Фізичний знос та природне старіння
З перших днів експлуатації всі елементи та конструкції будівель змінюються, поступово знижуючи свої якості міцності. Ці зміни відбуваються під впливом багатьох фізико-механічних та хімічних факторів. До них відносяться неоднорідність матеріалів, підвищення напруги, що призводять до мікророзривів у матеріалі, поперемінне зволоження і висушування, періодичні заморожування і відтавання, різкі перепади температур, вплив солей і кислот, вилуговування, корозія металу, загнивання деревини, стирання конструкцій і т.п. поступові зміни структури та властивостей матеріалів.
У будівлях, що експлуатуються понад 40 років, при дерев'яних перекриттях та дерев'яних перегородках спостерігається в штукатурному шарі по стельовій поверхні та в перегородках у місцях примикання до підлоги та стелі значна кількість тріщин, а в деяких місцях відшарування штукатурного шару. Це обумовлюється: виробленням штукатурним шаром нормативного терміну експлуатації; хиткість підлог або наднормативними прогинами балок перекриттів, а також значним шаром штукатурки.
Дерев'яні балки міжповерхових перекриттів, і особливо горищного перекриття, що працюють тривалий час (понад 50 років) у змінному температурно-вологісному режимі, розшаровуються в поздовжньому напрямку, що призводить до зниження їхньої несучої здатності.
Дощата підлога під час експлуатації понад 40 років у зонах інтенсивної експлуатації (місця загального користування) буває значною мірою пошкоджена, тому це тягне за собою втрату конструктивної надійності та естетичності.
Металоконструкції в процесі старіння коротшають при одночасному зниженні пластичності та в'язкості та підвищенні крихкості. З часом з перенасиченого твердого середовищавиділяється надлишковий компонент у вигляді найдрібніших частинок. У маловуглецевих сталях внаслідок процесів карбонізації утворюється іржа, яка, збільшуючи в цілому об'єм конструкції, зменшує робочий переріз елемента. В результаті скорочується майданчик плинності і, хоча пружні властивості сталі підвищуються, значно зменшується її подовження і таким чином збільшується крихкість.
Усі будівельні матеріали та конструкції поступово руйнуються під впливом зовнішніх факторів: механічних, фізичних, біологічних, хімічних та ін. Процеси, що руйнують будівельні матеріали внаслідок зовнішнього впливу, називаються ерозією та корозією.
Ерозія - процес розмиву водою, стирання піском або пилом поверхні конструкції та будівельних ґрунтів (розмив поверхні покрівлі та стін стікаючою водою, стирання фасадів будівель піском або пилом). Найбільшу небезпеку становить ерозійний вплив ґрунтових вод на основу під будинком.
Корозія – процес руйнування будівельних матеріалів внаслідок дії фізико-хімічних явищ. Будівельні матеріали та конструкції схильні до корозії на повітрі, під водою і в грунті. Залежно від цього з'являються різні види корозії.
На поверхні причиною корозії є проникнення в пори та гігроскопічні тріщини будівельних конструкцій водяної пари.
При коливаннях температури від плюсової до мінусової вода у порах замерзає, руйнуючи структуру матеріалу. Розчини солей, що знаходяться на поверхні конструкцій, проникають у пори та тріщини. Внаслідок випаровування води сіль кристалізується, діючи на структуру матеріалу подібно до замерзлої води, що призводить до руйнування конструкції.
Руйнування зовнішніх поверхонь цегляних стін, званевивітрюванням, відбувається під впливом багатьох факторів: зміни температури, дії вітрів, що чергуються зволоженням та висиханням, замерзанням води в порах.
Іншою причиною руйнування корозією будівельних матеріалів є окиснення. Цей процес відбувається зазвичай у присутності води та викликає додатково гідратацію та збільшення обсягу матеріалу.
У водному середовищі також протікають корозії будівельних матеріалів, причому їх вид і інтенсивність залежать від хімічних властивостей води.
Таким чином, для оцінки та забезпечення надійності експлуатованих будівель необхідним є знання (прогноз) ресурсу всіх конструкцій, терміну їхньої служби. У загальному вигляді саме вони визначають періоди та обсяги ремонтів. Встановлені нормами термін служби конструкцій є усередненими, розрахунковими термінами, обумовленими фізичним (технічним) зносом матеріалу. Фактичні терміни служби характеризуються реальними умовами експлуатації у часовому інтервалі.
Внаслідок втрати якості відбувається відповідна втрата вартості будівель та споруд.
Величина фізичного зносу — це кількісна оцінка технічного стану, що характеризує частку збитків, втрати проти початковим станом технічних і експлуатаційних властивостей конструкцій період експлуатації. Збитки можуть бути виражені також у зниженні первісної вартості конструкцій або будівлі в цілому. При такій оцінці технічного стану конструкцій стає можливим їх зіставлення, незважаючи на різні властивості та особливості.
При виконанні капітального ремонту фізичне зношування частково ліквідується, а дійсна вартість будівлі збільшується. У строгому сенсі ремонтуватися повинні тільки конструкції, що змінюються, нормальний термінслужби яких менші за нормативний термін служби будівлі, який, у свою чергу, визначається нормативними термінами служби основних незмінних конструкцій (фундаменти, стіни). Незмінювані конструкції за фізичним змістом ремонтуватися не можуть, і укріплювальні роботи, що проводяться в них, носять відновлювальний характер. З економічної точки зору неприпустиме віднесення відновлювальних робіт до капітального ремонту. Нехтування цим становищем призводить до помилкового уявлення, ніби протягом терміну експлуатації знос елементів і будівель загалом майже збільшується, а термін служби стає невизначено тривалим, що залежить від числа ремонтно-відновлювальних циклів.
У зв'язку з нерівномірністю зношування окремих елементів, їх різноміцністю, необхідністю відновлення будівель при пошкодженнях, використанням ремонтними підприємствами нових будівельних матеріалів та сучасної технології організації робіт при капітальному ремонті виконуються частково та відновлювальні роботи, при цьому підвищується рівень надійності, збільшується довговічність, зростає вартість . При капітальному ремонті будівель у конструкціях, що змінюються, весь фізичний знос може бути усунений, а в незмінних - тільки зменшений. У табл. 2.4 наведено дані про вартість незмінних елементів для цегляних та повнозбірних будівель.
Таблиця 2.4. Вартість незмінних елементів будівель