Введение к работе
Актуальность работы.
В решении многих практических задач значительную роль начинают играть экологические и социальные факторы.
Российский и зарубежный опыт показывает, что для размещения социальных объектов различного назначения могут быть эффективно использованы заглубленные помещения зданий. Общая основная градостроительная политика в России в последнее время направлена на то, что на смену экстенсивной модели формирования городской системы с преимущественным освоением свободных территорий приходит интенсивная, состоящая в реконструкции сложившихся городских территорий и рациональном использовании уже существующих пространств городской среды в целях экономии земельных ресурсов города и повышения их экологической безопасности.
Надежное решение проблем реконструкции зданий связано с решением конкретных инженерных задач, определяемых состоянием несущих конструкций в процессе их эксплуатации и, в первую очередь, подземной части зданий. Использование подземного пространства в г. Москве может быть успешно решено за счет активного использования существующих подвальных помещений под зданиями и сооружениями после их реконструкции.
Предварительные исследования показали, что серьезные препятствия к решению этих задач возникают в связи с ухудшением экологии городской среды, а также возросшими рисками разрушительного воздействия на материал подземных конструкций грунтовых вод, с растворенными в ней солями и кислотами, концентрация которых значительно превышает все экологические допустимые нормы и требования.
Создавая необходимые условия комфортного жизнеобеспечения подземных сооружений, следует иметь в виду, что их эксплуатационные качества должны соответствовать качествам наземных сооружений. Следует отметить, что заглубленные кирпичные, каменные, железобетонные, металлические и другие конструкции работают в более сложных экологических условиях, чем наземные.
За длительный период эксплуатации конструкций здания они могут подвергаться воздействию разрушающих факторов. При этом характер и цикличность этого воздействия со временем в зависимости от экологической опасности могут существенно изменяться. К наиболее характерным разрушающим факторам, действующим на материал конструкций, можно отнести: резкие температурные перепады в зимнее и летнее время года, появившиеся в течение последних 10-15 лет, в связи с изменением климатических условий на планете; воздействие на конструкции влаги, в большинстве случаев с растворенными в ней агрессивными компонентами, которые выбрасываются заводами, различными предприятиями и автотранспортом в подземное, воздушно и водное пространства города; соляные составы, применяемые сотнями тысяч тонн в зимнее время для очистки проезжей части улиц и дорог ото льда и снега; разрушающее воздействие на конструкции блуждающих токов, распространению которых способствуют те же соляные растворы.
Как показали исследования, скорость агрессивного воздействия окружающей среды на конструкции зданий в последнее время значительно возросла. Об этом свидетельствуют многочисленные трещины, появившиеся в последнее время на фасадах зданий в г. Москве, достаточно частые обрушения конструкций, осадки зданий, отслоение облицовки фасадов, разрушение кирпичных карнизов, балконов, цоколей, отмосток, белые соляные пятна на стенах и перекрытиях подвальных помещений зданий и др.
В результате ухудшения экологической обстановки в наиболее сложных условиях оказались заглубленные кирпичные, железобетонные, металлические конструкции зданий и сооружений.
Снижение несущей способности конструкций происходит чаще не от механических нагрузок, а от агрессивного воздействия среды, которое не регламентируется СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». Поэтому, даже тщательно выполненные расчеты и запроектированные в соответствии с нормами элементы конструкций еще не гарантируют «отказ» в работе, если не учтены коррозионные воздействия агрессивной среды. Заметим, что в
нормативных документах нашей страны отсутствуют указания по особенностям эксплуатации подземных конструкций.
Целью настоящей работы является исследование процесса разрушения подземных кирпичных конструкций зданий от агрессивного воздействия солей различной концентрации и разработка рекомендаций по предупреждению конструкций от разрушения и разработка мер защиты.
Для осуществления этой цели были решены следующие задачи:
-
проведен мониторинг по оценке состояния подземных конструкций зданий, построенных в различные периоды;
-
исследовано влияние агрессивной водной среды на эксплуатационные свойства подземных кирпичных конструкций зданий;
-
выполнены экспериментальные исследования процесса разрушения материала кирпичной кладки под воздействием солевых составов различной концентрации;
-
разработана система мероприятий по обеспечению качества технологических работ при реконструкции подвальных помещений.
-
проведен анализ характера взаимодействия кирпича со средой и установления основных причин интенсификации процесса разрушения;
-
исследованы причины низкой стойкости современного кирпича в подземных конструкциях;
-
проведена диагностика разрушения кирпичной кладки в помещениях;
-
исследован процесс коррозионной стойкости кирпича в соляных растворах NaCl и Na2S04 различной концентрации, используемого в кладках заглубленных помещений;
-
проведена оценка состояния поверхности кладки цокольной части зданий по величине адсорбционного водопоглощения поверхностей кирпичей;
10) обобщено влияние пористой структуры кирпича на капиллярный
подсос с учетом анизотропии свойств каменных материалов;
11) составлены рекомендации по эксплуатации кирпичных стен подземных конструкций им рассмотрены примеры практического применения результатов исследования.
Объекты исследования: подземные конструкции жилых зданий 1900 - 1990 годов постройки, выполненные из кирпича и расположенные в различных административных округах г. Москвы, помещения подвалов жилых зданий 1900, 1930 и 1950-1960 годов постройки.
Методы исследования. Использованы методы согласно задачам исследования (табл. 1).
Матрица методов системы обследования, мониторинга, диагностики.
Таблица 1
Примечания
Научная новизна. Автором впервые, на основе проведенных исследований и экологического мониторинга загрязнения грунтовых вод, сформулированы теоретические положения особенностей разрушения и защиты подземной кирпичной кладки зданий.
Практическая значимость:
разработка методики оценки влияния агрессивной водной среды на эксплуатационные свойства кирпичной кладки в зонах критического воздействия;
исследование причин коррозии и разрушения кирпичной кладки;
анализ причин повреждения конструкций;
исследование коррозионной стойкости кирпичной кладки в растворах NaCl и Na2S04.
Данные предложения позволят количественно оценить степень разрушающего воздействия загрязненных фунтовых вод на конструкции, прогнозировать их поведение в процессе эксплуатации и разработать систему защиты от агрессивного экологического воздействия.
Внедрение: на основе результатов исследования разработаны «Рекомендации по системе предупреждающих мероприятий от разрушения подземных кирпичных конструкций зданий», апробированные на заводе АО «Клинстройдеталь» и Российском конструкторско-технологическом институте Госстроя России.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Экологическая безопасность в строительстве», МГСУ, 1998 г.
На защиту выносятся:
результаты экологического мониторинга по воздействию агрессивных грунтовых вод на состояние подземных конструкций зданий;
критерии оценки влияния агрессивной среды на конструкции зданий;
методика расчета влияния солей NaCl и Na2S04 на характер разрушения материала конструкций;
К0 = А^Оз/ЗЮг - коэффициент остеклованности, который характеризует структурное состояние материала, его долговечность и эксплуатационную надежность, но не используется в эксплуатационных целях;
рекомендации по практическому использованию результатов исследований.
Струстура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 113 наименований, содержит 142 страницы текста, включая 21 таблицу и 61 рисунок.