Разрушение материала - макроскопическое нарушение сплошности материала в результате тех или иных воздействий на него. Разрушение часто развивается одновременно с упругой или пластической деформацией.
Различают начальное разрушение (образование и развитие пор, трещин и других нарушений сплошности) и полное разрушение (разделение тела на две и более частей); хрупкое (без значительной пластической деформации) и пластическое (или вязкое); усталостное, длительное и др. Теория разрушения базируется на физических, механико-математических, структурных и физико-химических объяснениях закономерностей механического разрушения.
Повреждения - это начальная стадия разрушения отдельных конструктивных элементов или отдельных мест этого элемента, т.е. потеря первоначальных свойств конструкции или элемента. (Рис.1.)
При эксплуатации зданий и сооружений важно оценить характер и опасность повреждений. 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.
В зависимости от характера процессов, приводящих к разрушению, последние бывают: механические (приложение сверхрасчетной нагрузки - оборудование, деформации грунтов оснований; сейсмическое воздействие; механическое повреждение) и физико-химические (окисление, коррозия, вызванные растворами солей, кислот, щелочей, грунтовой влаги; воздействие электрического тока, биологических процессов).
Чаще всего здания и конструктивные элементы преждевременно выходят из строя от суммарного воздействия вышеперечисленных факторов. По степени разрушения можно выделить три категории повреждений:
· Аварийного характера, вызванные дефектами проектирования, строительства, стихийными явлениями - ливнями, снегопадами, затоплением, а также нарушениями правил эксплуатации зданий и сооружений;
· Разрушения несущих конструкций, обусловленные внешними и технологическими факторами, нарушением правил эксплуатации. Такие нарушения не являются аварийными и устраняются при капитальном ремонте усилением или заменой.
· Разрушения второстепенных элементов (выпадение штукатурки, отдельных плиток облицовки), устраняемые при текущем ремонте.
Рис.1. Классификация повреждений зданий в процессе эксплуатации
Чтобы обеспечить высокое качество и надежность зданий, необходимо стремиться к предотвращению дефектов. Это тем более важно, поскольку устранение дефектов часто сопряжено со значительными потерями экономического характера; весьма велик и моральный ущерб - например, при промерзании и промокании стыков или отсутствии надлежащей звукоизоляции в жилом доме.
Дефект - это несоответствие конструкции определенным параметрам, нормативным требованиям или проекту. Так, если завышена толщина швов кладки - это дефект, а обрушение ее - это повреждение вследствие дефекта швов.
Наиболее опасны дефекты в основаниях и фундаментах, в стенах, т.е. в основных конструкциях, так как их проявление ведет к деформациям и разрушению всего здания. Менее опасны дефекты в перегородках и других ненесущих конструкциях, однако они существенно снижают эксплуатационные качества помещений или зданий в целом.
Итак, дефект - это вероятная первопричина повреждения. Его можно и необходимо избежать, но многие дефекты сложно или совсем невозможно устранить. Такие дефекты ускоряют износ сооружения.
Долговечность и надежность зданий в значительной мере зависят от того, из каких материалов они построены. Качество строительных материалов регламентировано стандартами, однако при их изготовлении и недостаточном контроле могут быть допущены нарушения в их составе, размерах и т.п.
Дефекты железобетонных и каменных конструкций часто связаны с плохим качеством исходных материалов: бетона, кирпича, раствора, с недостатками конструктивного решения или с нарушением технологии производства работ.
Наиболее опасными дефектами для монолитных и сборных конструкций являются: недостаточное или неправильное армирование, заниженная прочность бетона, загрязненные заполнители, нарушения технологии укладки бетонной смеси т.п.
Трещины в конструкциях являются внешним признаком их перегрузки и деформации. Трещины могут быть вызваны рядом причин, иметь разные последствия; поэтому они подразделяются на опасные и неопасные. (Табл.1.). При обнаружении трещин важно выяснить их причину и характер, установить, продолжается ли их развитие или произошла стабилизация.
Таблица 1. Классификация трещин в конструкциях
| Усадочные | Виды трещин | ||
| температурные | осадочные | деформационные | |
| Мелкозернистая бетонная смесь (цемента более 600-700кг/мі) | Температурные воздействия: при изготовлении, вызванные кратковременностью тепловой обработки (в зимний период); при монтажно-сварочных работах; во время эксплуатации - температурные воздействия при сезонном колебании температур; расклинивающее действие замерзшей воды; высоких технологических температур и т.п. | Деформации опор и нижележащих конструкций | Низкая прочность материала. Транспортные, складские и монтажные перегрузки. Ошибки армирования, недостаточная пространственная жесткость, завышенные эксплуатационные нагрузки. Увеличение в объеме продуктов коррозии. Действие динамических нагрузок. |
| Характер | |||
| Стабилизированные, нестабилизированные | Сквозные, односторонние | Продольные, горизонтальные, поперечные, вертикальные. | Одиночные, параллельные (в виде сетки), пересекающиеся |
| Волосные - до 0,1 мм | Мелкие - до 0,3 мм | Развитые - 0,3-0,5 мм | Большие - до 1мм, значительные - более 1мм |
| Неопасные |
Мелкие трещины в виде сетки неправильного очертания и одинаковой ширины возникают вследствие некачественности цемента или неправильной температурно-влажностной обработки бетона при его твердении; они опасны с точки зрения раскрытия арматуры и доступа к ней агрессивной среды. Трещины образуются также в панелях из-за температурных воздействий.
Трещины в растянутой зоне армокаменных и железобетонных изгибаемых конструкций, направленные перпендикулярно к ребру, обычно возникают вследствие перегрузки конструкции. Наклонные трещины на вертикальных гранях изгибаемых элементов у опор, затухающие к нейтральной оси, связаны с неправильным армированием хомутами и отгибами.
При осмотре трещин необходимо выявить их причину, определить характер (например, односторонняя или сквозная), время возникновения и т.п. При осадке фундаментов и других конструкций трещины расширяются книзу, а при пучении оснований - кверху. При обследовании каменных конструкций особое внимание надо обращать на места опирания балок и прогонов, на состояние кладки в простенках, перемычках, у водостоков, вдоль цоколей.
Дефектов бетонных поверхностей достаточно много. Ошибки в процессе производства, низкое качество материалов, неточности проектирования, нарушение требований при эксплуатации — далеко не весь перечень повреждений. Самым распространенным дефектом бетонных, являются трещины. Анализ происхождения, возможности ремонта — важные вопросы в проблеме трещинообразования.
Причины разнообразны. К самым распространенным относятся:
§ высокая температура окружающей среды;
§ несоблюдение толщины слоя, рекомендованной стандартами строительства;
§ нарушения в работе с пластификаторами;
§ ошибки в способе усиления несущей способности металлом;
§ ошибки в проектной документации;
§ аварии, стихии.
Часто дефекты появляются в процессе высыхания железобетонной конструкции. Высыхая, бетон теряет жидкость и сжимается. Процесс трудно поддается контролю, особенно при работе на открытом воздухе.
Образовавшиеся повреждения не обязательно говорят о. Момент возникновения, ширина дефекта, место расположения — факты, на которые необходимо обратить внимание, чтобы понять, насколько серьезна проблема. Окончательная причина проблема становится известной после тщательного исследования. В каждом индивидуальном случае обязательно привлечение квалифицированного специалиста, не только для выяснения причины возникновения проблемы, но и для обязательного ее устранения.
Виды
Со временем в ходе эксплуатации в железобетонных конструкциях появляются разные дефекты.
Разнообразные причины, в результате которых появляются дефекты, разделяют по характерным критериям. Причина возникновения:
§ механическое повреждение в процессе эксплуатации объекта;
§ повреждение конструкций при транспортировке, погрузке, монтаже;
§ возникновение дефекта в результате воздействия сжимающих сил;
§ технологичный дефект (усадка, плохое уплотнение);
§ результат коррозии арматуры.
Значение причины:
§ указывает на аварийное состояние сооружения;
§ увеличивается проникновение влаги в железобетонные строения;
§ износ строения, подверженного коррозии;
§ нарушения, которые вызывают опасения.
Железобетонным конструкциям вредят следующие виды образований:
§ сквозные клиновидные;
§ сквозные внахлестку;
§ несквозные клиновидные;
§ сквозные параллельные;
§ наклонные замкнутые;
§ продольные несквозные.
Анализируя трещину по характеру возникновения, степени открытия, возможно установить истинную причину и поставить заключение об опасном состоянии сооружения. Силовое влияние на конструкцию образует повреждение, которое располагается перпендикулярно основной линии приложения силы. Поверхность под воздействием сжатия покрывается трещинами в хаотичном порядке, образуя узловое соединение. Такие трещины называются усадочными. Коррозийные трещины располагаются на конструкциях вдоль металлического стержня.
Повреждение плит свода
Трещина в железобетонной монолитной плите перекрытия.
Перекрытия промышленных сооружений находятся в сложных условиях, испытывают колоссальную нагрузку, силовые, химические воздействия. Следствие — износ поверхности и образование повреждений. В процессе затвердевания в бетоне могут образоваться повреждения небольшого размера. Усадочные трещины внешне напоминают сетку и не приносят опасности.
Дефекты, которые появляются в процессе эксплуатации сооружений, постепенно удлиняясь и расширяясь, приводят к деформационным повреждениям. Появление характерных признаков говорит о серьезных нарушениях во время строительства и перенапряжении плит перекрытия. Проблему устраняют в обязательном порядке заменой конструкции, нет возможности — выставляют подпорную стену и убирают все тяжелые вещи.
Прогиб перекрытия также становится причиной возникновения проблемы. Проводится оценка состояния арматуры, бетона. Недостаточное количество арматуры, неправильное ее расположение приводит к силовой трещине. Расширение отверстия больше 3 мм требует усиления дополнительным армированием.
Нарушения ферм
Стропильные фермы обладают характерной особенностью работать на сжатие, обеспечивая устойчивость, жесткость покрытия. Соединенные элементы способствуют возникновению концентрации различного по характеру напряжения: растягивающего, сжимающего, касательного. Большая концентрация способствует возникновению в местах соединения нарушений. Растягивающее напряжение грозит сквозной вертикальной трещиной, сжимающее напряжение – несквозной горизонтальной.
Ряд причин влияющих на деформацию:
§ низкое качества бетон;
§ неправильное расположение поперечной арматуры;
§ смещение металлического каркаса.
Щели в балках
Характерные трещины в балке: 1 — нормальные трещины в зоне максимального изгибающего момента; 2 — наклонные трещины в зоне максимальной поперечной силы; 3 — трещины и раздробление бетона, в сжатой зоне элемента.
Трещинам, возникшим в местах укладки балок, уделяют особое внимание. Упрощенное соединение стропильной конструкции грозит возможным защемлением опор, что в совокупности с давлением плит приводит к образованию отверстий. Явление редкое, но восстановлению не подлежит.
Строительная конструкция под воздействием вертикальных или горизонтальных трещин в балках разрушается. Выделяют несколько причин такой проблемы. Первая – усадочное напряжение, вызванное недостаточно сильным защитным слоем. Плохое качество материала, нарушение температурного режима при термообработке – причины проблем с балкой.
Усадочная щель небольшая, но через нее проходит воздух, газы, вызывающие коррозию металла. Ржавчина – большая проблема усадочных дефектов, она распирает бетон, расширяя отверстия. Вторая причина – коррозия, вызвана не под влиянием пара. Возникает под воздействием химических соединений, входящих в состав бетона. Степень опасности зависит от степени развития. Третья причина – раскол балки. Особенно опасно нахождение раскола на конце конструкции, снижается опорная функция элементов.
Повреждения балок — прямая угроза прочности конструкции.
Другие дефекты
Тип сооружения, его конструкция, схемы расчетов не влияют на общие характеристики трещин. Каждый появившийся недостаток говорит, что данная точка является скоплением напряжения. Самые распространенные виды недостатков нами уже рассмотрены, но это далеко не полный список всех погрешностей. Обратим внимание на существующие виды повреждений:
§ Мелкие трещины, волосяные. Появляются на верхней поверхности, четкая направленность отсутствует, визуально определить нетрудно. Не влияют на несущую способность, легко устраняются замазыванием раствора.
§ Мелкие трещины вдоль стержня металла. Сопровождается дефект легкой ржавчиной до 5 мм, возможен раскол бетона возле арматуры. Несущая способность снижается на 5%, что влияет на длительность эксплуатации. Необходимо возобновление, при необходимости производят усиление места дефекта.
§ Скалывание бетона. Происходит под механическим воздействием. Если возникло в сжатой зоне — нарушается несущая способность элементов, в растянутой зоне — несущая способность не нарушена, страдает жесткость конструкции. Сколы заделываются мелкозернистым раствором.
§ Замасливание бетона. Утечка масла на производствах приносит существенные проблемы. Прочность бетонных покрытий снижается на 30%. Промасленный слой снимается, устраняются протечки.
§ Отслоение защиты. Образование коррозии, возникновение расколов приводит к отшелушиванию защитного слоя. Состояние аварийное, устраняется восстановлением защитного покрытия.
§ Раскол фундамента приводит здание в аварийное состояние. Срочно устраняется вибрация, проводится усиление фундамента.