Снос или реконструкция: проблема выбора

Техническое обслуживание и  особенно ремонт здании, хотя и относятся  к широкой отрасли строительства, обладают специфическими чертами. Особенно сложен комплексный капитальный  ремонт, отличающийся прежде всего  технологией работ, новое строительство начинается с нулевого цикла и обычно ведется снизу вверх путем монтажа готовых конструкций, а ремонтные работы производятся в стесненных условиях существующей застройки, когда трудно разместить подсобные предприятия, краны, склады материалов. Стремление полнее использовать при ремонте старые материалы и конструкции, сопряжено с трудоемкой оценкой их технического состояния, ибо в разных частях износ их различен. Планировать такой ремонт весьма сложно, так как неизвестны итоги разборки сооружения, полезный выход материалов и пр.

Лица, занятые эксплуатацией  и ремонтом зданий, должны хорошо знать  их устройство, условия работы конструкций, технические нормативы на материалы  и конструкции, требуемые для  ремонта. Они с помощью приборов, а также по внешнему виду и признакам  должны уметь хотя бы приближенно  оценивать техническое состояние  здания и отдельных его конструкций, уметь выявлять уязвимые места, с  которых может начаться его разрушение, выбирать наиболее эффективные способы  и средства его предупреждения и  устранения, не нарушая по возможности, использование здания по назначению.

Решению столь обширного  и сложного комплекса вопросов призвана способствовать теория эксплуатации зданий. Именно она научно обосновывает необходимость  и сроки эксплуатационных мероприятий, так как базируется на: знании значений параметров эксплуатационных качеств (ПЭК), которые требуется поддерживать на заданном уровне; установлении закономерностей  воздействия внешних и внутренних факторов, выявлении характерных  дефектов, повреждений и назначении способов их устранения; выборе способов контроля ПЭК и методов отыскания  дефектов, повреждений и неисправностей; определении способов и порядка  наиболее рационального восстановления ПЭК зданий; назначении периодичности ремонтов и объемов работ; рациональном решении вопросов штатной структуры, численности и квалификации эксплуатационного персонала.

Современные сложные здания и сооружения могут хорошо и эффективно эксплуатировать только профессионально  теоретически и практически подготовленные специалисты; таким специалистам требуются  знания в трех основных областях: знание устройства эксплуатируемых зданий и их конструкций, условий их работы, эксплуатационных требований к ним, их конструкциям соответственно их назначению, а также назначению и размерам здания; умение находить уязвимые места, в которых может начаться разрушение конструкций; понимание механизма  износа, коррозии и разрушения строительных конструкций под воздействием различных  факторов и на этой основе эффективное  использование методов и средств  рациональной их защиты: владение практическими  приемами и навыками использования  различных материалов и устройств, позволяющих успешно решать каждодневные задачи по содержанию в исправном  состоянии эксплуатируемых зданий.

Причины и механизм износа

Под долговечностью понимается способность зданий и их элементов  сохранять во времени заданные качества в определенных условиях при установленном режиме эксплуатации без разрушения и деформаций.

Долговечность характеризуется временем, в течение которого в сооружениях, с перерывами на ремонт, сохраняются эксплуатационные качества на заданном в проекте (нормами) уровне; она определяется сроком службы не сменяемых при капитальном ремонте конструкций: фундаментов, стен, железобетонных перекрытий, колонн — кровля, полы, оконные переплеты, инженерное оборудование зданий — обычно имеют меньшие сроки службы и поэтому они, во-первых, периодически защищаются покрытиями и, во-вторых, по мере износа заменяются или восстанавливаются.

Различают физическую и моральную, или технологическую, долговечность.

Физическая долговечность  зависит от физико-технических характеристик  конструкций: прочности, тепло- и звукоизоляции, герметичности и других параметров.

Моральная долговечность  зависит от соответствия здания своему — назначению по размерам, благоустройству, архитектуре и т. п.

Правильная эксплуатация и заключается в предотвращении преждевременного физического износа профилактическими мерами и периодическом проведении капитального ремонта.

Надежность здания (вероятность  его безотказной работы), долговечность  и износ могут быть представлены во взаимосвязи графически (Рис. 1).

Различают еще оптимальную долговечность, т. е. срок службы здания, в течение, которого экономически целесообразно его восстанавливать однако наступает такой срок, когда затраты на восстановление становятся нецелесообразными, ибо превышают стоимость строительства нового здания.

В период эксплуатации сооружения подвергаются многочисленным природным и технологическим воздействиям, учитываемым в проекте при выборе материалов, конструкций и т. п.; однако на практике сочетание характеристик строительных материалов и конструкций может отличаться от установленных ГОСТом и вследствие суммарного воздействия многочисленных факторов может происходить ускоренный износ сооружений. Он весьма разнообразен и сложен; на предупреждение ускоренного износа расходуются значительные материальные средства, ограничиваемые экономическими соображениями; рациональное эксплуатационное содержание сооружений — задача во многом индивидуальная, решение которой требует специальной подготовки.

В работе конструкций из бетона различают период упрочения  — набора прочности, главным образом вследствие дальнейшей гидратации цемента, и период разрушения, снижения прочности из-за разрушения скелета материала. Для строительных конструкций, в частности бетонных, характерен хрупкий вид разрушения без заметных остаточных деформаций; при этом на величину разрывного усилия оказывает существенное влияние время, в течение которого действует усилие, происходит «подготовка» разрушения, «накапливаются» микротрещины.

При эксплуатации сооружений различают силовое воздействие нагрузок, вызывающее объемное напряженное состояние, и агрессивное воздействие окружающей среды, в результате чего сооружения изнашиваются и выходят из строя.

Агрессивной средой является такая среда, под воздействием которой  изменяются структура и свойства материалов, что приводит к непрерывному снижению прочности и разрушению структуры; разрушение при этом называется коррозией.

Развитие промышленности и городов идет по линии использования более высоких скоростей технологических потоков, давлений, температур, образования агрессивных сред, т. е. по линии возникновения условий, когда на сооружения воздействуют более агрессивные среды и механические нагрузки, чем прежде, что, естественно, приводит к более быстрому их разрушению и необходимости более эффективной защиты.

Способность материалов сопротивляться разрушительному воздействию внешней  среды называется коррозионной стойкостью, а предельный срок службы сооружений, в течение которого они сохраняют заданные эксплуатационные качества, и есть их долговечность.

Вещества и явления, способствующие разрушению, коррозии, называют стимуляторами или факторами, содействующими коррозии. Вещества и явления, затрудняющие и замедляющие разрушение, коррозию, называют пассиваторами или ингибиторами коррозии.

 Агрессивность или  пассивность среды не имеют  универсального характера, т.  е. они могут меняться ролями: в одних условиях определенная среда агрессивна, а в других — она же пассивна. Так, теплый, влажный воздух весьма агрессивен по отношению к стали, но цементный бетон он упрочняет.

Разрушение строительных материалов носит весьма разнообразный характер: химический, электрохимический, физический, физико-химический. Детально это будет рассмотрено ниже применительно к основным строительным материалам: металлу, бетону, дереву. Классификация агрессивности сред и их воздействий приведена в СНиП 11.28—76. Агрессивные среды делятся на газовые, жидкие и твердые. Ниже дается их краткая характеристика.

Газовые среды — это  прежде всего такие соединения, как  сероуглерод (CS2), углекислый газ (СО2), сернистый  газ (SO2) и др. Их агрессивность определяют три главных фактора, или показателя: вид и концентрация газов, растворимость  газов в воде, влажность и температура  газов.

Жидкие среды — это  растворы кислот, щелочей, солей, а также  масла, нефть, растворители и др. Агрессивность  таких сред определяется тремя показателями: концентрацией агрессивных агентов, их температурой, скоростью движения или величиной напора у поверхности конструкции. Коррозионные процессы более интенсивно протекают в жидкой агрессивной среде.

Твердые среды — это  пыль, грунты и т. п. Их агрессивность  оценивается четырьмя показателями: дисперсностью, растворимостью в воде, гигроскопичностью и влажностью окружающей среды. Влага в твердых средах играет особенно активную роль.

На рисунке 2 показаны внешние и внутренние воздействия на здания и сооружения. Все они учитываются в нормах и при разработке проектов, однако страна наша так велика, столь разнообразны климатические, гидрогеологические условия строительства, а также и внутренние воздействия, вызванные происходящими в сооружениях процессами, что не всегда удается найти оптимальные решения, учитывающие все воздействия, относительно долговечности, экономичности и других показателей. Поэтому важной задачей персонала эксплуатационной службы является учет специфических воздействий на сооружения, что способствует обеспечению заданной их долговечности. Рассмотрим основные факторы, воздействующие на сооружения.

Воздействие воздушной среды. В атмосфере содержатся пыль и  газы, способствующие разрушению зданий. Загрязненный воздух, особенно в сочетании с влагой, вызывает преждевременный износ, коррозию или загрязнение, растрескивание и разрушение строительных конструкций. Вместе с тем в чистой и сухой атмосфере камни, бетоны и даже металлы могут сохраняться сотни и тысячи лет. Это значит, что воздушная среда, в которой находятся такие материалы, слабо агрессивна или совсем не агрессивна.

Основным загрязнителем  воздуха являются продукты сгорания различных топлив; поэтому в городах и промышленных центрах металлы коррозируют в два-четыре раза быстрее, чем в сельской местности, где сжигается значительно меньше угля и нефтепродуктов.

Загрязненность воздуха  газами и твердыми частицами в зимнее время шлите и зависит от вида топлива. Больше всего загрязняет атмосферу пылевидное топливо, ибо при его сжигании вместе с дымом уносится много золы и пыли, меньше всего — природные газы.

Основными продуктами сгорания большинства видов топлива являются углекислый (СО2) и сернистый (SO2) газы. При растворении углекислого газа в воде образуется углекислота — конечный продукт сгорания многих видов топлива; она разрушающе действует на бетон и иные материалы. При растворении сернистого газа в воде образуется серная кислота, также разрушающая бетон.

Кроме углекислоты и серной кислоты, в дымах накапливаются и другие (свыше ста) вредные соединения: азотная и фосфорная кислоты, смолистые и иные вещества, несгоревшие частицы, которые, попадая на конструкции, загрязняют их и способствуют разрушению.

В приморских районах в  атмосфере могут содержаться хлориды, соли серной кислоты и другие вредные для строительных материалов вещества. Влажность воздуха повышает его агрессивное воздействие, в частности на металлы.

Воздействие грунтовой воды. Имеющаяся в природе грунтовая вода может быть: связанной (химически, гигроскопически и осмотически впитанной или пленочной); свободной; парообразной (перемещающейся по порам из мест с большой упругостью водяного пара в места с меньшей его упругостью).

Грунтовая вода взаимодействует  физически и химически с минеральными и органическими частицами грунта. Все ее виды находятся во взаимодействии друг с другом и переходят один в другой. Вода в грунтах всегда представляет собой раствор с изменяющимися концентрацией и химическим составом, что отражается и на степени ее агрессивности.

Оценивая агрессивность  грунтовых вод, следует учитывать  переменный ее характер: с течением времени возле подземных частей сооружений водный режим может изменяться, в связи с чем агрессивность среды будет повышаться или снижаться.

Атмосферные осадки, проникая в грунт, превращаются либо в парообразную, либо в гигроскопическую влагу, удерживающуюся в виде молекул на частицах грунта молекулярными силами, либо в пленочную, поверх молекулярной, либо в гравитационную, свободно перемещающуюся в грунте под действием сил тяжести. Гравитационная влага может доходить до грунтовой воды и, сливаясь с ней, повышать ее уровень.

Грунтовая вода, в свою очередь, вследствие капиллярного поднятия перемещается вверх на значительную высоту и обводняет верхние слои грунта. В некоторых условиях капиллярная и грунтовая воды могут сливаться и устойчиво обводнять подземные части сооружений, в результате чего усиливается коррозия конструкций, снижается прочность оснований.

Изменение минералогического  состава грунтовых вод меняет их агрессивность по отношению к  подземным частям сооружений. В районах  с большим количеством осадков (в северных) уровень грунтовых  вод поднимается и снижается их карбонатная жесткость (в результате разбавления осадками); это усиливает способность вод к выщелачиванию извести в бетонных конструкциях. В засушливых районах, наоборот, из-за большого испарения влаги повышается концентрация минеральных солей в воде, что вызывает кристаллизационное разрушение бетонных конструкций.

Испарение из грунтов влаги  и их увлажнение приводят к движению в грунтах воздуха (кислорода), что  также повышает их коррозионную активность.

Существует много разновидностей агрессивности грунтовых вод. Из них чаще всего выделяют общекислотную, выщелачивающую, сульфатную, магнезиальную и углекислотную в зависимости от наличия в воде соответствующих примесей и их концентрации, указанных в СНиП 11.28—76.

Воздействие отрицательной температуры. Некоторые конструкции, например цокольные части, находятся в зоне переменного увлажнения и периодического замораживания. Отрицательная температура (если она ниже расчетной или не приняты специальные меры для защиты конструкций от увлажнения), приводящая к замерзанию влаги в конструкциях и грунтах оснований, разрушающе действует на здания.