ОСОБЕННОСТИ ОБСЛЕДОВАНИЯ ЗДАНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЕЛЬНЫХ

Большой опыт обследования зданий промышленных котельных, приобретенный специалистами нашей организации, позволяет говорить, что для этих объектов характерны общие дефекты, проистекающие из их назначения, особенностей конструкции и эксплуатации. Работающие в настоящий момент котельные, подлежащие экспертизе промышленной безопасности, как правило, строились в шестидесятых-восьмидесятых годах прошлого века. На них распространялись требования СНиП II-Г.9-65 «Котельные установки. Нормы проектирования», СН 350-66 «Указания по проектированию котельных установок» и сменившие их СНиП II-35- 76 «Котельные установки. Нормы проектирования». В настоящее время действует СП 89.13330.2012 «Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76». Данный свод правил не имеет обратного действия и не может применяться в контрольном порядке для построенных котельных и котельных, строительство которых начато в период не менее одного года после ввода в действие настоящего свода правил по проектной документации, разработанной в соответствии с указаниями ранее действовавшего СНиП II-35-76.

Эти нормы и правила соблюдались при проектировании новых и реконструкции котельных с паровыми, водогрейными и пароводогрейными котлами, независимо от производительности, с давлением пара не более 4,0МПа и с температурой воды не более 2000С.

Котельные по назначению распределяются на: отопительные – для обеспечения теплом систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения; отопительно-производственные – для обеспечения теплом систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и для технологического теплоснабжения; производственные – для технологического теплоснабжения.

Промышленные котельные обычно отдельно стоящие, хотя встречаются и пристроенные. Для котлов с давлением пара до 0,07МПа и температурой нагрева воды до 1150С, обычно применяются пристроенные или встроенные в здания другого назначения.

На котлы, устанавливаемые в котельных, распространялись «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов», утвержденные Госгортехнадзором (Ростехнадзором), которые в настоящее время заменены ФНП «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением», а так же «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 388К (1150С)», утвержденные Минстроем России.

Объемно-планировочные и конструктивные решения, использованные при проектировании и сооружении котельных должны соответствовать не только требованиям СНиП «Котельные установки», но и нормам и правилам по проектированию производственных зданий, административных и бытовых зданий, сооружений промышленных предприятий. При обследовании встроенных и  пристроенных  котельных следует  учитывать требования строительных норм и правил тех зданий и сооружений, для теплоснабжения которых они предназначены.

Как показывает наш опыт, наиболее опасные дефекты, возникающие в зданиях котельных, чаще всего связаны с недостатками эксплуатации. Часто причиной проблем становятся реконструкции или расширения, выполненные либо по неудачным проектам, либо низкоквалифицированными строителями. Желая сэкономить, владельцы котельных иногда отказываются от заключения договора со строительными организациями и привлекают бригады, работающие по «свободному» найму.

Пожалуй, наиболее подвержена образованию дефектов крыша котельной. Если дефекты колонн и ферм встречаются намного реже и очень часто тоже связаны с состоянием кровли, то крыша всегда является «слабым» местом.

Кровля котельных выполняется мягкой. На ее углублениях постоянно застаивается вода, которая при замерзании разрывает водоизоляционный ковер. При очистке кровли от снега и ремонтах, которые обычно выполняются силами персонала владельца, дефектов только прибавляется. Остановить этот процесс при наших климатических условиях практически невозможно.

На Рисунке 1 хорошо видны дефекты гидроизоляционного слоя. Через разрывы вода проникает к цементной стяжке и увлажняет ее, разрушая при переменном замерзании и оттаивании, затем попадая в утеплитель. К этому процессу добавляется и другой. При плохо заделанных швах между плитами через щели постоянно проникает теплый воздух, а в случае работающей котельной можно говорить и о горячем воздухе.

Через разрывы вода проникает к цементной стяжке и увлажняет ее, разрушая при переменном замерзании и оттаивании, затем попадая в утеплитель. К этому процессу добавляется и другой. При плохо заделанных швах между плитами через щели постоянно проникает теплый воздух, а в случае работающей котельной можно говорить и о горячем воздухе. В результате происходит конденсация и появление воды под гидроизоляцией и замачивание утеплителя. Все это приводит к тому, что кровля промерзает и бетон плит подвергается морозному разрушению с последующим обнажением и коррозией арматуры. На Рисунке 2 представлены последствия разрушения гидроизоляционного слоя (съемка велась с внутренней стороны здания): намокание, шелушение защитного слоя бетона плит покрытия. Выпадение раствора из швов между плитами покрытия и между плитами покрытия и стеновыми панелями с внутренней стороны. Проникая дальше, вода замачивает колонны и фермы сооружения, постепенно разрушая их.

На Рисунке 3 показаны результаты такого постепенного проникновения влаги в конструкции котельной.

Разрушение прогона вызвало необходимость его усиления, показанное на Рисунке 4.

В случае кирпичной кладки стен так же можно отметить некоторые характерные дефекты. Длительное время эксплуатации, происходящая осадка фундамента, атмосферные осадки, все это влияет на состояние кирпичных стен. Появляются трещины, кирпич разрушается, выпадает. На прочность каменной кладки сильно влияет сцепление кирпича с раствором. В жаркую и сухую погоду кирпич интенсивно отсасывает из раствора цементное молоко. Это снижает прочность раствора и утрачивается сцепление. Чтобы избежать этого, кирпич необходимо предварительно смачивать, а свежеуложенную кладку увлажнять. Этим часто пренебрегают. При обследовании такие места хорошо заметны по большой площади выпавших кирпичей и раствора (см. Рисунок 5).

Отметим еще несколько наиболее распространенных дефектов, встречающихся при обследовании зданий. При перегрузке нормальных сечений балок и плит появляются поперечные (продольные) трещины и прогибы в середине пролета. В нормах проектирования максимально допустимая ширина продолжительного раскрытия трещины для конструкций, эксплуатируемых в обычных условиях, принята равной 0,3 мм. Однако, в технической литературе отмечается, что указанная ширина допустима для арматуры класса А-IV (А-500), для более высоких классов она уменьшается до 0,2 и даже 0,1 мм. Для «сильно» армированных конструкций, опасна и небольшая ширина раскрытия. Симптомами перегрузки опорных участков балок и плит являются наклонные трещины в этих участках. Для тавровых и двутавровых балок это может являться признаком раздавливания бетона от сжимающих напряжений. Особенно опасно, когда такие трещины возникают в результате выдергивания рабочей арматуры из- за слабой анкеровки. Такое состояние наиболее опасно и требует немедленного усиления. Перегрузку ферм можно диагностировать по появлению трещин с заметным раскрытием в нижнем поясе и заметным (хотя и небольшим) провисанием нижнего пояса. Если наблюдается шелушение и отслоение бетона в верхнем поясе и сжатых раскосах, то это свидетельствует об аварийном состоянии конструкции. Усадочные напряжения в бетоне, вызванные недостаточным защитным слоем или неправильно подобранный состав бетона могут привести к появлению усадочных трещин вдоль растянутой рабочей арматуры железобетонных элементов. Их главная опасность в том, что через них проникает агрессивная среда корродирующая арматуру. Иногда наоборот, коррозия арматуры из-за блуждающих токов или агрессивных добавок в бетон может вызвать такие трещины. В восьмидесятые годы отказались от центрирующих прокладок и анкерных болтов в колоннах, а опорные закладные детали балок и ферм стали приваривать к закладным деталям колонн. При этом возникает частичное защемление стропильных конструкций на опорах и возникает опорный момент отрицательного знака. В сочетании с другими факторами это может привести к образованию вертикальных трещин вблизи торцов балок и ферм, что становится опасным, если опорные участки балок или ферм выполнены с дефектом, в этом случае трещины приобретают опасное развитие, которое может привести к обрушению крайних плит.

Все выше перечисленное, лишь часть из всего многообразия дефектов, которые могут возникнуть в строительных конструкциях. Как видим, все они характеризуются появлением трещин.

В практике проведения технического диагностирования приходится сталкиваться с наличием таких трещин, которые могут долго находиться в конструкции, не проявляя тенденции к росту и будучи стабильными. Это объясняется пластическими свойствами материала.

Механика разрушения предлагает энергетический подход к решению задачи об устойчивости трещины. Согласно ему, для продвижения острия трещины необходимо разрушить внутренние связи, для чего должна быть затрачена работа, которая в пластине с фиксированными закреплениями может быть затрачена лишь силами упругости. Вводится понятие критического коэффициента интенсивности напряжений КIС. Значение КIС, при котором возможно малое продвижение трещины, поскольку высвобождаемая энергия деформации у конца трещины равна требуемой работе разрушения, называется критическим коэффициентом интенсивности напряжений.

Коэффициент КIС выражает способность материала к сопротивлению росту трещин и иногда называется вязкостью разрушения. Чем больше КIС, тем выше трещиностойкость материала. Величины КIС определяются экспериментально в соответствии с ГОСТами (см. ГОСТ 25.506-85 Расчет и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении). Условие устойчивости трещины записывается в виде неравенства КI ≤ КIС, где КI – коэффициент интенсивности напряжений у острия трещины в рассматриваемом элементе конструкции. Связь между критическим напряжением σкр и критическим размером трещины lкр выражается формулой Гриффитса:

Кривая σкр=f(lкр) называется кривой критического разрушения (Рисунок 6).

Если при данной длине трещины l=l0 и напряжении σ= σ0 соответствующая точка А0(l0, σ0) лежит ниже кривой критического разрушения, то рост трещины энергетически невозможен. Как только трещина подросла до l+∆l0 (это может произойти за счет коррозии или циклического во времени нагружения конструкции), а напряжения возросли до σ+∆σ0 и точка А0 перешла в положение А, так трещина становится неустойчивой. Малейшее ее продвижение приводит к  выделению энергии деформации большей, чем  требуется на работу разрушения, вследствие чего быстро формируется динамический процесс распространения трещины. Выделение энергии деформации в короткий промежуток времени создает впечатление взрывоподобного разрушения.

Такое плохо прогнозируемое поведение трещин, трудность с определением скорости их развития и размеров, а так же их влиянием на элементы конструкций, делают трещины очень опасными. Их обнаружению при обследованиях уделяется большое внимание, а после этого, ставится вопрос об их заделке, а в случаях представляющих потенциальную опасность либо об усилении, либо о замене элементов конструкций.

Для безопасной эксплуатации зданий необходимо постоянно следить за их состоянием, вовремя проводить плановые ремонты, обнаруживать появление дефектов и принимать меры к их ликвидации. Только налаженный надзор за состоянием зданий и регулярные обследования, проводимые специализированными организациями, помогают избежать многих инцидентов и аварий на котельных.

 

Список литературы

1.     Справочная       нормативная       система       NormaCS.       Лицензия        41456/NCS-2013       выдана       ООО «ЭкспертСервисПроект», г. Уфа.

2.     СНиП     II-35-76    «Котельные    установки.    Нормы     проектирования».     Утверждены     постановлением Государственного комитета Совета Министров СССР по делам строительства от 31.12.1976 г. № 229.

3.     СП 89.13330.2012 «Котельные установки. Актуализированная редакция СНиП II-35-76». Утвержден приказом Министерства регионального развития РФ от 30.06.2012 г. № 281.

4.     СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. Утверждены Приказом Министерства регионального развития РФ от 29.12.2011 г. № 635/8.

5.     ГОСТ Р 54257-2010 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения по расчету». – М.: Фед. агентство по техническому регулированию и метрологии, 2010.

6.     ГОСТ 25.506-85 Расчет и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Определение характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. – М.: Госстандарт СССР, 1985. Ограничение срока снято протокол № 5-94МГС от 17.05.94 (ИУС-№11-94).

7.     Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. – М.: Наука, 1974.