Строительная дефектология

Отсутствие сознательного представления о механизмах действий, напряженных состояний и работу материалов конструкции, инженерного оборудования и условий их эксплуатации приводит не только к увеличению стоимости, но и к возникновению дефектов, разрушений и аварий зданий и сооружений.

Строительная дефектология

Именно поэтому разработка научного направления, связанного с дефектологией зданий и сооружений, является, на наш взгляд, актуальным и перспективным.

Дефектология (от лат. Defectus - недостаток и греч. Logos - учение) - согласно современным представлениям (непонятно по каким причинам) является педагогической дисциплиной, которая занимается исследованиями психофизиологических особенностей людей с аномальным развитием, и методов их воспитания. Хотя, на наш взгляд, дефектологию следует рассматривать как отрасль знаний о дефектах и причины их образования.

Строительная дефектология - новое научное направление в технической диагностике, направленное на выявление, обобщение, систематизации и исследования причин дефектов и повреждений зданий и сооружений, а также на поиск методов их профилактики.

Строительная дефектология - междисциплинарная дисциплина, которая включает и развивает знания по физике, химии, инженерной геологии и геодезии, материаловедения, механики грунтов, жидкостей и газов, оснований и фундаментов, строительных конструкций, технологии строительного производства и инженерного оборудования зданий и сооружений.

Целью исследования является предотвращения разрушений и аварий зданий и сооружений, для ее достижения решаются следующие задачи:

• выявление, обобщение и систематизация основных дефектов строительных материалов, изделий и конструкций, технологических процессов строительного производства и инженерного оборудования зданий и сооружений;

• разработки и усвоения аналитических, визуальных и инструментальных методов диагностики дефектов и повреждений (дефектоскопия);

• исследование основных причин возникновения дефектов и повреждений и разработка методов их предупреждения и устранения;

• на основании выполненных исследований формируются выводы о пригодности (или непригодности) к дальнейшей эксплуатации материалов, конструкций, инженерного оборудования или отдельных элементов и прогнозируется их надежность и долговечность.

Термины и определения

Толкование основных терминов и определений регламентируется действующими нормативными документами, хотя по исследуемой темы они требуют дополнительного объяснения и развития, основные из которых следующие.

Дефект - толкуется как отдельное несоответствие действующим требованиям, нормам, стандартам и проектной документации, хотя, на наш взгляд, недостатки могут быть заложены в самых нормах нормативных документах и в проектной документации. Точнее было бы толковать дефект как недостаток, который мешает использовать продукцию по функциональному назначению. Например, использование шлакопортландцемента не является дефектом железобетонной конструкции (а в ряде случаев может быть даже позитивом), но для дорожных покрытий это серьезный дефект.

Брак - рассматривается как непригодность к использованию продукции из-за наличия дефектов. На наш взгляд, это понятие не может рассматриваться без функционального назначения материалов, изделий, конструкций и оборудования. Например, забракована плита перекрытия, которая проектировалась под погрузку 1000 кг / м 2, может успешно использоваться под погрузку 600 кг / м 2, а цемент марки 500 как М400. Следует отличать "брак" как полную негодность продукции к использованию от не кондиции и недоработок, то есть отдельных дефектов материалов, изделий, конструкций и оборудования, которые при определенных условиях не мешают использованию продукции по другим функциональным назначением или в других условиях эксплуатации.

Мониторинг - понимается как система надзора дефекта строительных метериалов, сбора, регистрации, хранения и анализа информации о техническом состоянии материалов, изделий, конструкций и инженерного оборудования зданий и сооружений. С таким толкованием, если к нему добавить еще методику, конечно, можно согласиться.

Ключевое понятие - надёжность

Одним из ключевых понятий в технической диагностике является надежность, что рассматривается как способность зданий и сооружений или отдельных конструктивных элементов или узлов выполнять свои функции в течение проектного срока. Очевидно, что это определение нельзя рассматривать без таких свойств, как долговечность и безотказность, характеризующихся работоспособностью при заданых условиях эксплуатации до достижения определенного предельного состояния. При этом следует отметить, что в такой сложной системе, как здание или сооружение отказ одного элемента или одного свойства может привести к накоплению дефектов и остановки функционирования всего объекта. Например, низкая водонепроницаемость бетона плотины может остановить работу ГЭС, хотя другие свойства конструкции могут быть даже очень высокими. То есть, требования к надежности зданий и сооружений должны соответствовать эксплуатационным условиям, которые определяют долговечность материалов, деталей и конструкций. Например, совершенно непонятно как по действующим нормативным документам гарантировать срок эксплуатации здания или сооружения в течение 50-150 лет, если у вяжущих материалах и у антикоррозийной защиты такой гарантии нет.

Терминологический и понятийный аппарат рассматриваемого направления требует дополнительного толкования и развития.

Теоретические основы.

Согласно теории проф. В.В. Болотина выполнения зданиями и сооружениями своих функций - процесс вероятностный, разворачивающийся во времени. Именно поэтому надежность материалов, изделий, конструкций и инженерного оборудования не может рассматриваться без показателей, характеризующих их однородность, и процесса изнашивания и старения. Понятно, что характер изменения технического состояния зданий и сооружений, а соответственно их пригодность к эксплуатации, зависят как от дефектности материалов, применяемых, так и от конструктивно-технологических решений. Надежность эксплуатационных свойств S](f) рассматривается в форме экспоненциального закона:

(1)

где А, - интенсивность отказа определенных функций, X =-k (t) / S (t).

Относительно критических дефектов, то распределение случайной величины здесь, очевидно, подчиняется биноминальной закона и его отдельном случае формуле Пуассона.

S x = а х е ~ а / х ,

(2)

где S x - вероятность значения дефекта х; х - число дефектов в группе, а - среднее дефектов.

Вероятность разрушения во времени современные методы рассматривают в форме нормального закона раздела. С этим нельзя полностью согласиться, так как основной постулат вероятностного анализа, который заключается в случайности выборки, не всегда отвечает практике строительства. Так, например, нормы минимальный закон распределения прочности в конструкциях еще не гарантирует случайности расположения по нормальному закону конструкций в здании, то есть при проектировании класса бетона, например, С20/25, конструкции со средней прочностью 24-26МПа могут оказаться в одном пролете рядом, и их фактическое состояние будет соответствовать совершенно иному распределения прочности.

Теоретический подход к исследованию дефектов зданий и сооружений должен включать как формальные, так и неформальные методы анализа. Ведь традиция применения готового математического анализа в решении научно-исследовательских задач в строительстве не всегда соответствует работы материалов, изделий, конструкций и инженерного оборудования зданий и сооружений, о чем свидетельствует вышеприведенный пример.

Так как целью исследования является выявление дефектов и причин их возникновения, физического износа, фактической работоспособности и ресурса материалов, изделий, конструкций и инженерного оборудования зданий и сооружений, теоретический подход к решению поставленных задач каждого отдельного уровня может быть разное, но по здания или сооружения он должен быть единым и целостным.

Как и любая отрасль знаний, строительная дефектология требует разработки и своей методологии и методики исследований.

Целью этого этапа исследований является разработка методологического подхода для глубокого рассмотрения проблемы многопланово и многомерно как в целом, так и на разных стадиях строительного процесса и технической эксплуатации зданий и сооружений от исследования дефектов в проектировании и инженерно-геологических изысканиях к производству и эксплуатации. Основными методологическими особенностями рассматриваемого направления является междисциплинарность, дифференциация и синтез результатов исследований.

Вероятность распределения воздействий нагрузок и свойств материалов, изделий и конструкций является основанием для постановки исследований на экспериментально-статистическую основу с учетом неформальных реалий строительства с применением и развитием современных математических методов и ЭВМ.

Для сложных систем, к которым относятся здания и сооружения, наиболее перспективным является структурный анализ с разделением системы на отдельные блоки, группы и функции, выделением взаимосвязи и природы физико-химических процессов, происходящих со свойствами материалов, изделий и конструкций.

На основании анализа современных методологических подходов предлагается рассмотрение объекта исследования как иерархии системно-структурных уровней от материала к конструкции в целом, трансформирующиеся, развиваются и приобретают нерабочее состояние здания или сооружения во времени под действием природных факторов и эксплуатационных действий и нагрузок.

Отдельные структурные уровни этой полисистемы отличаются как пространственно-временными масштабами, влияниями и нагрузками, так и технико-экономическими закономерностями.

Строительная дефектология

Особенностями такого подхода есть и еще то, что при переходе к каждому следующему иерархического уровня дефекты системы нижнего уровня становятся дефектами системы высшего уровня.

Пример

Для примера рассмотрим такой дефект, как трещина в железобетонной конструкции. Упрощенная фиксация этого дефекта была бы не только не связанная, а и ошибочная.

Для выявления дефектов зданий, сооружений или их конструктивных элементов применяются различные методы исследования, в частности визуальный и инструментальный, которые требуют от исследователя не только определенного уровня теоретических знаний, а и опыта работы и владения тонкостями техники эксперимента.

Такие дефекты: как повреждения, раковины, трещины, поры, недопал или пережог кирпича и много других поверхностных дефектов, определяются визуальным методом. Но для более глубокого анализа и выявления внутренних дефектов необходимо применение инструментальных методов в частности геодезических, механических, акустических, электрических, пневматических, нейронных, оптических, вибрационных, рентгеновских, магнитометрических и радиометрических т.п. Наиболее перспективными, на наш взгляд, являются ультразвуковые импульсные (см. рисунок), вибрационные, телевизионные и пневматические (основанных на измерении сопротивления прохождения воздуха сквозь тело конструкции) методы, хотя для выяснения причин возникновения дефектов стоило бы еще применять и физико-химические методы исследований.

К сожалению, арсенал инструментальных методов определения дефектов строительных материалов, изделий и конструкций в условиях строительного объекта очень ограничен. Поэтому научные исследования в строительной дефектологии требуют дальнейшего развития, совершенствования и создания новой инструментальной базы.

Строительная дефектология

Ультразвуковой импульсный метод определения внутренних дефектов.

 

Согласно действующих нормативных документов по степени опасности и возможностями устранения дефекты и повреждения делятся на критические, по которым использование зданий или сооружений или их элементов по функциональному назначению становится невозможным, существенные, которые не являются критическими, но существенно влияют (как правило требуют дополнительных усилий и больших затрат на их устранение) на функционирование зданий или сооружений или их элементов, несущественные (Малозначительные), которые существенно не влияют на функционирование объекта, но требуют дополнительных мер для зданий или сооружений или их элементов. По методам определения дефекты и повреждения подразделяются на явные, то есть те, которые можно обнаружить стандартными или другими известными и доступными способами, и скрытые, которые невозможно обнаружить известными и доступными методами. По возможности устранения дефекты и повреждения делятся на те, что технически возможно и экономически целесообразно устранять и те, которые устранять технически невозможно и экономически нецелесообразно. До сих определений еще можно добавить неисправности, т.е. дефекты, которые мешают процессу строительства и нормальной эксплуатации здания или сооружения. Как и всякий дефект, неисправность может быть критической, существенной или несущественной, такой, что возможно и целесообразно устранять или нецелесообразно.

Но и эта классификация требует некоторого пояснения. Так, например, неправильное расположение арматуры в железобетонной конструкции по факту является скрытым дефектом, но по возможностям инструментального контроля, конечно, явным. Или применения добавок, со временем приведет к коррозии цементного камня и арматуры ­ туры. Конечно, если было известно о наличии в составе добавок, веществ, вызывающих коррозию, то это дефект явный. А если нет, и если нормативными документами разрешено их применять? Аналогичная ситуация и с применением различных цементов. Еще сложнее ситуация с определением дефектов химического состава металлов, технически осуществить можно, но в условиях производства практически нереально. То есть необходимо разграничить юридические и реальные толкования дефектов и их видов. Относительно сущности и несущественности дефектов и методов их устранения может за исключением случаев полного разрушения, все дефекты можно исправить и устранить и дело здесь только в экономической целесообразности.

По происхождению дефекты и повреждения условно делятся на генетические (Например, пороки древесины или дефекты кристаллической решетки стали), технологические, образующиеся в процессе выполнения работ (например, трещины сварки швов, возникшие в результате использования некачественных электродов или нарушения технологических режимов сварки, недопал или пережог кирпича и т.д.), транспортно-складские (Например, неправильное расположение прокладок при складировании конструкций, неровные стропы и др.), монтажные (Неправильное соединение закладных деталей, арматуры и т.п.). По месту расположения дефекты можно разделить на внешние и внутренние.

Недостаточной является классификация дефектов и по виду материалов и работ (земляные, монтажные, бетонные и железобетонные работы и т.п.).

Есть возможна различная классификация дефектов, но, очевидно, все рассмотренные виды дефектов не обходимо объединить и рассматривать непосредственно в системе причин, конструктивных элементов и последствий.

С этих позиций предлагается классифицировать по причинам и эксплуатационными признаками конструктивных элементов:

дефекты научно-исследовательских и инженерно-изыскательских работ (неправильная оценка инженерно-геологических условий свойств почв, условий строительной площадки, методические ошибки расчетов, условий эксплуатации);

дефекты проектной документации (неправильный выбор расчетных схем, ошибки в объемно-планировочных решениях, расчетах и конструировании и др.);

дефекты земляных сооружений, оснований и фундаментов (недопустимы оседания и просадки, набухание грунта и его морозный пучения, несоответствие размеров разрушения конструкций);

дефекты ограждающих изделий и конструкций (низкая прочность, морозостойкость, коррозионная стойкость, водонепроницаемость, некачественная герметизация, высокая теплопроводность, погрешности и неточности размеров расположения и соединений отдельных деталей);

дефекты несущих конструкций (низкие показатели несущей способности и агрессивной устойчивости, недопустимы деформации, размеры трещин, неправильное расположение закладных деталей, погрешности и неточности геометрических размеров и соединений отдельных элементов, трещины и неровности сварных швов и т.д.);

дефекты кровли (трещины, отслоения, увлажнения и промерзания парозащитной слоя, разрывы в местах стыков, протекания и т.д.);

дефекты гидроизоляции и антикоррозионной защиты (низкая водонепроницаемость и коррозионная стойкость, некачественно выполненные стыки и места соединений с инженерным оборудованием, плохая герметизация, пятна, отслоения гидроизоляционного или антикоррозионной слоя и т.п.);

дефекты теплоизоляции (высокая теплопроводность, конденсация пара на поверхности конструкции, загнивания, высокая теплоотдача, плохая герметизация и т.д.);

дефекты отделки ("Дутики", отслоение, трещины, пятна, высолы и нарушения размеров штукатурного слоя, волдыри, плесень, отслоение и разрывы в обоях, деформации, выпадение стекла, оптические искажения, трещины в окнах и дверях, складки, "лысины, пятна, высолы, отслоения)

дефекты инженерного оборудования (коррозия труб и оборудования, протекания и недостаточный напор воды в водопроводе, протекания газа, дымление и перегрев печей, недостаточный обогрев помещений, засорения и повреждения канализационных приемников, некачественная электроизоляция, неправильный расчет электросети и т.д.).

Рассмотреть все перечисленные дефекты, причины их возникновения и способы предотвращения и устранения невозможно. Поэтому для примера возьмем характерные дефекты и повреждения несущих железобетонных конструкций, основные причины их образования, способы по предупреждению и устранению. Прежде всего отметим, что основными причинами образования дефектов здесь, несоответствие теоретической модели реальным условиям работы конструкции, просчеты в конструировании, выборе материалов и нарушение технологического регламента работ, к которым еще добавляются перегруженных в процессе производства работ и при эксплуатации. Типичными дефектами бетонных и железобетонных изделий являются:

· Трещины на одной боковой поверхности перпендикулярно расположения предварительно напряженной арматуры

· Беспорядочные волосяные трещины на всей поверхности после тепловой обработки конструкций

· Волосяные трещины на боковой поверхности верхней зоны

· Местные повреждения от ударов и образования отверстий

· Увеличение объема и трещины в верхней зоне

· Местные трещины в сжатой и растянутой зонах

· Глубинные трещины по поверхности верхней зоны

· Трещины в верхней зоне над опорой

· Трещины в пакете изделий

· Размытые участки, отдельные трещины

· Трещины в растянутой зоне

· Существенные деформации и трещины

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *