Разрушения материалов
Здания и сооружения в процессе эксплуатации подвергаются воздействию агрессивных сред природного и техногенного характера.
Эти воздействия приводят к изменениям первоначальных свойств материалов конструкций.
В зависимости от того, какие именно свойства материалов изменяются, под действием внешних факторов, различают 2 формы изменений:
старение и износ.
Старение - процесс изменения физико-химических свойств материала конструкции при длительной естественной выдержке.
На конструкции воздействуют: окружающая среда, механические нагрузки (связаны с технологическими процессами в здании).
Старение – необратимый процесс, препятствующий его разрушению.
Разрушение под действием нагрузок происходит в месте наиболее опасного дефекта.
Износ – изменение размеров, формы, массы конструкции или состояния его поверхности.
Причина износа – постоянно действующие нагрузки или факторы окружающей среды.
Вследствие старения и износа наступает разрушение материала конструкции.
|
|
Различают 3 случая разрушения:
1. большие статические или динамические нагрузки - вызывают в материале напряжения, значительно превышающие допустимые,
2. совместное воздействие механических нагрузок и факторов окружающей среды – каждый из которых активизирует общее воздействие,
3. значительная агрессивность окружающей среды – приводит к разрушению даже при малых нагрузках.
Чаще при эксплуатации - 2 и 3 случаи разрушения.
На износ большое влияние оказывает структура материала:
Знаем 4 агрегатных состояния:
· твердое,
· жидкое,
· газообразное
· плазма.
В конструкциях - материалы в твердом состоянии (отличие от газов и жидкостей – упругость).
Из курса физики и химии:
2 разновидности агрегатного состояния твердого тела:
- аморфное
- кристаллическое.
Аморфные – не имеют четко выраженной tºC плавления, молекулы расположены беспорядочно, вещество изотропно.
Кристаллические – упорядоченная 3-х мерная структура. Они анизотропны.
4 типа кристаллических решеток:
- ионная – в узлах чередуются + и – ионы. Решетки стабильны, это характерно для материалов неорганического происхождения. Часто – микротрещины.
- атомная– структурные единицы – нейтральные атомы, связанные друг с другом ковалентной связью. Для них характерен полиморфизм, т.е. модификации. Углерод – алмаз и графит, олово – серое (a - Sn)и белое (b – Sn), кремний. Под действием давления и температуры можно превратить одну модификацию в другую.
- металлическая - в узлах + ионы, в междоузлиях – электроны. Пластичны, электропроводны, тоже – полиморфизм.
- молекулярная - в узлах молекулы. Там другие силы притяжения (не Кулоновские, а Ван-дер-Ваальсовые, они слабее). Это характерно для органических веществ.
|
|
Повреждения – начальная стадия разрушения отдельных конструктивных элементов (или частей элемента); т.е. потеря конструкцией (элементом) первоначальных свойств.
Причины, вызывающие повреждения (и последующие разрушения)
- воздействия внешних природных и искусственных факторов
- воздействие внутренних факторов, обусловленных технологическим процессом
- проявление дефектов, допущенных при проектировании, строительстве здания
- недостатки и нарушения правил эксплуатации здания.
Характер процессов, приводящие к разрушению
Механические (приложение сверхрасчетной нагрузки, деформация грунтов, сейсмическое воздействие)
Физико-химические (окисление, коррозия от р-ров солей, щелочей и т.п., воздействие электротока, биологические процессы).
Чаще всего – группа факторов воздействует.
По степени разрушения - 3 категории повреждений:
1. Аварийного характера – вызваны дефектами проектирования и строительства, стихийными явлениями, нарушением правил эксплуатации.
2. Разрушения несущих конструкций, вызванные внешними и технологическими факторами и нарушениями правил эксплуатации. Аварийными не являются, устранимы при кап. ремонте усилениями или заменой.
3. Разрушения второстепенных элементов, устраняемые при текущем ремонте (выпадение плиток облицовки, участков штукатурки и т.п.).
Дефекты зданий
Износ зданий ускоряется при проявлении дефектов, допущенных при выборе участка для строительства, при проектировании и строительстве, при нарушении правил эксплуатации. Нужно стремиться к их предотвращению.
Дефект –это несоответствие конструкции определенным параметрам, нормативным требованиям или проекту.
Пример: завышена толщина шва кладки. Это дефект.
Обрушение кладки – повреждение из-за дефекта швов.
Пример: Провал отмостки – считают дефектом. Это не так.
Это повреждение, вызванное дефектом при устройстве опалубки.
Дефект – первопричина повреждения. Стремимся – предупредить, избежать. Они ускоряют износ, их сложно или невозможно устранить.
Классификация дефектов.
I - по месту
Неправильная «посадка» здания на участке (поэтому плохое проветривание, подтопление и т.п.)
II – по причине и времени
- Дефекты при изысканиях и проектировании (неверный выбор участка строительства, неправильная оценка грунтов, неправильный выбор конструкций и материалов, неправильно определены нагрузки, неверное сечение и т.п.)
- Дефекты строительства (нарушение технических условий производства работ, небрежный отбор материалов, неоправданная замена материалов в процессе строительства).
III – по характеру
- Скрытые - не видимы при внешнем осмотре
- Явные
IV – по значимости (опасности) - группы
- Дефекты, которые могут привести к аварии - необходимо немедленно устранять при обнаружении.
- Дефекты, не угрожающие целостности здания, но ослабляющие конструкции или снижающие эксплуатационные качества здания (промерзание стен, дефекты стыков зданий) – необходимо принять меры к устранению.
- Дефекты, не приводящие к разрушению здания, но снижающие эксплуатационные качества и требующие дополнительных расходов на эксплуатацию.
В зависимости от снижения несущей способности строительных конструкций степень повреждения и возможность их восстановления приведены ниже в таблице.
Степень повреждения | Снижение несущей способности, % | Возможность восстановления |
Незначительная | 0-5 | Не требуется |
Слабая | До 15 | Усиление и текущий ремонт |
Средняя | До 25 | Усиление и капитальный ремонт |
Сильная | До 50 | Усиление и капитальный ремонт с заменой (при технико-экономическом обосновании) отдельных строительных конструкций |
Полное разрушение | Свыше 50 | Разборка и усиление строительных конструкций |
|
|
Зачем изучать?
Прогнозируем возможную опасность
Принимаем своевременные меры по устранению (или локализации)
Способствуем не повторению подобных ошибок.
Смотрим таблицу с примерами, стр.47-57 (Оценка технического состояния здания).