Котельные установки

Уменьшение прочности при длительном пребывании материала под растягивающей его нагрузкой объясняется постепенным развитием дефектов в трещинах разрыва. Такое развитие связано с изменениями значений внутренней потенциальной энергии материала, вместе с которыми изменяются и его структурно-механические свойства. Постепенные процессы разрушения выражаются последовательностью постепенных переходов материала из одних состояний с более высоким уровнем внутренней энергии в другие, имеющие меньший ее уровень.
В основе незаметно для человеческого глаза происходящих изменений структуры материала лежит квантовая природа материи и квантовые процессы, подчиняющиеся физико-статистическим закономерностям. Можно считать, что математическая интерпретация этих закономерностей идет от волновой функции [78] и имеет экспоненциальный характер.Поскольку период колебаний атомов то в структурной решетке материала зависит от величины заряда атомного ядра, время, необходимое для изменения структурных качеств, оказывается закономерно связанным с основными физико-химическими свойствами материала, его плотностью, строением электронных оболочек атомов и с периодическим законом Д. И. Менделеева.
Величина и0 зависит от степени совершенства структурно-механических свойств рассматриваемого материала и в пределе может приближаться к энергии связи атомов в кристаллической решетке идеального материала (по абсолютной величине, близкой к энергии сублимации, но обратной ей по знаку). Для бетона эта величина в некоторой недостаточной мере связана с маркой бетона (т. е. с весьма грубыми градациями одного из видов прочности материала, применяемыми в практике строительства), но явным образом зависит также от особенностей процесса кристаллизации в бетоне, характера пористости и активности сцепления цементного раствора с поверхностью песка и крупного заполнителя. При преобладании мелких кристаллических образований, закрытой пористости и химическом сродстве между вяжущим и заполнителем (или активировании поверхности последнего, обеспечивающем повышение сцепления) значение и0 возрастает. Структурный коэффициент у резким образом изменяется с возрастом бетона, уменьшаясь в два и более раза по мере упрочнения материала.

Исследование долговечности конструктивных элементов на основе использования уравнения (VII.3) только начинает развиваться. При этом основной элемент исследования заключается в том, что сравнимые образцы конкретного материала подвергаются серии силовых воздействий с градациями различной интенсивности, в целях возникновения напряжений (на. растяжение или сдвиг), при которых разрушение образцов происходит через различные интервалы времени.
На основе таких экспериментов определяются количество энергии и0у необходимой для возникновения процессов разрушения и значения структурных коэффициентов у, т. е. неизвестные величины, входящие в уравнение (VII.3).
Тем самым устанавливается конкретная зависимость между напряжениями, возникающими в материале, и сроками его службы до возможного предела разрушения.
Далее, на основе анализа внешних физико-климатических воздействий, которым будет подвергаться изучаемая ограждающая конструкция, конкретизируются значения напряжений (например, от неравномерного распределения температур и влагосодержания, ветровых и других механических нагрузок и т. п.).
Независящие друг от друга разрушительные эффекты, возникающие при найденных напряжениях, суммируются друг с другом.Как видно из этой последовательности отдельных этапов изучения, использование в практических целях уравнения (VII.3) связано с необходимостью проведения специальных экспериментов!
Исследования, проведенные в целях изучения долговечности наружных отделочных (фактурных) слоев крупных панелей [88] показали, что в климатических условиях г. Перми сроки службы фактуры из мелкозернистых бетонов на карбонатных песках примерно вдвое более длительны по сравнению со сроками службы таких же бетонов, но на кварцевых песках.
Развитие сетки силовых трещин на поверхности наружной фактуры с карбонатным заполнителем происходит более медленно и в количественном отношении менее выражено, чем у фактуры с заполнителем из кварцевого песка. Объясняется это большей однородностью структурных свойств фактуры с карбонатным заполнителем, поскольку сцепление вяжущего с поверхностью родственного в химическом отношении заполнителя происходит более активно и отличается относительно высокой прочностью.

Теория надежности была развита применительно к кинематическим системам и управляющим устройствам, таким как действующие механизмы, средства транспорта, автоматического производства и контроля, электронно-вычислительные машины и т. д. Поэтому многие понятия и значительная часть терминологии теории надежности установились применительно к особенностям работы кинематических и им подобных систем и не приложимы, <в логическом смысле, ,к рассмотрению эксплуатации строительных конструкций. Таковы понятия о безотказности работы механизмов, возникновении отказов при использовании автоматических и электронных устройств и некоторые другие. Очевидно, что эти понятия аналогичны таким установившимся (В строительстве представлениям, как неизменность и сохранность эксплуатационных качеств ограждающих конструкций и 'их временное или постоянное нарушение при утрате непроницаемости, теплозащитных свойств или (возникновении каких-либо других дефектов.
Однако математический аппарат, .применяемый при изучении надежности, основан «на методах теории вероятности и может быть приложен к изучению любых явлений, если последние можно считать входящими <в категорию установившихся случайных процессов, а имеющийся опыт статистического учета изменений их особенностей— достаточно развитым и массовым.
Следовательно, применение математических методов теории надежности может дать наибольший познавательный и практический эффект при обработке результатов массовых натурных наблюдений за сроками службы отдельных конструктивных элементов и закономерностями их постепенного разрушения в сходных условиях эксплуатации.
На рис. VII.3 показаны результаты обработки натурных исследований длительности безремонтной службы надчердачных кровель из асбестоцементных листов [84] в жилых домах.
После четырех лет эксплуатации свыше 60% обследованных кровель многоэтажных домов нуждалось в мелком ремонте, после восьми лет — около 90%, а предельная длительность безремонтной службы составляла около 15 лет. Вторая половина общей длительности службы кровель протекает при периодических ремонтах. Для индивидуальных одноэтажных домов сроки безремонтной службы кровель гораздо длительнее, что, fio-видимому, объясняется более аккуратной эксплуатацией, а возможно и более крутыми уклонами кровель, поскольку чердачные пространства обычно используются для хозяйственных целей, а иногда и для летнего жилья.

Постепенное разрушение (износ) ограждающих конструкций происходит с (неодинаковой быстротой -в течение общего срока службы здания. На рис. VI 1.4, а по оси ординат отложена изношенность, выраженная в процентах, а по оси абсцисс — время, отсчитываемое от начала эксплуатации здания и измеряемое в годах и десятках лет. Характерная кинетика изменений износа конструкций и нарастания их изношенности с течением (времени выражена кривой 1.
Как видно из рисунка, зависимость утраты необходимых качеств конструкций от времени (т. е. др/дг или дх/дт, где р — характерный вид прочности, % — проницаемость, х — время) нелинейна и кривая 1 имеет две зоны перегиба вблизи точек А и Б. Эти зоны перегиба определяют три характерных периода износа конструкций здания (I, II, III), отмеченные на рисунке.
Такие характерные периоды отличаются друг от друга различной интенсивностью износа; в периодах I и III последняя наиболее высока, тогда как в периоде II, самом длительном и занимающем до 80% от общей продолжительности службы здания, интенсивность износа сравнительно незначительна.
Существенные различия интенсивности износа конструкций в характерные периоды эксплуатации здания объясняются типичными изменениями напряженного состояния в эти периоды, что видно из рисунка VII.4, б.
Для периодов I и III характерно развитие напряжений, превышающих предел выносливости отдельных элементов ограждающих конструкций; в начальный период это связано с чрезмерными усадочными и термическими«>напряжениями, а в последний — с падением предела выносливости существенно износившихся конструкций.
В первые годы эксплуатации вновь выстроенного здания характерно ускоренное разрушение (повышенный износ) многих конструктивных элементов. Объясняется это многими причинами, в частности, усадкой и усушкой излишне влажных материалов, примененных при постройке, уплотнением грунта и неравномерной осадкой здания, выявляющимися в первый период эксплуатации, дефектами проектирования и строительных работ, а также недостаточно высокими свойствами материалов и конструкций.
Усадка и усушка материалов, применяемых в конструкциях здания, обычно связаны с повышенным содержанием первоначальной строительной влаги (особенно характерным для конструктивных элементов из бетонов и древесины, изделий, увлажненных при транспортировке, и т. д.). Процессы усадки, усушки и развития термических напряжений обычно сопровождаются образованием трещин, неплотностей и щелей в конструкциях и особенно сопряжениях отдельных крупноразмерных элементов. При этом величины деформаций и вероятность возникновения трещин зависят преимущественно от величины и изменений температурного перепада, градиента влагосодержания, а также характерного размера крупного элемента и условий его деформирования.
Наибольшая усушка, связанная с возникновением неплотностей и щелей, характерна для деревянных конструктивных элементов (полы, перегородки, оконные переплеты, двери и т. д.). Выполнение конструкций из так называемой воздушно-сухой древесины (18% влажности по весу) не в состоянии полностью предотвратить явления усушки, поскольку изменения объема деревянных элементов при их высыхании до равновесного состояния (например, 8—10% по весу) происходят главным образом в пределах гигроскопической влажности.