Строительство. Стройматериалы

Строительные материалы и изделия

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Долговечность - комплексное свойство, количественно выражаемое продолжительностью эффективного сопротивления материала всему комплексу воздействий в эксплуатационный период работы до соответствующего критического уровня.

Независимо от способа оценки - по изменению свойств или отклонению структурных параметров от оптимальных - полный период долговечности начинается от укладки материала в конструкцию до предельно допустимого (критического) уровня, соответствующего изменению свойств или структуры.

Весь период долговечности можно разделить на три временных этапа. Первый этап эксплуатации характеризуется упрочнением структуры или улучшением показателей свойств; второй - их относительной стабильностью; третий - деструкцией, т. е. медленным или быстрым нарушением структуры вплоть до ее критического состояния или даже до полного разрушения. У отдельных материалов тот или иной этап в периоде эксплуатации (долговечности) может отсутствовать.

Первый этап имеет место в материалах с участием вяжущих веществ, и прежде всего цемента. Сущность упрочнения структуры на первом этапе долговечности заключается в том, что под влиянием внешней среды, нагрузок и других факторов в эксплуатационный период в материале, особенно в вяжущей части, а также в контактных зонах, возникают новые и со временем укрупняются вторичные структурные центры. Совместно с возникшими на ранней стадии структурообразования они участвуют в дополнительном процессе уплотнения структуры с увеличением содержания цементирующего вещества. Например, цементный минерал белит продолжает «отдавать» свою вяжущую потенцию в течение двух и более лет, обгоняя даже алит . Кроме того, и сам алит продолжает вносить вклад в повышение прочности со временем. В результате наблюдаются не только упрочнение структуры и рост прочности материала по отношению к механическим нагрузкам, но и улучшение некоторых других его свойств.

В то же время для обжиговых материалов, например керамического кирпича, первый этап долговечности будет отсутствовать, так как процессы упрочнения структуры полностью прекращены.

Второй этап -- стабилизация структуры - характеризуется сравнительно неизменной концентрацией структурных элементов в единице объема материала и относительным постоянством показателей свойств. Уровень этих показателей может колебаться за счет совместных процессов упрочнения и деструкции.

Третий этап долговечности - деструкция - самый типичный процесс эксплуатационного периода. Он может начаться с первого же этапа эксплуатации конструкции, но может следовать также за упрочнением и стабилизацией структуры.

Приведенные этапы долговечности материала являются довольно условными. Обусловлено это точностью методов исследования и аппаратуры для слежения за изменением структурных характеристик и свойств материала в период эксплуатации в конструкции. Поэтому у некоторых материалов первый или второй этап может отсутствовать.

Во время всех технологических переделов и в эксплуатационный период в контактных зонах структурных компонентов конгломерата идут процессы микроразрушений. Как показано в главе 2, существует общая тенденция постепенного перехода первоначально энергетически устойчивых структур материалов на более низкий энергетический уровень их структурной прочности. При этом освобождаются атомы кислорода и другие, образуются новые химические соединения, устойчивость которых часто гораздо меньше первоначальных. Это ведет к нарушению структуры, разрыву ее сплошности, а в итоге - к деструкции материала, сопровождаемой снижением его прочности.

Из отмеченного можно сделать вывод, что в структуре материала должен соблюдаться баланс сил. Пока он есть, материал сохраняет свои свойства, при снижении его до критического уровня материал разрушается из-за старения, усталости и т. д.

Теоретическими исследованиями и многолетней практикой для всех материалов определены критические уровни характеристик структуры и свойств, переход за пределы которых сопряжен с интенсивным разрушением материала или срочным капитальным ремонтом конструкции.

При выборе критических уровней ключевых показателей свойств ориентируются на требования действующих стандартов и строительных норм. В них указаны численные показатели технических свойств материала и допустимые пределы их изменения в эксплуатационный период. Для большинства материалов обычно указываются несколько ключевых показателей свойств или структурных характеристик и их предельный уровень изменения. При этом весьма важно, чтобы с совершенствованием технологии производства наблюдалось всемерное увеличение периода времени до момента, когда ключевой показатель (группа показателей) окажется на уровне допустимого изменения. Соответствующий период времени характеризует долговечность материала, поскольку дальнейшая эксплуатация конструкции будет недопустимой без проведения ремонта.

Среди типичных эксплуатационных факторов, оказывающих, как правило, негативное влияние на состояние строительных конструкций и материалов, можно выделить: воздействие внешних нагрузок, а также массы материала и конструкций; температурные воздействия; воздействия газовой и водной среды, содержащей различные примеси; воздействия кислот, щелочей и солевых растворов; климатические, к которым, кроме упомянутых выше факторов, относятся также солнечная радиация, ветер и влажность воздуха, продукты жизнедеятельности микроорганизмов.

В реальных условиях на конструкцию или ее материал воздействует комплекс из двух или большего количества эксплуатационных факторов. Совместное воздействие активных сред и механических напряжений приводит к интенсификации коррозионных процессов. Отметим, что различного вида природными и производственными средами повреждается от 15 до 75 % всех строительных конструкций зданий и сооружений.