Котельные установки

Увеличение долговечности ограждающих конструкций и улучшение их эксплуатационных качеств могут быть достигнуты в процессе проектирования целесообразным применением строительных материалов с учетом их физико-технических свойств, а также рациональным решением конструкций в целом, и, в частности, защитно-отделочных слоев, ограничивающих проникание агрессивных воздействий внутрь конструкции.
Опыт строительства и эксплуатации зданий, а также натурные и лабораторные исследования их конструкций показывают, что как процессы первоначального упрочнения материалов (т. е. твердение бетонов, строительных растворов и т. д.), связанные с повышением (улучшением) физико-механических свойств, так и процессы последующего постепенного разрушения материалов и конструкций, проявляющиеся в понижении (ухудшении) этих свойств, зависят от колебаний температуры и воздействий влаги. Различная направленность изменяющих структуру процессов, от которой зависит постепенное упрочнение или постепенное разрушение материала, иногда наблюдается при аналогичных климатических воздействиях, но более мягких в первом случае и более жестких —во втором.
Опытные данные о постепенных изменениях структурно-механических свойств материалов в ограждающих конструкциях получили обоснованную теоретическую базу в работах крупных советских ученых: А. Ф. Иоффе и П. А. Ребиндера, развивших на основе своих исследований представления о роли физико-химических процессов в изменении структурно-механических свойств материалов. Прочность и стойкость изделий (особенно безобжиговых), изготовленных в заводских условиях, может возрастать в процессе эксплуатации здания, если под влиянием климатических условий обеспечивается циклическая смена температурно-влажностных состояний материала, способствующих улучшению его структурно-механических свойств.
В этом случае постепенные разрушающие процессы возникают и развиваются после завершения упрочняющих или одновременно с ними, что проявляется, например, в местных повышениях прочности материала и возникновении трещин в наиболее напряженных зонах конструкции.

Постепенное развитие изменений структуры является характерным для физического состояния материала при периодических воздействиях, энергетический уровень которых не вызывает предельно напряженного состояния, приводящего к немедленному разрушению.
По П. А. Ребиндеру [72] постепенное разрушение материала в дефектных местах и зародышах трещин облегчается при адсорбции на вновь возникающих поверхностях первых слоев молекул из окружающей среды (обычно молекул влаги). Энергетический уровень адсорбционных сил, под действием которых образуется такой слой, настолько высок, что приводит к существенному понижению работы, необходимой для образования новых поверхностей внутри постепенно разрушающейся конструкции.
При ограниченной прочности материала и относительно больших полостях (трещинах) внутри него, заполняемых свободной влагой или при низкой температуре ее кристаллами, в зоне зародышей разрушения возникают расклинивающие давления, способствующие дальнейшему раскрытию трещин.
Такие же или еще большие давления возникают при кристаллизации новых химических веществ на стенках каверн, пор и капилляров материала.
Соответственно возрастает и разрушение материала при периодических увлажнениях и охлаждениях, сменяющихся повышениями температуры и испарением влаги *(рис. VII.1). Развитие разрушения приводит к перемещению контура (О, О, О) расширяющихся в толще материала трещин, линз и полостей по направлению к поверхностным слоям конструкции и к появлению внешних признаков ее разрушения. Обычно наибольшему разрушению подвергаются те участки, в которых область развития микротрещин легче всего достигает поверхности конструкции или изделия (рис. VI 1.1, б), например, углы, кромки, выступающие части и т. д.
Вдали от этих участков процесс разрушения увлажненного материала часто выражается в постепенном отслаивании (шелушении) поверхностных слоев.
Материалы с открытой пористостью наиболее подвержены физико-химическому разрушению и особенно быстро утрачивают необходимые механические свойства во влажных условиях.
Повышение долговечности во всех случаях связано с ограничен нием и замедлением физико-химико-механических процессов, вызывающих постепенное разрушение материалов, входящих в состав ограждающих конструкций. Если отсутствует агрессивная среда, при которой процессы разрушения являются следствием быстро развивающихся химических реакций, такие процессы зависят главным образом от тех внешних воздействий, которые вызывают резкие периодические изменения теплового и влажностного состояния наружных ограждающих конструкций, что связано с развитием термических и усадочных напряжений, превышающих по своему уровню напряжения, учитываемые расчетом статической прочности конструкции.

Относительно быстрый выход из строя ограждающих конструкций из-за развития сетки трещин и утраты необходимых прочностных свойств обычно отмечается в тех случаях, когда напряжения, вызываемые неоднородностью полей температуры и влагосодержания или другими разрушающими факторами, превосходят предел длительного сопротивления («выносливости») данной конструкции; эти случаи, в частности, типичны для большеразмерных конструкций из материалов с ограниченной стойкостью при периодически возникающих интенсивных разрушающих воздействиях (например, в зданиях с явно выраженным нагревом конструкции выделениями производственного тепла).В этих случаях вероятность быстрой потери структурно-механических качеств конструкцией может быть оценена по величине безразмерных комплексов, характеризующих условия ее работы при имеющихся разрушающих воздействиях. Так, например, характеристикой вероятности и быстроты образования недопустимой сетки глубоких трещин при периодически возникающих напряжениях в материале конструкции.Для ограждающих конструкций и их элементов, обеспечивающих изоляцию здания от действия атмосферной влаги, ветра и других неблагоприятных внешних влияний, срок полноценной службы истекает с появлением неплотностей, трещин и расслоений, которые не могут быть устранены простыми средствами при текущем ремонте. Таковы, например, участки примыкания кровли к разжелобкам, водостокам и стенам, наружные отделочные слои и стыки панелей, гидроизоляционные слои в стенах и т. д.

Период постепенного разрушения может иметь различную длительность (т — Тнач) в зависимости от количества внутренней энергии конструкции, противостоящего разрушению и характеризующегося эффектом предшествующего упрочнения, стойкостью материала, а также толщиной и проницаемостью конструктивного слоя.Интенсивность И воздействий наружной среды весьма различна и сопоставление этих различий в единой энергетической шкале представляет определенные трудности. В связи с этим, при экспериментальном изучении изменений прочности материалов во времени (при замораживании, увлажнении, нагреве и т. д.) могут быть введены условные стандартные характеристики интенсивности, соответствующие наиболее типичным видам постепенного разрушения.В этом случае, в соответствии с особенностями внешних воздействий и в целях практически приемлемой оценки различных структурно-механических свойств материалов, возникает представление о нескольких видах и степенях стойкости.
Все виды стойкости гидрофильных строительных материалов, применяемых для наружных ограждений зданий, связаны с нестационарными воздействиями температуры и влаги.
Отдельно рассматриваемый вид стойкости материалов при периодических колебаниях температуры (нагрев и остывание) имеет доминирующее значение для материалов, находящихся в сухом состоянии. Воздействия колебаний температур на увлажненные материалы более разрушительны и устанавливаются совместо с другими видами стойкости, связанными с воздействиями влаги.
Стойкость против последовательных увлажнений и высыханий, при колебаниях положительной температуры, называют влагостойкостью, а стойкость насыщенного влагой материала, при колебаниях переходящих через точку замерзания, — морозостойкостью.
Стойкость против воздействий влаги, содержащей растворенные агрессивные вещества, во многих случаях известна под названием стойкости против коррозии.При оценке срока службы конструкции число циклов воздействий, воспринимаемых последней, устанавливается в соответствии с имеющимися условиями наружного климата и микроклимата ограждаемого помещения.
Как это видно из предыдущего изложения, одно из основных направлений в изучении долговечности базируется на экспериментальных исследованиях, причем реальное длительное время службы конструкции, выполненной из какого-либо конкретного материала, моделируется числом циклов колебаний теплового или влажностного состояния; каждый из этих циклов приравнивается промежутку времени, изменяющемуся в зависимости от особенностей интенсивности реальных внешних воздействий.
В проведении таких исследований много условностей, связанных с несовершенством методики лабораторных экспериментов, производимых обычно на небольших образцах материалов; кроме того, выполнение подобных экспериментов длительно и трудоемко.
В связи с этим возникают другие направления в изучении проблем долговечности. В частности, одно из них основывается на том, что прочность любых реальных твердых тел, в том числе и строительных материалов, зависит от времени действия нагрузки, уменьшаясь с его увеличением. Реальные процессы разрушения связаны с приложением циклически возникающих (длительных) усилий, вызывающих напряжения растяжения или сдвига в наиболее слабых участках структуры материала.