Галеев Равиль Мирсаяфович – Руководитель экспертно-консультационного
центра «Диагностика и Контроль», г.Москва, инженер-строитель,
кандидат экономических наук, эксперт по промышленной безопасности
Резкое сокращение нового строительства в РФ и странах СНГ вызвало ускоренное старение основных производственных фондов, в том числе зданий и сооружений. Отсутствие ввода новых мощностей под расширенное воспроизводство исключило возможность плановой замены производственных зданий и сооружений, выработавших нормативные сроки службы. В настоящее время основная масса действующих зданий и сооружений выработали свои нормативные сроки службы [1]. Особенно актуальна эта проблема для зданий и сооружений, эксплуатируемых в коррозионно-опасных условиях и агрессивных средах. Согласно техническому отчёту института «Проектхимзащита», дог. № 29114 [2], в 1992 году 57% таких зданий и сооружений превысили срок службы Т=43 года, который, соответственно, в настоящее время составляет не менее Т=60 лет (рис. 1).
Рис. 1. Старение основных фондов
Известно [3], что нормативный срок службы зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред, вычисляется по формуле
Тн =100/На.р × Кагр,
где На.р – процент ежегодных отчислений на реновацию зданий и сооружений; Кагр=1,5 – коэффициент коррозии.
Тогда нормативные сроки службы зданий по группам и видам зданий и сооружений составят:
для первой группы Тн=100/1×1,5 = 66 лет;
для второй группы Тн= 100/1,2×1,5= 55 лет;
для третьей группы Тн=100/1,7×1,5= 40 лет;
для четвёртой группы Тн=100/2,5×1,5= 27 лет.
Здания и сооружения, предназначенные для эксплуатации в агрессивных средах, относятся к третьей группе. Следовательно, практически 100% зданий и сооружений выработали свой нормативный срок службы. В то же время эксплуатация этих зданий и сооружений продолжается.
Как следствие вышесказанного, число аварий зданий и сооружений, по сравнению с 80-ми годами прошлого столетия, увеличилось в шесть раз (см. графики). При этом доля аварий зданий и сооружений, эксплуатируемых в агрессивных средах и коррозионно-опасных условиях, составляет 30-35% от общего числа аварий (рис. 2).
Рис. 2. Анализ аварийности производственных зданий и сооружений (по пятилетним периодам)
Длительность эксплуатации зданий и сооружений, физический износ строительных конструкций в условиях агрессивных сред, нарастание аварий зданий сооружений заставляют рассматривать условия их эксплуатации как весьма опасные (рис. 3).
Для обозначения специфики работы конструкций искомых зданий и сооружений можно ввести в лингвистический арсенал строительной науки понятие «коррозионно-опасные условия».
Рис. 3. Число аварий, происшедших на территории РФ за период 1995-1999 гг.
Понятие «агрессивная среда» вполне конкретно с точки зрения теории вероятности «достоверное событие». Она (агрессивная среда) нормируется СНиП 2.03.11-85; под это понятие разработаны межремонтные сроки; ВСН 214-89 определяет методы защиты строительных конструкций от коррозии для тех или иных сред. Но всё это разработано для нового строительства, чтобы обеспечить нормативные сроки службы зданий или сооружений. Нормативная документация для антикоррозионной защиты зданий и сооружений, длительное время эксплуатируемых в агрессивных средах или в настоящее время в коррозионно-опасных условиях, практически отсутствует.
«Коррозионно-опасные условия» – это случайный стационарный процесс, обусловленный неизбежными ошибками стратегии проектирования и реализуемый на известном временном интервале. Согласно отчёту института Госхимпроект, шифр 2372 от 1982(4) года, составленному по заданию Госстроя СССР, разрушающему воздействию атмосферных, гидрогеологических, температурно-влажностных климатических условий, созданных, побочно, производственными процессами и не предусмотренных проектами (в разное время) подвергается от 15 до 75% зданий и сооружений. Например, приведём состояние строительных конструкций здания цеха №7 Новомосковского комбината «Оргсинтез» в 2002 году (рис. 4-7).
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
На представленных фотографиях очевидно, что антикоррозионная защита выполнена. Тем не менее, коррозионные разрушения катастрофически прогрессируют. Грунты основания фундаментов подвержены воздействиям серной кислоты вследствие многолетних протечек через химстойкие полы. Восстановление защиты производилось в межремонтные сроки. Однако воздействия кислоты на грунты не учитывались, покуда кислота не «разъела» фундаменты и не «просели» ёмкости с производственными растворами, а пучение грунтов не вскрыло полы. На рис.7 представлен механизм образования кристаллов гидросульфоалюмината, молекулы которого в 31 раз превышают молекулы алюминатов в составе глинистых грунтов [5].
На Бийском олеумном заводе колонны здания склада кислот вследствие солянокислого пучения грунтов поднялись на 80-120 см. В то же время нормирование агрессивных сред по отношению к грунтам основания фундаментов отсутствует.
Рис. 8
На рис.8 изображено обрушение балки покрытия серии ПК 01-05 на складе сыпучих материалов Кондопожского ЦБК вследствие межкристаллитной коррозии сварных швов в стыках пакета арматуры при многолетних протечках кровли.
На рис.9-11 изображены проломы и провалы в железобетонных плитах покрытия типа ПНС здания котельной Архангельского ЦБК в результате потери прочности бетона под воздействием мороза и воды. Многократное циклическое замораживание-оттаивание вызвало деструкцию структуры бетона.
Рис. 9
Рис. 10
Рис. 11
На рис. 12-15 изображена раздвижка стеновых панелей здания цеха №7 Новомосковского комбината «Оргсинтез» вследствие деформации каркаса здания при деконсолидации грунтов основания фундаментов, а также отрыв некоторых панелей от колонн каркаса.
Рис. 12
Рис. 13
Рис. 14
Рис. 15
На рис. 16-19 изображено проседание вертикальных ёмкостей совместно с химстойкими полами вследствие коррозионного разрушения бетонного фундамента под воздействием кислоты H2SO4.
Заметим, что «коррозионно-опасные условия» отличаются от «агрессивных сред» непрерывностью процессов коррозии, которые при выполненной антикоррозионной защите временно прерываются до момента разрушения защиты.
Рис. 16
Рис. 17
Рис. 18
Рис. 19
Непрерывность процессов коррозии во времени обуславливает:
– во-первых, непрерывное снижение несущей способности несущих конструкций;
– во-вторых, постоянные изменения физико-технических свойств конструкционных материалов.
Следовательно, при экспертизе и инженерном обследовании строительных конструкций при непрерывном воздействии агрессивной среды объект обследования необходимо рассматривать как кинематическую модель.
3. Скорость изменения физико-технических свойств конструкционных материалов (прочности, твёрдости плотности, морозостойкости, пластичности) [6].
Учитывая специфику работы строительных конструкций в коррозионно-опасных условиях, экспертиза и обследование зданий и сооружений должны базироваться на шести рабочих моментах:
1-й рабочий момент – оценка степени агрессивности среды эксплуатации по отношению к конструкционным материалам и конструкциям;
2-й рабочий момент – определение вида и степени коррозии конструкционных материалов;
3-й рабочий момент – оценка физико-химических структурных изменений конструкционного материала (прочности, весовой влажности, плотности, пористости, однородности) в условиях воздействия агрессивных сред;
4-й рабочий момент – определение скорости снижения несущей способности несущих конструкций, сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций под воздействием агрессивных сред;
5-й рабочий момент – оценка совместной работы конструкций антикоррозионной защиты с несущими и ограждающими конструкциями в условиях агрессивных сред;
6-й рабочий момент – прогнозирование остаточного срока службы объекта обследования в условиях агрессивных сред.
Нормировать агрессивные среды по СНиП 2.03.11-85 при экспертизе зданий и сооружений, а также при инженерных обследованиях не представляется возможным, т.к. СНиП ориентирован исключительно на новое строительство. К тому же некоторые нормы СНиП 2.03.11-85 при экспертизе зданий и сооружений приводят к значительным ошибкам. В руководящих документах Госгортехнадзора ПБ 03-246-98 и РД 22-01.97 упоминание о нормировании агрессивных сред вообще отсутствует, а сроки между обследованиями никак не увязаны с их состоянием.
В то же время распространение агрессивных сред, обусловленных техногенными процессами, приобретает глобальное значение.
Поэтому предлагается следующий алгоритм оценки степени агрессивности среды:
- Год постройки обследуемого объекта – определение общего числа переходов обследуемых конструкций через 0°С.
- Определение характеристик климатического района расположения объектов – главное: возможность миграции влаги через ограждающие конструкции в теплый и холодный периоды.
- Характеристики внутренней среды эксплуатации обследуемых конструкций: te, ф, р, химический состав газовоздушной среды и распределение их по объему.
- Оценка конструктивной схемы здания по условиям эксплуатации, анализ объемно-планировочных решений, расположения и определения расстояний от источника выброса агрессивных составляющих от ограждающих конструкций, вычисление соотношений между объемами здания и выбросов агрессивных реагентов.
- Определение характеристик конструкционных материалов ограждающих конструкций при помощи неразрушающего контроля.
- Теплотехнический расчет с определением «точки росы» в соответствии с СП 23-101-2000.
- Классификация степени агрессивности среды с учетом климатических условий.
Крайне сложная ситуация с оценкой степени агрессивности условий по отношению к грунтам основания фундаментов. Выше иллюстрированы результаты коррозии грунтов. И при этом нет ни одного регламентирующего документа. Процессы же коррозии грунтов основания фундаментов принимают повсеместный характер и создают угрозу даже для нового строительства, некоторые высотные здания устраиваются на грунтах, пропитанных нефтепродуктами.
Коррозия грунтов весьма разнообразна: химическая, физико-химическая, маслянистая, биокоррозия. Рассмотрим воздействие агрессивных жидких сред на некоторые грунты основания фундаментов:
Таким образом, величины осадки грунтов различаются почти в 3 раза.
Кроме того, под подстилающим слоем пола, вследствие просадки отмечено образование пазухов.
Иллюстрация воздействия агрессивных сред на грунты подтверждает актуальность вопроса нормирования агрессивных сред по отношению к грунтам. В некоторых работах прямо отмечается, что жидкие среды по отношению к грунтам могут быть агрессивными. Однако анализ нормативной документации, относящейся к грунтам основания фундаментов (СНиП 2.02.01-83*, СНиП 2.01.15 -90, СНиП 2.01.09-91, СНиП 22-01-95) указывает на практическое отсутствие нормирования агрессивных сред.
Необходимо также отметить глобальный характер проблемы, т.к. подтопление грунтов основания техногенными растворами отмечается во всех промышленных районах РФ. В то же время в СНиП 22-01-95 зоны грунтов с опасными агрессивными средами даже не отмечены.
Учитывая отсутствие норм, агрессивность жидких сред по отношению к грунтам основания, при экспертизе зданий и сооружений, эксплуатируемых в коррозийно-опасных условиях по крайней мере временно рекомендуется оценивать по следующей таблице:
В заключение можно сделать следующие выводы:
1. Агрессивная среда эксплуатации для зданий и сооружений, выработавших в условиях воздействия коррозии нормативный срок службы, может быть классифицирована как «коррозионно-опасные условия».
2. На основе шести рабочих моментов, изложенных в статье, предлагается разработать единую методику экспертизы зданий и сооружений, эксплуатируемых в коррозионно-опасных условиях.
3. Агрессивность газовоздушных сред по отношению к ограждающим конструкциям зданий и сооружений, эксплуатируемых в коррозионно-опасных условиях, в дополнение к СНиП 2.03.11-85, нормировать по таблицам 1 и 2 согласно предложенному алгоритму.
4. Агрессивность жидких сред по отношению к грунтам основания фундаментов при экспертизе зданий и сооружений, эксплуатируемых в коррозионно-опасных условиях, временно рекомендуется оценивать согласно таблице 3.
5. Внести в приложение №1 к закону №116-ФЗ в следующей редакции, пункт «6) строительные конструкции эксплуатируются в коррозионно-опасных условиях».
Библиографический список
- Луговской Л.Н., Татерков С.Г. Проблема сохранения и долговечности зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред. Российская академия архитектуры и строительных наук, Академ Центр, Сборник докладов региональной научно-практической конференции, 1999.
- Руководство по определению экономической эффективности повышения качества и долговечности строительных конструкций. НИИНСБ Госстрой СССР». – М.; Стройиздат, 1981.
- Луговской Л.Н. Нормирование агрессивных сред при экспертизе зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред. Сборник докладов ОАО «ГИПРОГАЗООЧИСТКА». – М., 2004.
- Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Госиздат, физмат литература. – М., 1952г.
- Состояние строительных конструкций зданий и сооружений промышленных объектов, эксплуатирующихся в условиях агрессивных сред по результатам обследования институтом «Промтехзащита» за период 1981-1991 гг., Госстрой СССР, дог. № 29114, 1992.