Проблемы обеспечения долговечности зданий и сооружений.

Проблемы обеспечения долговечности зданий и сооружений.

Долговечность зданий и сооружений стала главным фактором, определяющим качество строения, ещё до того, как на Земле был построен первый дом. При выборе пещер первобытные люди обращали внимание, прежде всего, на надёжность сводов пещеры. Для осёдлых племён строительство  примитивных шалашей, укрытий и ограждений уже требовало строительных знаний и навыков, суть которых сводилась к обеспечению надёжности и долговечности сооружений. Впрочем, и для кочевников надёжность и долговечность «временных зданий и сооружений» – юрт, вигвамов и т.п. были определяющими требованиям к «сборно-разборным конструкциям».

С развитием человека развивалось и строительное дело. Ещё задолго до Рождества Христова люди научились не только строить жильё из дерева и камня, но и возводили величественные строения культового и общественного назначения.

До наших дней сохранились  грандиозный Колизей (I в. н.э) и величественный Пантеон (I I в. н.э) в Риме (фото 1-2). Сохранились и многие другие древние памятники архитектуры и если бы не разрушительные войны до наших дней  дожили бы многие здания и сооружения, которые строили древние мастера.

А в наше время, когда наука знает практически всё о долговечности строительных материалов, строительных конструкций, инженерных сетей достаточно часто случается, что здания разрушаются ещё до их сдачи в эксплуатацию или в период, который на много короче расчётного срока службы здания или сооружения. Перечисление строительных катастроф случившихся уже в 21 веке займёт много места. Отметим лишь, что значительная часть из них была обусловлена не природными катаклизмами, а ошибками проектирования, нарушением строительных технологий и требований правил эксплуатации зданий и сооружений.

Протечки кровли является одной из очевидных причин повреждения зданий. В первую очередь от этого страдают жители верхних этажей. Если своевременно не устранить причину протечки, то вода может проникнуть и на другие этажи. В приложении В ГОСТ Р 51617-2000 указан предельный срок устранения протечки кровли – 1 сутки (!). Автору известны случаи, когда после пожара выгоревший участок крыши не восстанавливался в течение нескольких месяцев. При этом, ниже расположенные квартиры не были расселены, а вовремя дождей протечки достигали подвала.

Но сейчас речь идёт не об ответственности соответствующих служб перед жильцами. Замачивание всех строительных конструкций в течение  нескольких месяцев привело к тому, что и стены и перекрытия набрали в себя влаги в соответствии со своими свойствами по водопоглащению. После того, как кровля была восстановлена  влага в стенах  и перекрытиях привела к возникновению обширных очагов биопоражения (фото 3). Биодеструкторы (грибы, бактерии) активно развивались как на поверхности строительных конструкций, так и внутри них, в том числе на балках межэтажных перекрытий.

Микроорганизмы повреждают не только поверхностные отделочные слои, но и ослабляют несущую способность конструкций. Разрушению подвергаются не только деревянные балки перекрытий, но и стальные балки.  На фото 4 показано состояние стальных балок перекрытий после демонтажа заполнения перекрытия. Часть балок практически полностью разрушены коррозией, это именно  балки той части перекрытия, которая была замочена в результате тушения пожара несколько лет тому назад.

В принципе аналогичная ситуация складывается и после длительной протечки кровли. Отметим, что на тех участках, где перекрытия не были намочены, состояние стальных балок характеризовалось как работоспособное.      Намокание несущих стен, так же, приводит к ускоренному разрушению балок в местах их опирания на стены.

На фото 5  показана балка, которая была демонтирована и подвергнута пескоструйной очистке. Измерения толщины стенки этой балки показало, что толщина коррозионного  слоя составила 30% от толщины стенки балки.  Причиной коррозии этой балки было многолетнее намокание кирпичной кладки несущей стены из-за повреждения кровельного свеса.

Физическое разрушение кровельного окрытия, повреждение примыканий — наиболее распространенные причины протечек. Большой выбор современных технологий и кровельных материалов позволяет легко найти эффективный способ ликвидации этого типа протечек. Мы не ставим перед собой цель рассмотреть все виды кровель, а обсудим наиболее распространенные виды и типичные ошибки при их ремонте и эксплуатации. Более подробно этот вопрос рассмотрен в книге под редакцией М.Д. Бойко «Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений» (Справочное пособие), М. «Стройиздат»,1993.

При ремонте мягкой рулонной кровли, обычно в целях экономии средств, ограничиваются нанесением еще одного или нескольких слоев рулонных материалов поверх старого. При этом вода, находящаяся в утеплителе и между слоями предыдущего покрытия, не удаляется. В результате пар, образующийся в теплую погоду, со временем разрывает новые слои рулонного материала, и протечки возникают вновь. Если этого не происходит благодаря высоким прочностным характеристика современных кровельных рулонных материалов, то со временем, во влажных слоях могут развиться колонии микроорганизмов, которые будут способны разрушить и утеплитель, и рулонное покрытие, и даже  повредить несущее перекрытия.

Чаще всего, по тем или иным причинам (например, дождливое лето), полный ремонт кровли (с восстановлением пароизоляции, заменой или просушкой утеплителя и т.д.) не представляется возможным. В этом случае просушку утеплителя можно осуществить с помощью отдушин. Для этого  необходимо аккуратно пробить рулонный материал и цементную стяжку до утеплителя и установить вентиляционные трубы (типа «флюгарка»). При этом нужно помнить о необходимости качественного выполнения примыкания рулонной кровли к этим дополнительным трубам. Для удаления воды между слоями старого рубероида наиболее эффективен метод спекания старых слоев рубероида, с помощью специальных матов с нагревательными элементами (электрические или газовые). Только после этого следует наносить новое покрытие.

В целом, опираясь на отечественный и зарубежный (Финляндия, Швеция)  опыт, можно сказать, что «плоские» рулонные кровли при их длительной эксплуатации создают слишком много проблем в климатической зоне, в которой находится Санкт-Петербург. В Санкт-Петербурге температура воздуха проходит через 0°С более 60 раз (!) в году. Такая метеорологическая нагрузка исключительно высока для любых строительных материалов.  Следует здесь напомнить, что это «экономное» техническое решение обустройства кровель пришло к нам из США вместе с панельными домами. Если не учитывать Аляску, то территория США находиться южнее Волгограда. Из этого следует, что далеко не все строительные материалы, технические решения и технологии следует перенимать у лидера строительной индустрии.

Во многих зданиях, имеющих металлические скатные кровли во вполне удовлетворительном состоянии, каждую весну все же происходят сильные протечки. Это связано, прежде всего,  с  нарушением температурно-влажностного режима чердака. Верхняя подача (розлив) горячей воды системы центрального отопления требует тщательной теплоизоляции труб, которые проходят по чердаку. Теплоизоляция  этих труб весьма часто находится в неудовлетворительном состоянии, что приводит к повышению температуры под кровлей. Повышение температуры воздуха чердачного помещения может быть связано и с недостаточной паро-теплоизоляцией чердачного перекрытия, шахт лифтов и т.п. Кроме того, по разным причинам слуховые окна чердаков порой наглухо закрыты, а вентиляционные продухи (флюгарки) у конька крыши после ремонта крыши, как правило, не восстанавливаются.

В результате, в весенний период, когда значение  относительной  влажности воздуха превышает 90%, а температура воздуха колеблется около 0°С, теплый воздух, поднимающийся к коньку крыши,  повышает  температуру  верхней  части  кровли  на 2-4°С, и этого достаточно для того, чтобы вызвать интенсивное таяние снега. Вода стекает вниз, попадает на холодную часть кровли и превращается в лед, который забивает водосточные трубы, разжелобки и т.д. (фото 6).

Вновь поступающая вода не может уйти через замерзшие водоотводы и в свою очередь замерзает. Талая вода достигает верхнего уровня фальцев и через них протекает вовнутрь чердака. Весенние протечки являются одной из наиболее распространенных причин намокания стен и перекрытий зданий и, соответственно, причиной возникновения очагов биопоражений.  Вода, попавшая в стены, способствует развития микроорганизмов, как на поверхности стены, так и внутри нее.

Грибы и бактерии выделяют различные кислоты, которые разрушают связующий раствор. Если на следующий год весенняя протечка произойдет вновь, то вода начнет вымывать разрушенный связующий раствор, что приводит к  разрушению фасадной  штукатурки, падению кирпичей, лепных элементов (фото 7).

Процесс разрушения усугубляется выветриванием и промерзанием стены и, в конечном счете, ведет к полному ее разрушению. Одновременно с этими процессами идёт интенсивное разрушение деревянных (гниение) и стальных (коррозия) балок чердачного перекрытия в зонах опирания их на несущие стены.

Для предотвращения этих протечек не требуется больших капитальных затрат, но их последствия наносят огромный ущерб зданиям.

Эти не сложные мероприятия практически исключат образование конденсата на внутренней поверхности кровельного окрытия, который в большинстве случаев является причиной биопоражения деревянных обрешётки и стропильной системы (фото 10).

Кроме того, эти несложные мероприятия значительно уменьшат процесс образования сосулек, что позволит экономить средства на ежегодное скалывание льда с крыш. Сам процесс скалывания с крыш льда, как правило, сопровождается порчей кровельного покрытия (фото 11).

Как видно из приведённых выше рассуждений, состояние крыш оказывает существенное влияние на долговечность зданий. Не менее существенное влияние на долговечность зданий оказывает состояние фундаментов, цокольной части зданий, подвалов и подпольев.  Наши предшественники, которые создавали архитектурный шедевр Санкт-Петербург, прекрасно об этом знали и предпринимали соответствующие меры. Автор этих строк помнит времена, когда город отапливался дровами. В те годы большинство подвалов было сухим. В них, как правило, хранили дрова, а во многих подвалах жили люди. А теперь, большинство этих подвалов либо затоплены, либо настолько сырые, что эксплуатировать их в каких либо целях не представляется возможным.

Уровень грунтовых вод прежде всего определяется глубиной залегания водоупорных слоёв грунта, а также режимом выпадения осадков. Очевидно, что за прошедшие 300 лет ни то, ни другое не изменилось.   По  строительным уложениям XVIII- XIX веков чёрный пол в подвале устраивался на 40 см выше максимального уровня грунтовых вод. Трамбованная глина, которая укладывалась под чёрным полом, была отличной влагозащитой. (В данном случае не рассматриваются здания, в которых заглубление пола подвалах было ниже УГВ.  В этих случаях выполнялся «глиняный замок»). В подвалах был обеспечен должный обмен воздуха, и, даже, вентиляция стен. В случае необходимости подвалы имели отопление.  Наши предшественники уделяли серьезное внимание состоянию этого элемента здания. Так, что же произошло?

Если утечки из изношенных сетей водоснабжения носят аварийный характер, то подтопление подвалов  водой из траншей всех видов подземных коммуникаций приняли постоянны характер. Действительно, при прокладке подземных коммуникаций плотность грунта обратной засыпки в траншее получается существенно ниже плотности берегов. В результате эти траншеи становятся дренажными канавами, с той лишь  разницей, что уклон этих канав произвольный. В результате талые и дождевые воды дренируют по этим траншеям и начинают скапливаться в наиболее низких точках, образуя подземные озёра, которые создают подпор на стены домов. Очень часто эти озёра образуются в культурном слое, т.е.  выше верхнего обреза фундамента, а, следовательно, выше уровня горизонтальной и вертикальной гидроизоляции. Это приводит к намоканию кирпичных стен и к поступлению воды в подвал. Естественно, если место ввода коммуникации в стенку подвала не качественно зачеканено, то вода поступает в подвал и через эти узлы (фото 13). Аналогичная ситуация складывается, если стена фундамента пробита корнями деревьев (фото 14).

За последние 60-70 лет характер подземного пространства города радикально изменилось. К сожалению, авторы этих изменений не учитывали и не учитывают до сих пор влияние этих изменений на близлежащие здания. Особенно большое количество различных коммуникаций проложено на территориях промышленных комплексов. Талые и дождевые воды перемещаются по этим траншеям в направлении уклонов, которые сформировались абсолютно произвольно.   Особенно страдают от этого помещения расположенные ниже уровня грунта.  Изменение гидрологии подземного пространства может приводить, как подмыву оснований зданий и сооружений, так и к образованию плывунов под ними.

Сырые, затопленные подвалы и подполья, повышенная влажность стен в цокольной части здания, обводнение фундаментов и изменение физических свойств грунтов оснований снижают долговечность здания в разы. Сырость несущих стен является не только причиной их биологической и химической коррозии, но и формирования колоний микроорганизмов (грибов и бактерий), которые могут иметь патогенные свойства. Около 50% детей страдающих бронхиальной астмой являются жителями первых и последних этажей. Аналогичную статистику можно проследить и среди взрослых, прежде всего пожилых, людей. Автору этой статьи в октябре-ноябре 2008 года довелось осмотреть около сорока подвалов в Центральном, Адмиралтейском и Петроградских районов Санкт-Петербурга. Осмотр, носил характер предварительного обследования.  Одним из основных результатов этого обследования явилась констатация того, что практически во всех сырых подвалах стальные балки перекрытий между подвалом и первым этажом находятся в недопустимом состоянии (фото 15).

Степень коррозии многих балок столь велика, что полки некоторых балок можно было отломать пальцами рук практически без усилий (!).  Под некоторые балки уже заведены подпорки, но это не решение проблемы, а только отсрочка аварийного обрушения.

Стремление строить как можно быстрее вполне понятна и объяснимо, но есть естественные процессы, которые ускорить очень сложно. И именно таким процессом является удаление построечной влаги из кирпичной кладки. В естественных условиях кирпичная кладка в 2,5-3 кирпича сохнет до нормального значения влажности (2%) в течение 1,5-2 лет. Об этом знают все строители, но сроки строительства этого не предусматривают. Часто приходиться сталкиваться с тем, что сырые стены оштукатуривают толстым (4-6 см) слоем раствора с большим содержанием цемента по металлической сетке с внешней и внутренней стороны. Достаточно быстро этот раствор просыхает, но кирпичная кладка под ним остаётся влажной, поскольку штукатурный раствор имеет очень низкую паропроницаемость.

Вскрытие штукатурки на стене колокольни церкви, которую построили год назад, показало, что поверхностный слой штукатурного раствора имеет влажность ниже допустимого значения, а влажность кирпичной кладки превышает 8% (фото  16). Очевидно, что данное сооружение долго не простоит.   Периодическое промерзание влажного кирпича, солевая коррозия и длительное воздействие на него влаги неизбежно приведёт к его полному разрушению (фото 17).

Проблему удаления построечной влажности изнутри здания часто решают с помощью калориферов и тепловых пушек. Без условно — это лучше, чем ничего. Однако по законам физики горячий воздух стремиться наверх. Верхняя и нижняя часть стены в помещении достаточно интенсивно просыхают, а вот нижняя (10-20 см от пола), как правило, остаётся влажной. В результате по низам проступают высолы, а если использовались штукатурка и краска для сухих помещений (без специальных биоцидных добавок), то  вскоре в этих местах начинает развиваться грибок. Устройства сушки помещений сорбционного и конденсационного типа просушивают стены помещений более равномерно и с меньшими затратами энергии, чем тепловые. Однако и в этом случае необходимо контролировать влажность стены именно в нижней части.

Высолы и грибок часто появляются на внутренних стенах первых этажей в зданиях, где нет подвалов, а техническое подполье либо засыпано, либо не вентилируется. Это происходит в результате совместного действия капиллярного эффекта и конденсации влаги на холодной поверхности. Попытки закрыть эти участки кафельной плиткой или мрамором ни к чему не приводят (фото 18,19). Для решения проблемы нужно устранить причины намокания стены, дать ей просохнуть (подробнее см. РВСН 20-01-2006, Санкт-Петербург) и, только после этого, проводить отделочные работы.