения. - М., 1995.

3. Еременок П.Л., Еременок И.П. Каменные и армокаменные конструкции: Учебник для вузов. -- Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981. -- 224 с.

4. СНиП II-22-81*. Каменные и армокаменные конструкции/Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2004.

5. СП 15.13330.2012

Размещено на Allbest.ru