CC BY
41
Основы создания методики оценки состояния
строительные науки и прогнозирования долговечности кровель
строительные материалы в условиях эксплуатации
и конструкции С.Д. Сокова
МГСУ
На ремонт крыш ежегодно расходуется до 15% средств, предусмотренных на содержание жилищного фонда. На качество выполненной кровли влияют ошибки, допущенные при проектировании (выборе материала, выборе конструктивного решения), при технологии укладки (начиная с транспортирования материала, хранения, складирования и монтажа), при эксплуатации.
Разрушение кровельного ковра связано, с одной стороны, с деформациями основания под влиянием температурных перепадов, с другой — со старением покровного слоя материала. Наибольшее количество отказов приходится на небрежную технологию устройства кровли. Подавляющее большинство имеющихся на сегодняшний день кровельных материалов обладает высокими эксплуатационными характеристиками. Но как бы ни были хороши отечественные и импортные рулонные материалы, несмотря на это, следует принимать меры по предотвращению скопления влаги в процессе устройства и капитального ремонта кровель, а также создать условия для снижения давления, возникающего под гидроизоляционным покрытием.
В МГСУ на кафедре технической эксплуатации зданий разработана методика оценки состояния кровельных слоев, которая производится по результатам визуального осмотра и инструментального обследования, иными словами, по результатам физико-механических испытаний с применением специальных приборов и инструментов. Инструментальное обследование выполняется после визуального в целях определения невидимых дефектов крыш, установления или уточнения причин их появления. В рекомендациях методика инструментального обследования покрытий должна быть приведена в зависимости от различных конструкций — как чердачных (с теплым и холодным чердаками), так и бесчердачных (совмещенных вентилируемых и невентили-руемых типов). Для холодных чердачных крыш должен определяться тепловлажностный режим чердачного помещения (толщина, температура и влажность теплоизоляции, температура и толщина изоляции инженерного оборудования, вентиляция чердака). Для теплых чердачных крыш определять теп-ловлажностный режим чердачного помещения (температура и влажность воздуха), герметичность чердака, чистота вентиляционных каналов, состояние теплоизоляции, гидроизоляционный ковер (адгезия мастик, сцепление с бетонным основанием), состояние несущих конструкций (их деформация — прогиб, перемещение, прочность, глубина и ширина раскрытия трещин, уклон основания кровли, состояние стыков сборных плит). Для каждого из наблюдаемых параметров установить допустимые и нор-
мативные значения, выход за которые соответствует отказу или предельному состоянию.
В МГСУ на кафедре технической эксплуатации зданий составлена типологическая классификация дефектов — атлас повреждения конструктивных элементов, где приведены все возможные внешние признаки проявления дефектов, их технологический вид, причины развития в зависимости от конструктивных особенностей покрытия (чердачные, бесчердачные), характерная картина внешнего проявления повреждений конструкции в элементах ее структуры, способы обследования дефектов, контрольно-измерительные приборы, применяемые при обследовании повреждений. Указываются допуски, разрешенные СНиП на тот или иной вид замеряемой величины, мероприятия по устранению дефектов в процессе текущего или капитального ремонтов и соответствующие машины, механизмы, трудозатраты.
Для выявления дефектов разработаны специальные формы, которые заполняются при обследовании кровель зданий. Информация, полученная в процессе исследования, т.е. обследования кровель и сбора статистических данных о количестве повреждений, заложена в классификацию дефектов и закодирована. В закодированном атласе повреждений конструктивных элементов — типологической классификации дефектов зафиксированы все существующие и возможные дефекты покрытия в зависимости от его конструктивных особенностей. В целях сокращения времени нахождения дефектов и непроизводительных затрат, связанных с их поиском, разработана универсальная программа, в которую заложены данные атласа повреждений, а также данные о затратах на проведение той или иной операции освидетельствования и информация о вероятности возникновения каждого вида неисправностей. Программа позволяет в пределах одного проявления дефекта и косвенных данных о нем обеспечить оптимальную процедуру поиска возможных неисправностей, вызвавших то или иное повреждение.
Исследованиями дефектов охватывается вся конструкция покрытия, включая парапеты, сопряжения с выступающими частями, ендовы, места примыканий к вертикальным поверхностям, водосточным воронкам и т.д. Фиксируются также распространение дефекта во внутреннее пространство подкровельной конструкции и его глубина. В конструктивной части элементов покрытия выделяются главные функциональные элементы. Например, в конструкции, связанной с гидроизоляцией, имеются главный функциональный элемент — водоизоля-ционный ковер и дополнительный слой — основа-
строительные материалы и конструкции
ние под кровлю, защитные спои, без которых главный элемент функционировать не может. В конструкции крыши выделяются следующие части по поперечному сечению: несущее основание, тепло- и пароизоляция, кровля. Такое деление соответствует назначению частей и их роли в структуре конструкции. В отдельные части условно выделяются устройство инженерно-технического оснащения здания, поддержание нормального тепловлажностного режима крыши, узлы сопряжения различных элементов конструкции и детали здания, не относящиеся к крыше, но имеющие с ней связь (смежные элементы — лестницы, стены смежных помещений, выходы на крышу, ограждающие парапеты и т.д.).
Дефект каждого конструктивного элемента получил соответствующий классификационный номер, являющийся его кодом. Для этого и требовалась разработка полной типологической классификации дефектов по видам с учетом принадлежности их к определенным элементам конструкции. Таким образом, для устранения имеющихся дефектов каждого конструктивного элемента покрытия ЭВМ по предлагаемой программе находит способ его устранения.
В период эксплуатации могут возникать различные природно-климатические ситуации, не характерные для данного района, и непредвиденные воздействия. После таких непредвиденных воздействий необходимо провести оценку состояния кровельного ковра. Данные об экстремальных ситуациях следует оформлять в виде паспорта с указанием времени действия, места локализации дефекта, его вида и способа восстановительного ремонта. По мере накопления сведений о таких дефектах в программу вводятся дополнительные сведения и по ранее приведенной форме кодируются вновь зарегистрированные дефекты.
Дополнительные сведения о характере дефекта вводятся исследователями либо из карты результатов оценки технического обследования, либо после проведения дополнительного инструментального обследования, предложенного вычислительной машиной. Причем программа инструментального обследования такова, что идентификация дефекта проводится по оптимальной схеме. Проверка состояния каждого элемента может быть осуществлена (непосредственно или опосредованно) рядом испытаний.
Для оценки технического состояния элементов крыш с использованием вычислительных машин приводится алгоритм процедуры поиска неисправностей этих элементов. Использование вычислительных машин при процедуре поиска дефектов и неисправных элементов покрытий позволяет значительно
улучшить качество и сократить непроизводительные затраты при эксплуатации крыш, а также найти технически обоснованный способ ремонта неисправных элементов покрытия. Оптимальная программа дополнительного обследования технического состояния покрытия приводится на основе математических расчетов.
Программа предназначена для идентификации неисправностей путем выбора внешних признаков дефектов из общего массива. Причем в массиве признаков неисправностей, в каждой его записи присутствуют два кода: один — основного признака, второй — уточняющего. В файле признаков неисправностей для различия основных и уточняющих признаков имеется специальное поле. Выбор основного признака неисправности проводится из всего набора основных признаков, содержащихся в перечне. Для выбора уточняющего признака по массиву состояний отбираются коды лишь тех уточняющих признаков, которые содержатся в записях массива состояний и основной признак которых соответствует выбранному. Из выбранных записей берутся далее коды причин, которые расшифровываются по соответствующим массивам. Оптимальность следования сообщений обеспечивается использующейся системой присвоения кодов признакам и причинам неисправностей.
Входная информация для обработки — информационная карта обследования объекта. Выходной информацией является листинг, содержащий информацию о причине неисправности, основных уточняющих признаках неисправности, методах ее устранения.
Для аналитического прогнозирования долговечности мягких кровель в МГСУ разработана методика оценки технического состояния кровельного ковра, которая позволяет рассчитать остаточный срок ее службы. Под прогнозированием долговечности кровли понимается ее способность заданное время выполнять свои функции при достаточной прочности материала, исключающей опасные деформации кровельного ковра к концу расчетного срока эксплуатации. Прочность при разрыве принята в качестве главного эксплуатационного показателя для расчета прогнозируемой долговечности кровли, что позднее было подтверждено исследователями США и Нидерландов на основе теорий хрупкого разрушения, вяз-коэластичности, эластичности, метода конечных элементов, показателя энергии деформации. Характер снижения прочности при разрыве кровельных ковров в процессе эксплуатации описывается с помощью дифференциального уравнения
сё о (п )/ёп + а о (п ) =а аотказ , (1)
5 2009 543
строительные материалы и конструкции
где о (п ) — текущее значение прочности при разрыве, МПа; оотказ — прочность материала при разрыве на стадии практического разрушения (отказа), МПа; п — фактическое старение материала на момент обследования, лет; а — показатель, характеризующий комплексное влияние эксплуатационных факторов на снижение во времени прочностных свойств. Для рулонных кровель ар = 1тр/; для мастичных кровель ам= 1с/1 , где 1тр — температура, при которой нет трещин при изгибе полоски материала по полуокружности стержня диаметром 30 мм, 0С; — температура размягчения пропиточного состава по методу «кольцо-шар», 0С; ^ — теплостойкость в течение 5 часов, 0С.
Величина ар для новых рулонных материалов колеблется от 0,4 до 0,5. Величина ам для мастичных материалов варьируется в пределах 0,7 до 0,9. Чем меньше ар , ам, тем старее материал. Вводим в уравнение (1) начальные условия и получаем уравнение в виде:
О (n ) = (оо - 0отказ) е "а" + о° Упростим уравнение (2): О (n ) - Оотказ = (О - Оотказ) е "а"
ln (О (n ) - Оотказ) = ln (О - Оотказ) "а =
= 1/а ln
(Оо - Оотказ) ln (о (n ) - Оотказ)
(3)
Оотказ и получаем решение задачи в виде:
I" (О/О (n ) ) n = -.
а
При О (n ) = О уравнение принимает вид:
(4)
п<> Длительность
эксплуатации, лет Рисунок 1. Обобщенная кривая изменения прочности при разрыве кровельных материалов в процессе эксплуатации.
(2)
ln (Оо/Ор) = lg (Оо/Ор ) < "р
а
ах
(5)
о (п ) — прочность при разрыве, МПа. Из рисунка 1 видно, что прочность при разрыве на стадии практического разрушения значительно меньше о (п ) и о . В формуле (3) пренебрегаем
0,434
где 0,434 — коэффициент пересчета от натуральных логарифмов к десятичным; оо — прочность материала перед укладкой по ГОСТ или ТУ, МПа; ор — текущее значение прочности (на момент обследования), МПа; пр— расчетный срок службы материала, лет.
Прогнозируемый (остаточный) срок службы пр находим из уравнения:
n = n - n.
ор
(6)
Создание методики оценки состояния мягкой кровли даст возможность прогнозировать остаточный срок ее службы, что очень важно при проведении ремонтов, так как при этом исключаются непроизводительные затраты на ремонт отдельных мест кровли.
