Оценка технического состояния зданий и их конструктивных элементов. Тема 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. Разрушение материалов и конструкций

1.

Тема 3. Оценка технического состояния зданий и их
конструктивных элементов

2.

План занятия:
3.1. Старение и износ материалов конструкций.
3.2. Разрушение материалов и конструкций.
3.3. Дефекты зданий и конструкций и их последствия.
3.4. Методы и средства оценки технического
состояния и эксплуатационных качеств зданий.
3.5. Физический и моральный износ.
3.6. Способы оценки состояния конструкций и
инженерного оборудования зданий и сооружений.
3.7. Оценка качества и состояния строительных
материалов и соединений.

3.

3.1. Старение и износ материалов конструкций
Старение — это процесс изменения физико-химических свойств
материала конструктивного элемента при длительной естественной
выдержке, т.е. в результате воздействия на конструкцию окружающей
среды, механических нагрузок, связанных с технологическими
процессами в здании.
Старение материала предшествует его разрушению. Оно носит
необратимый характер. Разрушение конструкции под воздействием
нагрузок происходит в месте наиболее опасного дефекта. В отличие от
нагрузок факторы окружающей среды действуют равномерно или
избирательно в одном или нескольких местах конструкции и
сопровождаются интенсивным физическим износом.

4.

Износ - это изменение размеров, формы, массы технического
объекта или состояния его поверхности вследствие остаточной
деформации от постоянно действующих нагрузок либо из-за
разрушений поверхностного слоя.
Вследствие старения и износа наступает разрушение материала
конструкции.

5.

Различают три случая разрушения:
1) большие статические или динамические
нагрузки вызывают значительные, превышающие
допустимые напряжения в материале;
2) совместное воздействие механических
нагрузок и факторов окружающей среды, каждый из
которых активизирует общее воздействие;
3) значительная агрессивность окружающей
среды при малых напряжениях от статических или
динамических нагрузок приводит к разрушению.

6.

Значительное влияние на износ конструкции оказывает
микроструктура материала.
Вещества в природе, как известно, находятся в четырех
агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном и
плазменном. Материалы, применяемые для конструкций
зданий, твердые, поэтому в отличие от газов и жидкостей они
обладают упругостью. При изменении формы тела под
действием внешних сил возникают силы упругости,
стремящиеся возвратить его в первоначальное состояние.
Причиной низкой прочности строительных материалов
является наличие трещин, возникающих либо до приложения
механических нагрузок, либо в процессе нагружения и
эксплуатации. Наибольшее распространение в строительстве
получили хрупкие материалы, обладающие малой вязкостью.

7.

К наиболее активным средам, вызывающих
ускоренный износ конструкций, относятся:
1. Солнечная радиация;
2. Атмосферная среда;
3. Капиллярная влага;
4. Грунтовая среда;
5. Биологическая среда;
6. Искусственные технологические процессы.

8.

1. Солнечная радиация. Радиация, падающая на
конструкцию, частично поглощается материалом,
повышая его температуру, частично отражается.
Бетонные, каменные, силикатные конструкции
состоят из веществ, имеющих неодинаковую
кристаллическую
структуру
и
обладающих
анизотропностью физических свойств в разных
направлениях при наложении энергетического
поля. Поэтому действие солнечной радиации
вызывает значительные напряжения в теле
конструкций,
связанные
с
радиационной
амплитудой;

9.

2. Атмосферная среда — наличие в воздухе различных
примесей, смена положительных и отрицательных
температур, ветер, осадки в виде дождя и снега,
ультрафиолетовые лучи, озон. К природным загрязнителям
атмосферы относятся: пыль от эрозии почвы и горных пород;
пыль растительного, вулканического и космического
происхождения; капельно-жидкая вода (туман) и частицы
морской соли; вулканические газы; газы от пожаров;
продукты растительного, животного и микробиологического
происхождения. Естественные процессы гниения, брожения
и разложения органических веществ сопровождаются
образованием угольной кислоты, сернистых соединений,
метана, органических кислот, аммиака, сероводорода,
взаимодействующих со строительными конструкциями;

10.

3. Капиллярная влага. Чистая вода влияет на износ
конструкций как поверхностно-активное вещество или как
растворитель. В капиллярах твердого тела жидкость имеет
различную плотность из-за растворения материала
конструкции. В этом случае наблюдается явление осмоса:
переход жидкости из области меньшей плотности в
область
большей
плотности
через
перегородки
капилляров. В теле материала возникает давление,
которое тем больше, чем выше температура жидкости в
порах и чем меньше объем раствора, создающего
давление. Возникновение осмотического давления
приводит к напряжениям, которые, в свою очередь, ведут
к разрушению материала.

11.

4. Грунтовая среда. Как известно, горные породы и почвы
имеют пористую структуру, заполненную газами и водой.
Наибольшее влияние на износ подземных строительных
конструкций оказывают находящиеся в грунте метан,
тяжелые углеводороды, радон.
Воздействие на строительные материалы пористой структуры
воды и растворимых соединений снижает долговечность сооружений, что является проявлением солевой коррозии.
Существуют три вида скопления избыточной влаги:
- вода затворения из кладочного раствора;
- атмосферные осадки при косом дожде или нарушении
кровельной изоляции;
- капиллярный подсос грунтовых вод вследствие
неправильной гидроизоляции.

12.

5. Биологическая среда. Материалы разрушаются под действием среды,
создаваемой грибками. Биоповреждения следует рассматривать как экологотехнологическую проблему, так как биоповреждаюшие агенты являются
биокомпонентами среды (экологический фактор). В то же время объектами
повреждений могут быть материалы, конструкции, технические устройства,
транспортные средства, технологический фактор.
Важнейшим компонентом биоповреждаюшей ситуации являются живые
организмы. Круг биоповреждаюших агентов довольно широк — от бактерий,
грибов, лишайников, мхов, высших растений, кишечнополостных до рыб,
птиц и млекопитающих. Более 40% общего объема биоповреждений связано
с деятельностью почти всех групп микроорганизмов (бактерии, грибы,
актиномицеты, водоросли).
Характер вызываемых повреждений определяется эксплуатационными
условиями, в которых оказываются тот или иной материал или конструкция.
Интенсивность взаимодействия материалов и экологических факторов
зависит не только от их природы, но и от условий контакта, скорости
движения и напора жидких и газообразных сред, температуры, силовых
нагрузок и др.

13.

Биологическое повреждение кирпичной кладки цоколя
здания «Янтарной мануфактуры»

14.

6. Искусственные технологические процессы.
Техногенные загрязнители атмосферы (сжигание
жидкого и твердого топлива в ТЭЦ, выбросы от
автотранспорта и промышленных предприятий) в
значительной
степени
влияют
на
износ
строительных конструкций.

15.

3.2. Разрушение материалов и конструкций
Разрушение материала — макроскопическое нарушение
сплошности материала в результате тех или иных воздействий на него.
Различают следующие виды разрушений:
1.
начальное разрушение (образование и развитие пор, трещин и
других нарушений сплошности) и полное разрушение
(разделение тела на две и более частей);
2.
хрупкое (без значительной пластической деформации) и
пластическое (или вязкое);
3.
усталостное, длительное и др.
Повреждения — это начальная стадия разрушения отдельных
конструктивных элементов или отдельных мест этого элемента, т.е.
потеря первоначальных свойств конструкции или элемента.

16.

Причины, вызывающие повреждения,
а затем и разрушения зданий, следующие:
1.
воздействия внешних природных и искусственных факторов;
2.
воздействия внутренних факторов, обусловленных
технологическим процессом;
3.
проявление дефектов, допущенных при изысканиях, проектировании, возведении здания;
4.
недостатки и нарушения правил эксплуатации зданий,
сооружений и сантехоборудования.

17.

В зависимости от характера процессов, приводящих к
разрушению, разрушения делятся на:
механические:
приложение сверхрасчетной нагрузки
(оборудование, деформации грунтов оснований);
сейсмическое воздействие;
механическое повреждение
физико-химические:
окисление/коррозия, вызванные растворами
солей, кислот, щелочей, грунтовой влаги;
воздействие электрического тока,
Воздействие биологических процессов.

18.

По степени разрушения можно выделить
три категории повреждений:
1.
аварийного характера, вызванные дефектами проектирования,
строительства, стихийными явлениями, а также нарушениями
правил эксплуатации зданий и сооружений;
2.
разрушения несущих конструкций, обусловленные внешними и
технологическими факторами, нарушением правил
эксплуатации. Такие нарушения не являются аварийными и
устраняются при капитальном ремонте усилением или заменой;
3.
разрушения второстепенных элементов (выпадение штукатурки,
отдельных плиток облицовки), устраняемые при текущем
ремонте.

19.

3.3. Дефекты зданий и конструкций и их последствия
Дефект — это несоответствие конструкции определенным
параметрам, нормативным требованиям или проекту.
Дефекты зданий можно классифицировать
по следующим признакам:
по месту,
причине и времени,
характеру и значимости.

20.

Дефекты по месту:
неправильная ориентация здания на местности,
неудачная «посадка» здания на участке.
Дефектами по причине и времени могут служить:
дефекты изысканий и проектирования
дефекты строительства.
По характеру дефекты подразделяются на:
скрытые,
явные.
По значимости (опасности) дефекты делятся на три группы:
дефекты, которые могут привести к аварии;
дефекты, не угрожающие целостности зданий,
но ослабляющие конструкции или снижающие
эксплуатационные качества зданий;
дефекты, которые не приводят к разрушению зданий,
но снижают их эксплуатационные качества и требуют
дополнительных затрат на эксплуатацию.

21.

Причины основных дефектов строительных
конструкций:
использование некачественных материалов;
недостатки конструктивного решения;
нарушение технологии изготовления и монтажа;
нарушение правил эксплуатации зданий.

22.

Опасными дефектами для монолитных и
сборных конструкций являются:
недостаточное или неправильное армирование,
загрязненные заполнители,
заниженная прочность бетона,
нарушения технологии укладки бетонной смеси.
Дефекты изготовления сборных конструкций
делятся на 4 группы:
отклонения размеров и формы элементов;
дефекты поверхности элементов;
трещины в защитном слое, сколы углов и ребер,
смещение арматуры и закладных частей.

23.

Характерные дефекты монтажа
сборных железобетонных конструкции:
1.
дефекты стыков;
2.
дефекты положения элементов (отклонения от вертикали,
перекосы в плоскости и т.п.);
3.
дефекты опирания конструкций.
Дефекты кирпичной кладки:
явные дефекты
негоризонтальные и толстые швы,
отсутствие перевязки швов, армирования колонн,
простенков,
отклонение стен от вертикали.
скрытые дефекты
применение кирпичей с плотностью выше расчетной, более
низкой марки и т.п.

24.

Трещины и расслоение кирпичной
кладки, выветривание раствора из швов.
Средняя школа по ул. Суворова
Здание Музколледжа
до реконструкции

25.

Нарушение правил эксплуатации зданий:
I - нарушение правил использования и содержания зданий:
неправильное содержание оснований и фундаментов,
перерывы в отоплении зданий,
отсутствие защиты внутренних фундаментов от промерзания,
нарушение в работе санитарно-технических систем и
технологического оборудования,
неправильный уход за крышей;
II - несвоевременный и неудовлетворительный ремонт:
нарушение правил ремонта оснований и фундаментов,
отмосток, стен, кровли,
несоблюдение технологических требований ремонта полов и
облицовки стен помещений с мокрыми процессами.

26.

3.4. Методы и средства оценки технического состояния и
эксплуатационных качеств зданий
Несущие элементы с дефектами условно можно
разделить на две группы:
- элементы, в которых имеют место отклонения, не
вызывающие видимых разрушений;
- элементы с локальными разрушениями.

27.

С методической точки зрения два вида ослаблений следует выделить в
особую группу. Это коррозионные поражения и трещины. При осмотре
устанавливается наличие трещин, проводится предварительный анализ
причин их возникновения, определяются места с наибольшими
поражениями коррозией.
При выявлении элементов конструкций, ослабленных коррозией,
следует иметь в виду, что наибольшему поражению подвержены
металлические и железобетонные конструкции в цехах и специальных
помещениях, в которых по технологическому режиму предполагается
наличие агрессивных веществ. При этом самые существенные повреждения
бетона и стали происходят из-за кислотной и сульфатной коррозии, при
периодическом увлажнении и некачественной химзащите.
Для обычных зданий и сооружений в наибольшей степени коррозии
подвержены подземные части здания при воздействии агрессивных
грунтовых вод и переменном температурно-влажностном режиме
эксплуатации, а также несущие элементы покрытия при разрушении
материалов кровли и утеплителей. При этом наибольшей коррозии следует
ожидать на участках с максимальными напряжениями, в местах приложения
сосредоточенных нагрузок, на вводах вентиляционных систем и в зонах с
плохой вентиляцией, на участках с интенсивным пыленакоплением, а также
в местах нарушения защитного слоя бетона и антикоррозионного покрытия.

28.

Основные дефекты строительных конструкций:
отклонения, не вызывающие видимых разрушений (правильность
опирания и крепления опорных площадок, качество сварки,
ослабления болтовых соединений, удаление вертикальных
крестовых связей при установке оборудования в промзданиях);
локальные разрушения элементов конструкций (срезы болтов,
надрезы, сколы, обрывы отдельных элементов конструкций);
коррозионные поражения (коррозия сплошная и местная,
равномерная, неравномерная и язвенная);
трещины: осадочные, усадочные, температурные;
осадки и взаимные смещения отдельных частей зданий и сооружений.

29.

Повреждение раскоса
стропильной фермы
Шляпки клепок стерты
от движения
мостового крана

30.

Критерии классификации трещин по:
геометрии (длина, ширина раскрытия, глубина распространения)
по статистическим параметрам (среднее и дисперсия числа трещин
в единице объема),
энергетическим показателям (суммарная поверхностная энергия),
характерным стадиям процесса трещинообразования при
постепенном увеличении нагрузки.
По показателю опасности можно выделить
три группы дефектов-трещин:
1.
трещины неопасные, ухудшающие только качество лицевой
поверхности;
2.
опасные трещины, вызывающие значительное ослабление
сечений;
3.
трещины промежуточной группы.

31.

Причиной появления больших напряжений, образования
и развития трещин являются:
перегрузки, вызванные статическими и динамическими силовыми
воздействиями;
концентрация напряжений на структурных неоднородностях и в зонах
изменений геометрических параметров несущего элемента, а также при
натяжении арматуры;
неравномерные перемещения конструкций из-за перегрузок или различия в
деформативных характеристиках строительных материалов;
неравномерные осадки фундаментов;
различные температуры элементов конструкции, либо резкий перепад
температуры в сечении элемента, неравномерное распределение
температуры в объеме бетона массивных конструкций при экзотермической
реакции;
большая усадка бетона, вызванная нарушениями при изготовлении или же
неудачном подборе состава бетонной смеси, неравномерная усадка
поверхностных слоев бетона и внутренних областей, вызванная интенсивной
потерей влаги на его поверхности;
расклинивающее действие льда в порах, пустотах, трещинах на увлажненных
зонах бетона;
расклинивающее действие арматуры при ее коррозии из-за накопления
ржавчины.

32.

К характерным особенностям трещин
относятся:
ориентация трещин (продольная,
поперечная, вертикальная,
горизонтальная, наклонная);
количество трещин и их расположение в
дефектной области;
ширина раскрытия и зона распространения
трещины по длине и толщине элемента.

33.

Рис.3.1. Схемы образования трещин в стеновых панелях и кирпичной кладке,
вызванных неравномерной осадкой
а - при преимущественных осадках краев здания; в - при осадках средней части
здания; б - при значительных различиях податливости грунта.

34.

Рис. 3.2. Схема образования трещин при различной деформативности
несущих конструкций девятиэтажного жилого здания

35.

Рис. 3.3. Схемы расположения усадочных трещин

36.

Рис. 3.4. Веретенообразные трещины в подкрановой балке
при эксцентриситете вертикальной нагрузки

37.

Данные детального осмотра являются основой для
составления подробного плана инструментальных измерений и
неразрушающих испытаний. В плане инструментальных
обследований приводится перечень геометрических и физикомеханических параметров, подлежащих экспериментальной
оценке, указываются необходимые приборы, выпускаемые
промышленностью, уточняется методика контроля.
Вид контроля (сплошной, выборочный), объем выборки
контролируемые параметры определяют по стандартам и чертежам
на данный вид конструкций, СНиПам на процессы производства
работ для приемочного контроля с учетом фактического состояния,
конструкций и цели обследования.

38.

Рис.3.5. Нивелирные марки стенные (а и б) и в фундаментных плитах (в и г):
а - в каменных стенах; б - на стальных колоннах; в - с ввинчивающейся крышкой;
г - с откидной крышкой; 1 - стальные уголки 30x5; 2 - каменная стена; 3 - цементный
раствор; 4 - стальная колонна; 5 - сварной шов; 6 - бетонная плита; 7 - стальная заклепка; 8
- патрубок; 9 - ввинчиваемая крышка; 10 - съемная крышка

39.

Рис.3.6. Определение глубины распространения
трещины методом подсечек:
1 - бетонный массив; 2 - трещина;
3 - буровые скважины

40.

Гипсовые маяки, установленные на трещины в кирпичных стенах

41.

Стеклянные маяки
Отсутствие перевязки швов
в кирпичной кладке