Грунау - Предупреждение дефектов в строительных конструкциях

 ВВЕДЕНИЕ

С выражением, «воздействия на строительные конструкции» тесно связан ряд понятий, из которых в первую очередь должны быть исследованы такие, как «эрозия», «коррозия», «биологические воздействия» и «провоцируемая эрозия». Эти понятия следует основательно изучить, чтобы четко представлять характер их влияния на строительные  материалы.

С этой целью в настоящей книге рассматривается комплекс задач по пассивной и активной защите окружающей среды, а также вопросы содержания и ухода за строительными конструкциями в процессе эксплуатации. В связи с проблемой сохранения качества материальных ценностей в строительстве данные вопросы приобретают в настоящее время важное значение.

Особое внимание приходится обращать на агрессивные воздействия, являющиеся следствием загрязнения атмосферы газами и пылевидными частицами, находящимися в составе дымов, выделяемых промышленными предприятиями и транспортом. Помимо этого необходимо также учитывать и разнообразные воздействия, являющиеся результатом очистки используемой человеком воды (хозяйственно-технологической, водопроводной, воды для плавательных бассейнов, а также сточных вод). Против некоторых из упомянутых агрессивных воздействии следует применять новые средства защиты, постоянно совершенствуя их. Эта проблема рассмотрена в нашей книге достаточно подробно и с критических позиций.

Биологические факторы по степени их воздействия на строительные конструкции являются относительно безобидными и касаются, как правило, лишь органических строительных материалов. Однако и эти воздействия, проявляющиеся в форме заселения живыми организмами питательной среды, находящейся в сфере жизнедеятельности человека, не могут быть оставлены без внимания.

Следует также рассмотреть вопрос влияния человека на возникновение так называемой провоцируемой эрозии. Повреждения строительных конструкций в таких случаях как бы заранее предусматриваются вследствие ошибок, допускаемых при проектировании и производстве работ. Причиной является в основном элементарное незнание вопроса или ошибочные представления, а часто и просто оплошности.

Все сказанное выше носит, впрочем, весьма общий характер, а потому далее дается подробное описание упомянутых воздействий на строительные конструкции и сооружения.

Под коррозией понимается химическое воздействие естественных и искусственных факторов на строительные материалы (минерального или органического происхождения) металлы на строительные конструкции— детали фасадов, крыш, на трубопроводы и другие элементы зданий и сооружений. Известно несколько видов коррозии, которые проявляются различным образом у разных материалов. В качестве важнейших могут быть названы:

поверхностная коррозия - равномерное разрушение материала по всей его поверхности;

избирательная (селективная) коррозия - воздействие на какую-либо часть или элемент строительной конструкции, например, коррозия стали и железобетона или коррозия отдельных компонентов в металлическом сплаве;

точечная (язвенная) коррозия, встречающаяся в основном на металле трубопроводов и элементов фасадов;

стрессовая (разрывная) коррозия, проявляющаяся у металлов и органических строительных материалов; такая коррозия из-за наличия дополнительных механических воздействий может быть даже причислена к эрозионной коррозии, но формально ее следует считать коррозией.

У металлов добавляются еще некоторые специфические формы коррозии, как, например, коррозия в швах, однако эти формы, по существу, едва ли могут сыграть решающую роль в разрушении материала. Следует также указать на некоторые особые виды разрушений органических строительных материалов, носящие коррозионный характер.

Коррозия строительных материалов находится в непосредственной связи с влиянием окружающей среды. Возрастающее загрязнение окружающей среды играет здесь значительную роль. Достаточно упомянуть об агрессивных газах, находящихся в атмосфере, о растущем загрязнении вод, о веществах, добавляемых в воду с целью ее очистки. Некоторые из этих добавок, хорошо выполняющие свое прямое назначение, вызывают, однако, повреждения строительных материалов. Так, например, хлорирование питьевой воды и воды, применяемой для ванн и плавательных бассейнов, ведет к уничтожению болезнетворных микробов, но одновременно оказывает агрессивное воздействие на металлы и другие строительные материалы. Обработка водопроводной воды путем добавления специальных веществ, устраняющих накипь в некоторых видах трубопроводов, препятствует образованию защитной пленки в трубах, выполняемых из других материалов.

Эрозия является физическим (механическим) воздействием, имеющим, как правило, естественные причины, которые будут подробно рассмотрены далее. Причины, а также характер эрозионных явлений определяются воздействием :

воды (вымывание растворимых компонентов из растворов, бетонов и других материалов; транспортировка агрессивных ионов; деформации, возникающие от попеременного набухания и высыхания материала; деформации, возникающие как результат попеременного замораживания и оттаивания; давление в местах скопления воды и водяных паров);

температурных деформаций (образование трещин в результате температурных напряжений; разрывы материалов в микрообъемах вследствие возникающих температурных напряжений - к подобным явлениям относятся разрушения в растворных швах, глазури и т. д.; разрушения вследствие попеременного растяжения и сжатия);

абразивных процессов (воздействие песка, дождя, пыли в форме поверхностного и избирательного (селективного) уноса частиц строительного материала);

света (разрушения, происходящие от ультрафиолетового облучения, а в отдельных случаях в результате инфракрасного (теплового) облучения, являющиеся физическими процессами, и, следовательно, причисляемые к эрозионным влияниям).

Эрозионная коррозия объединяет элементы коррозии и эрозии, причем в зависимости от обстоятельств степень воздействия эрозии или коррозии может меняться. Таким образом, здесь может идти речь о взаимодействии коррозионных явлений, носящих химический характер, с явлениями чисто физического (механического) типа. Эрозионная коррозия протекает исключительно при наличии воды; при этом на строительные материалы оказывают действие ионы агрессивных веществ, что имеет место и при коррозии, поскольку речь идет о разрушении материала также агрессивными ионами.

Примерами эрозионной коррозии могут служить разрушение растворных швов (в плавательных бассейнах или при особых атмосферных воздействия), разрушение штукатурки, образование эттрингита (при воздействии сульфатов на материалы, содержащие портландцемент).

Органические строительные материалы могут разрушаться не только вследствие химических и физических, но и биологических воздействий. Хорошо известны разрушения, которым подвергаются обои, обойные клеи и краски, в состав которых входят органические вещества, а также древесина (древесноволокнистые плиты, древесноопилочный бетон). Эти разрушения вызываются различными грибками, оказывающими как механическое воздействие, так и биологическое разрушение. Эти биологические воздействия должны быть вовремя выявлены и исключены.

Во многих случаях возникновение эрозии и коррозии не обусловлено природными условиями, а потому неизбежно. Речь идет о провоцируемых эрозии или коррозии, т. е. воздействиях, искусственно создаваемых человеком. Если, например, для работы в условиях агрессивной среды выбирается менее стойкий, чем это требуется, материал или если благодаря определенному сочетанию материалов в конструкции искусственно создаются условия для агрессивных воздействий, то в таких случаях можно говорить о бессознательно запланированной эрозии или коррозии, которую «поэтому можно считать спровоцированной и которой, следовательно, можно избежать.

Точно так же и искусственная эрозия, не вызываемая естественными обстоятельствами, может 'быть запланирована заранее (примеры подобной эрозии приводятся далее). Таким образом, имеется обширная область заранее спровоцированных или искусственно создаваемых условий для повреждения строительных конструкций, т, е. область ошибок, допускаемых как при проектировании, так и во время строительства. По мнению автора, преобладающая часть коррозионных и эрозионных процессов в строительных конструкциях объясняется именно такого рода ошибками при проектировании и строительстве.

При выборе строительных материалов необходимо с позиций строительной физики верно оценивать их взаимодействие при работе всей конструкции, учитывая влияние различных атмосферных факторов и агрессивных сред. Это положение должно иметь решающее значение при выборе любой конструкции, а для многих частей и деталей здании и сооружений (например, многослойных панелей наружных стен, конструкций крыш и т. п.) оно должно являться определяющим.

В капиталистических странах многие архитекторы и инженеры- строители так заняты различными побочными работами, чуждыми их профессиональной ориентации и не носящими технического характера, что времени для их дальнейшего образования, повышения квалификации как специалистов остается недостаточно. Частично с таким же явлением сталкиваются и профессионалы-строители в социалистических странах, где технические специалисты зачастую занимаются административной работой.

Во многих высших учебных заведениях стран Запада уровень обучения не всегда соответствует имеющемуся в данный момент уровню научных знаний. Студенты получают устаревшие сведения, которые преподносятся аудитории из года в год почти без каких-либо изменений, без критического их пересмотра. Это обусловливает соответственно и тот факт, что специалистам постоянно приходится заниматься вопросами повреждений строительных конструкций, особенно вопросами провоцированных дефектов.

Ремонтные работы и исправление дефектов, возникающих в строительстве тех или иных объектов, требуют больших затрат времени и рабочей силы, поэтому проблема сохранения народного достояния и сокращения расхода производительных сил и времени специалистов на исправление тех дефектов, которые не вызваны естественным износом, материалов, приобретает социально-общественный смысл. Преждевременный естественный износ строительных материалов также может быть сокращен благодаря разумному проектированию.

Эти положения можно пояснить следующим примером. Отделку фасада здания предусмотрено, например, выполнить краской, срок службы которой составляет четыре года. Такие дисперсионные краски на синтетических смолах (на базе винилацетата или сополимеров винилацетата), впервые появившиеся в 1955 г., сильно подвержены щелочному гидролизу и разбуханию, они быстро разрушаются. Однако еще и сегодня эти недолговечные краски применяют для окраски фасадов в некоторых странах, например в Испании, Греции и Румынии Разумнее было бы применить атмосфероустойчивые краски на базе сополимеров метакрила или стойких аналогичных смол. Их долговечность составляет около 10 лет. Еще лучше было бы дополнительно обработать основание под окраску силиконовыми смолами с целью исключения его капиллярной активности. Долговечность таких силоксановых систем составляет 20 лет. Естественно, что красить фасад один раз в 20 лет более выгодно, нежели проделывать это в пять раз чаще.

При герметизации швов на фасаде важно обращать внимание на то, чтобы применяемый герметик исправно выполнял свои функции на протяжении длительного времени. Низкокачественные герметики имеют срок «активной жизни» два года, после чего они разрушаются; высококачественные герметики, как правило, полисульфидные герметики с содержанием вяжущих веществ не менее 30% (по массе), служат 25 лет. Следовательно, можно сэкономить материалы и сократить затраты труда, если сразу применить нужный герметизирующий материал, и лишь через 25 лет в случае необходимости обновить его.

Загрязнение атмосферы индустриальных районов и больших городов стало обычным явлением. Необходимо, однако, знать, в какой степени такое загрязнение 'вредно для строительных материалов. Основной вред строительным материалам наносят агрессивные газы, содержащиеся в атмосфере, в первую очередь, двуокись серы (сернистый

ангидрид) и аэрозоли серной кислоты, содержащиеся в воздухе, затем окись азота от выхлопных газов грузового автотранспорта и соляная кислота, наличие которой наблюдается в непосредственной близости от топливных установок. К этому добавляются продукты неполного сгорания топлива в /виде твердых частиц (копоть, сажа), которые являются причиной наиболее сильных фасадных загрязнений, трудно поддающихся удалению.

Влияние этих агрессивных газов на строительные материалы относительно невелико по сравнению с опасностью их воздействия на живые организмы, особенно на человека.

Эрозия строительных материалов является следствием природных воздействий и во многих случаях связана с эрозионной коррозией; лишь в очень малой степени ее причиной является агрессивная среда искусственного происхождения. Таким образом, преобладающей причиной разрушения строительных материалов следует считать естественную эрозию (и лишь в незначительной степени — эрозию, вызываемую искусственно создаваемой агрессивной средой) в сочетании с естественной коррозией и эрозионной коррозией.

Итак, борьба с естественными процессами выветривания строительных материалов, «включая и проблему борьбы с загрязнениями, сводится к задаче содержания в полной сохранности существующих зданий и сооружений. Здесь нужно также подчеркнуть, что естественная коррозия может быть значительно ускорена в результате неправильных

проектных решений.

Вне зависимости от того, идет ли речь об охране жизни и здоровья людей и животных или о защите зданий и сооружений, активная защита окружающей среды требует полной ликвидации ее загрязнения агрессивными или вредными в биологическом отношении веществами.

Будет ли поставлено во главу угла здоровье населения или же за минимальные, ограниченные во времени преимущества, удобства или экономические выгоды будет заплачено болезнями, ухудшением качества жизни или преждевременной смертью — это проблема, носящая социальный характер. При ее решении люди всех цивилизованных стран земного шара исходят сегодня из соображений социального порядка и гуманности.

В настоящее время имеющиеся технические средства активной защиты используются еще очень мало. Когда в крупных городах ФРГ, например в Дортмунде или Бохуме, мы видим гигантские дымовые облака над предприятиями тяжелой индустрии, нам невозможно себе представить, что интересы малого числа промышленных предприятий могут так довлеть над интересами сотен тысяч людей и что соответствующие инстанции, облеченные необходимой властью, попросту попустительствуют такому загрязнению воздуха. Устранение загрязнений воздушного бассейна упирается не в технические проблемы, а в необходимость выделения соответствующих ассигнований на проведение необходимых мероприятий.

Некоторые шаги в этом направлении уже делаются, но получение практических результатов ожидается лишь в далеком будущем. Загрязнение окружающей -среды и прежде всего загрязнение воздуха будет уменьшаться постепенно. В этом отношении весьма эффективным является использование исключающих какое-либо загрязнение воздуха атомных электростанций, для широкого внедрения которых имеются серьезные экономические предпосылки.

Техническое (индустриальное) производство чистой питьевой воды — следующее требование защиты окружающей среды.

Чистейшая, без агрессивных примесей вода в больших количествах может быть получена уже сегодня. На рис. 1 приведен макет крупнейшей в Европе производственной установки по получению питьевой воды в Тернезене (Нидерланды). Эта установка, построенная фирмой Werkspoor, работает в наши дни на полную мощность. Рис. 2 демонстрирует установку в процессе строительства.

Еще одним примером, свидетельствующим о большой пользе от применения электроэнергии с позиций активной защиты окружающей среды, является применение электроэнергии для питания транспортных средств. Здесь также разработаны основные теоретические принципы, имеющие положительные результаты в практических разработках, и теперь дело только за тем, чтобы общественность потребовала перейти к производству электромобилей — транспортных средств, безупречных с точки зрения защиты окружающей среды.

Пассивная защита окружающей среды включает целый ряд мероприятий, направленных на уменьшение естественных и искусственных воздействий на строительные материалы или, другими словами, на защиту зданий и сооружений от их влияния. Долговечность зданий можно повысить при выполнении ряда мероприятий.

Мероприятия, предусматриваемые на стадиях проектирования и строительства, связаны с обоснованным выбором строительных материалов, а также разработкой и монтажом конструкций.

Выше уже изложены основные вопросы защиты от провоцируемых процессов эрозии и коррозии, которые нельзя считать неизбежными.

Но и от природных, естественных процессов эрозии и коррозии, протекающих вне связи с возможными ошибками в проектировании и строительстве, строительные конструкции могут быть защищены достаточно надежно. Далее мы познакомимся с конкретными путями проведения таких заранее планируемых мероприятий.

Мероприятия, проводимые в процессе эксплуатации, осуществляются после возведения здания с целью предохранения его от разрушения. Современная техника располагает широким выбором возможностей для осуществления таких мер. В нашем распоряжении имеется целая система планируемых мероприятий по бережному содержанию жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений, а также система восстановления, т. е. исправления возможных ошибок, допущенных ранее в процессе проектирования и строительства. Несмотря на то, что не все такие ошибки поддаются исправлению, в большинстве случаев путем соответствующих мероприятий вред от них может быть полностью исключен или значительно ограничен.

К заранее планируемым мерам по надежному содержанию зданий и сооружений в период эксплуатации относятся, например, такие мероприятия, как применение гидрофобной наружной штукатурки, гладких бетонных поверхностей, водоотталкивающих, долговечных и незагрязняющихся красок, импрегнирование (пропитка) фасадов, правильно выполненные растворные швы, облицовка наружных стен, надежное соединение примыкающих конструкций, уплотнение пазов, правильное устройство стыков и безошибочный выбор герметизирующих материалов, применение надежных кровельных покрытий и конструкций крыш с минимальным количеством сопрягающихся плоскостей (для уменьшения риска возможных протечек) и многие другие мероприятия и приемы современной строительной техники (надежные многослойные конструкции сборных элементов, применение водоотталкивающих изоляционных материалов и т. д.).

В первых главах книги будут рассмотрены прежде всего такие воздействия на строительные материалы и конструкции, как коррозия, эрозия и эрозионная коррозия. На конкретных примерах будут разъяснены провоцируемые процессы эрозии и коррозии. Затем, после того, как читатель достаточно глубоко освоит вопросы воздействия агрессивных сред в указанных процессах разрушения зданий и сооружений, можно перейти к положительному аспекту всей проблемы. Не тратя времени на обсуждение всевозможных ошибок проектировщиков и строителей и не останавливаясь на более подробном рассмотрении самих повреждений, возникших как результат этих ошибок, перейдем к вопросу о том, как избежать таких дефектов и по мере возможности устранить их, ориентируясь на уровень накопленного к настоящему времени опыта.

Применительно к некоторым важнейшим и наиболее широко распространенным материалам на иллюстрированных примерах будут предложены наиболее действенные плановые и профилактические мероприятия по защите их от агрессивных внешних воздействий.