Довговічність будматеріалів і виробів в конструкціях
Довговічність - комплексне властивість, кількісно виражається тривалістю ефективного опору матеріалу всьому комплексу впливів в експлуатаційний період роботи до відповідного критичного рівня.
Незалежно від способу оцінки - зі зміни властивостей або відхиленню структурних параметрів від оптимальних - повний період довговічності починається від укладання матеріалу в конструкцію до гранично допустимого (критичного) рівня, відповідного зміни властивостей або структури.
Весь період довговічності можна розділити на три тимчасових етапи. Перший етап експлуатації характеризується зміцненням структури або поліпшенням показників властивостей; другий - їх відносною стабільністю; третій - деструкцією, т. е. повільним або швидким порушенням структури аж до її критичного стану або навіть до повного руйнування. У окремих матеріалів той чи інший етап в періоді експлуатації (довговічності) може бути відсутнім.
Перший етап має місце в матеріалах за участю в'яжучих речовин, і перш за все цементу. Сутність зміцнення структури на першому етапі довговічності полягає в тому, що під впливом зовнішнього середовища, навантажень і інших чинників в експлуатаційний період в матеріалі, особливо в в'язкої частини, а також в контактних зонах, виникають нові і з часом укрупнюються вторинні структурні центри. Спільно з виниклими на ранній стадії структуроутворення вони беруть участь в додатковому процесі ущільнення структури зі збільшенням вмісту цементуючого речовини. Наприклад, цементний мінерал білить продовжує «віддавати» свою терпку потенцію протягом двох і більше років, обганяючи навіть Аліто. Крім того, і сам Аліто продовжує робити внесок в підвищення міцності з часом. В результаті спостерігаються не тільки зміцнення структури і зростання міцності матеріалу по відношенню до механічних навантажень, але і поліпшення деяких інших його властивостей.
У той же час для випалювальних матеріалів, наприклад керамічної цегли, перший етап довговічності буде відсутній, так як процеси зміцнення структури повністю припинені.
Другий етап - стабілізація структури - характеризується порівняно незмінною концентрацією структурних елементів в одиниці об'єму матеріалу і відносною сталістю показників властивостей. Рівень цих показників може коливатися за рахунок спільних процесів зміцнення і деструкції.
Третій етап довговічності - деструкція - найтиповіший процес експлуатаційного періоду. Він може початися з першого ж етапу експлуатації конструкції, але може слідувати також за зміцненням і стабілізацією структури.
Наведені етапи довговічності матеріалу є досить умовними. Обумовлено це точністю методів дослідження і апаратури для стеження за зміною структурних характеристик і властивостей матеріалу в період експлуатації в конструкції. Тому у деяких матеріалів перший або другий етап може бути відсутнім.
Під час всіх технологічних переділів і в експлуатаційний період в контактних зонах структурних компонентів конгломерату йдуть процеси мікроруйнування. Як показано в розділі 2, існує загальна тенденція поступового переходу спочатку енергетично стійких структур матеріалів на більш низький енергетичний рівень їх структурної міцності. При цьому звільняються атоми кисню і інші, утворюються нові хімічні сполуки, стійкість яких часто набагато менша первісних. Це веде до порушення структури, розриву її суцільності, а в підсумку - до деструкції матеріалу, що супроводжується зниженням його міцності.
Із зазначеного можна зробити висновок, що в структурі матеріалу повинен дотримуватися баланс сил. Поки він є, матеріал зберігає свої властивості, при зниженні його до критичного рівня матеріал руйнується через старіння, втоми і т. Д.
Теоретичними дослідженнями і багаторічним практичним досвідом для всіх матеріалів визначені критичні рівні характеристик структури і властивостей, перехід за межі яких пов'язаний з інтенсивним руйнуванням матеріалу або терміновим капітальним ремонтом конструкції.
При виборі критичних рівнів ключових показників властивостей орієнтуються на вимоги діючих стандартів і будівельних норм. У них вказані чисельні показники технічних властивостей матеріалу і допустимі межі їх зміни в експлуатаційний період. Для більшості матеріалів зазвичай вказуються кілька ключових показників властивостей або структурних характеристик і їх граничний рівень зміни. При цьому вельми важливо, щоб з вдосконаленням технології виробництва спостерігалося всемірне збільшення періоду часу до моменту, коли ключовий показник (група показників) виявиться на рівні допустимого зміни. Відповідний період часу характеризує довговічність матеріалу, оскільки подальша експлуатація конструкції буде неприпустимою без проведення ремонту.
Серед типових експлуатаційних факторів, що, як правило, негативний вплив на стан будівельних конструкцій і матеріалів, можна виділити: вплив зовнішніх навантажень, а також маси матеріалу і конструкцій; температурні впливу; дії газового і водного середовища, що містить різні домішки; впливу кислот, лугів і сольових розчинів; кліматичні, до яких, крім згаданих вище факторів, відносяться також сонячна радіація, вітер і вологість повітря, продукти життєдіяльності мікроорганізмів.
У реальних умовах на конструкцію або її матеріал впливає комплекс з двох або більшої кількості експлуатаційних факторів. Спільний вплив активних середовищ і механічної напруги призводить до інтенсифікації корозійних процесів. Відзначимо, що різного виду природними і виробничими середовищами пошкоджується від 15 до 75% всіх будівельних конструкцій будівель і споруд.