Критические уровни ключевых характеристик структуры и свойств

Основные, или ключевые, характеристики свойств и структуры имеют, как уже отмечалось, критические уровни, переход за пределы которых сопряжен со сравнительно интенсивным разрушением материала или срочным капитальным ремонтом конструкции.

Критические уровни устанавливаются для каждого ИСК в конструкции. При выборе критических уровней ключевых показателей свойств ориентируются на требования действующих стандартов и строительных норм. В них указаны, как правило, числовые показатели технических свойств материала и допустимые пределы их изменения в эксплуатационный период. Для некоторых материалов могут быть приняты не один, а два, три или большее количество числовых показателей ключевых свойств или иных характеристик. Для каждого показателя устанавливают свой предельный уровень допустимого изменения. При эксплуатации конструкции весьма важно, чтобы наблюдалось всемерное увеличение периода времени до момента, когда ключевой показатель (или несколько принятых ключевых показателей) окажется на уровне допустимого изменения. Соответствующий период времени выражает долговечность материала, поскольку дальнейшая эксплуатация конструкции недопустима без проведения капитального ремонта.

Аналогичный метод оценки долговечности производится и по структурным параметрам. Ключевые структурные показатели непосредственно отражают уровень внутренних изменений в материале под влиянием эксплуатационных факторов.

Эти изменения относятся к отклонениям от первоначально зафиксированных размеров ключевых структурных характеристик. Вследствие отклонений возможно нарушение оптимальных структур с частичной потерей ранее установленных технических свойств, пока отсутствуют какие-либо нормы в отношении допустимых количественных изменений в структуре. На определение структурных характеристик материалов имеется ГОСТ 22 023–76 «Материалы строительные. Метод микроскопического количественного анализа». Допустимый уровень изменений в структуре устанавливают пу тем предварительного совместного изучения структурных и качественных характеристик материала оптимальной структуры и их сопоставления между собой. Появление микрои макротрещин, увеличение пористости или ее резкое снижение, отслаивание контактной зоны, шелушение или выкрашивание, дислокационные нарушения в структуре и текстуре и другие дефекты являются существенными признаками внутренних структурных и качественных изменений, возникших в материале под влиянием эксплуатационных факторов. С их появлением возникает необходимость тщательного наблюдения за дальнейшим состоянием конструкций с принятием мер по своевременному их ремонту.

Среди типичных эксплуатационных факторов, оказывающих, как правило, негативное влияние на состояние строительных конструкций и материалов, можно выделить: механические — воздействие внешних нагрузок различной величины и интенсивности статического и динамического характера, а также массы материала и конструкций; температурные — воздействие устойчивой температуры и ее колебаний в конструкциях зданий и сооружений; воздушную и газовую среду с содержанием в ней углекислого газа, пара, пыли и других примесей; водную среду с широкими пределами ее агрессивности; кислоты, щелочи, солевые растворы разных концентраций и другие жидкие среды, например растительные масла, нефтепродукты ит. п., которые имеют различную степень агрессивности по отношению к материалу; климатические, к которым, кроме упомянутых выше факторов, относятся также солнечная радиация, ветер, влажность воздуха; воздействие некоторых других возможных физических факторов — электрического поля и тока, излучения, электромагнитного поля и т. п. Кроме того, нередко на структурные и качественные изменения влияют спонтанные негативные явления в материале.

Большую разрушительную активность по отношению к строительным материалам и конструкциям проявляют животные и растительные микроорганизмы и их производные — органогенные агрессивные среды. Академик В. И. Вернадский утверждал, что на земной поверхности не имеется химической среды более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим разрушающим последствиям, чем растительные и животные микрои макроорганизмы. До 15—20% всего ущерба, который наносит коррозия, вызывается микроорганизмами. В этих средах весьма целесообразно оценивать предельное состояние ИСК в конструкциях ключевым показателем химической стойкости, например, по привесу новообразований в агрессивной среде, изменению водородного показателя pH во времени и др.

В реальных условиях на конструкцию и ее материал воздействует комплекс из двух или большего количества эксплуатационных факторов. Эффект от воздействия такого комплекса значительно сложнее, чем от каждого фактора в отдельности или даже после их суммирования. Совместное воздействие активных сред и механических напряжений приводит к интенсификации деструкции и, в частности, коррозионных процессов. Под влиянием деструкции от совместного воздействия прочность, например, снижается в больших размерах, чем суммарное уменьшение ее под влиянием внешней нагрузки, минерализованных вод, циклического замораживания. То же наблюдается при совмещении воздействия агрессивной среды с попеременным замораживанием и оттаиванием. Следует отметить, что различного вида природными и производственными агрессивными средами повреждается от 15 до 75% всех строительных конструкций зданий и сооружений.

Ниже (см. 9.4, 10.4, 11.6) рассмотрены примеры воздействия некоторых внешних факторов и агрессивных сред на наиболее типичные ИСК — цементные бетоны, асфальтобетоны и полимербетоны. Здесь же важно отметить, что долговечность может быть с некоторым приближением определена теоретическим методом, что позволяет ее прогнозировать. Более точное прогнозирование долговечности осуществляется при сочетании теоретического расчета и экспериментальных данных.