Geum.ru
   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям

На правах рукописи

ЖОЛОБОВ Александр Леонидович

ФОРМИРОВАНИЕ КОНКУРЕНТОСПОСОБНЫХ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНО ОПТИМИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО РЕМОНТУ МНОГОСЛОЙНЫХ КРОВЕЛЬ ЗДАНИЙ

05.23.08 - Технология и организация строительства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ростов-на-Дону - 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ростовский государственный строительный университет (ГОУ ВПО РГСУ) и в Федеральном государственном унитарном предприятии Ростовский научно-исследовательский институт коммунального хозяйства (ФГУП РНИИ КХ)

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Зеленцов Леонид Борисович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Бадьин Геннадий Михайлович доктор технических наук, профессор Костюченко Василий Васильевич доктор технических наук, профессор Курочка Павел Николаевич

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный архитектурно- строительный университет (ГОУ ВПО ВолгГАСУ)

Защита состоится 6 ноября 2007 г. на заседании диссертационного совета Д.212.207.02 при ГОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет по адресу: 344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, ауд. 232.

Тел./факс (863) 263-53-E-mail: dissovet2@rgsu.donpac.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Ростовский государственный строительный университет Автореферат разослан __________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук Моргун Любовь Васильевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Наиболее распространенные в нашей стране многослойные кровли из рулонных и мастичных материалов (далее многослойные кровли) не отличаются высокой долговечностью. В процессе эксплуатации они подвергаются различным агрессивным воздействиям, постепенно утрачивают свои первоначальные свойства и уже через несколько лет нуждаются в ремонте или замене. По этой причине ежегодно в России приходится ремонтировать более 200 млн. м2 таких кровель.

Применяемые в практике ремонтно-строительного производства разнообразные методы ремонта многослойных кровель недостаточно эффективны, так как устраняют, как правило, только сами повреждения, а не причины их появления. К тому же многие из этих методов весьма дорогостоящи и трудоемки и практически ни один из них не является одновременно экономичным, надежным, ресурсосберегающим и безопасным.

Выбор наиболее рационального метода ремонта многослойной кровли является достаточно сложной и ответственной задачей, поскольку большая часть дефектов и повреждений водоизоляционного ковра скрыта во внутренних его слоях, а отсутствие объективной и полной информации о техническом состоянии кровли часто вынуждает эксплуатационников и ремонтников выбирать не самые лучшие технологические решения, а также намеренно завышать объемы и, как следствие, стоимость ремонтных работ (для снижения риска появления после ремонта кровли новых протечек).

В последние годы обострилась проблема защиты окружающей среды от загрязнения битумосодержащими отходами, получаемыми в огромных количествах при разборке старых кровель, а также обеспечения пожаробезопасности производства ремонтных работ из-за недопустимости применения при ремонте кровель из горючих материалов наиболее распространенных огневых методов наклейки наплавляемых кровельных материалов.

Таким образом, существует потребность ремонтно-строительного производства в оптимальном применении известных и в разработке новых конкурентоспособных методов ремонта многослойных кровель и оборудования для его осуществления, обеспечивающих при ремонте кровли повышение ее надежности, а также снижение стоимости, трудоемкости и пожароопасности ремонта без загрязнения окружающей среды битумосодержащими отходами. Поэтому тема исследования, направленного на повышение эффективности технологии ремонта многослойных кровель на основе многокритериальной оптимизации технологических решений, является актуальной и представляет научный и практический интерес.

Цель диссертационной работы заключается в развитии научных представлений об общих закономерностях разрушения многослойных кро- вель при эксплуатации зданий и формировании конкурентоспособных многокритериально оптимизированных технологических решений, обеспечивающих устранение и предотвращение повреждений таких кровель при ремонте.

В интересах достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- исследование общих закономерностей разрушения многослойных кровель и систематизация сведений об их дефектах, повреждениях и причинах появления, а также о методах ремонта таких кровель;

- изучение возможности формирования конкурентоспособных технологических решений на основе многокритериальной оптимизации, позволяющей из всего многообразия известных методов ремонта одновременно с учетом условий производства работ и технического состояния ремонтируемой кровли для различных условий ее эксплуатации выбрать лучший вариант технологии (технологическое решение);

- выявление показателей несовершенства у оптимальных технологических решений по устранению повреждений многослойных кровель и формирование новых конкурентоспособных решений, обеспечивающих возможность устранения при ремонте кровли всех видов повреждений при снижении его стоимости, трудоемкости и пожароопасности, а также количества получаемых кровельных отходов (с возможностью их утилизации);

- выявление показателей несовершенства у оптимальных технологических решений по предотвращению повреждений многослойных кровель и формирование новых конкурентоспособных решений, обеспечивающих возможность выполнения при ремонте надежной защиты кровли от повреждений, а также применения неразрушающего контроля качества кровельных работ и оценки технического состояния (диагноза) ремонтируемой кровли;

- осуществление производственной проверки конкурентоспособности предлагаемых технологических решений по ремонту многослойных кровель.

Объект исследования - многослойные кровли и технологические решения по их ремонту.

Предмет исследования - методы и средства повышения эффективности технологических решений по ремонту многослойных кровель.

Методология исследования. Теоретическую и методологическую основу исследования составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области технологии оценки и выбора оптимальных технологических решений в строительстве и ремонтно-строительном производстве.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- выявлены общие закономерности разрушения многослойных кровель, предложена система классификаций их дефектов, повреждений и методов ремонта, определены общие условия допустимости, а также границы области и условия рационального применения технологических решений по ремонту многослойных кровель;

- обоснована совокупность критериев оптимальности и предложен метод формирования конкурентоспособных многокритериально оптимизированных технологических решений по ремонту многослойных кровель, разработан алгоритм автоматизированной системы многокритериальной оптимизации таких решений, доказана целесообразность применения синтеза альтернативных решений для выявления показателей несовершенства оптимальных технологических решений;

- выдвинуты с помощью синтеза альтернативных решений гипотезы о возможности совершенствования оптимальных технологических решений по ремонту многослойных кровель за счет разработки новых более эффективных методов устранения повреждений. В подтверждение истинности гипотез сформированы новые конкурентоспособные технологические решения, обеспечивающие восстановление водонепроницаемости и монолитности водоизоляционного ковра путем его термомеханической обработки с помощью разработанных автором диссертации гибких поверхностных электронагревателей и прикаточного устройства (патенты РФ №№ 2018600, 2060119, 2085675 и 2158810); устранение расслоений в многослойных кровлях (патент РФ № 2260098); ремонт кровельного основания из железобетонных конструкций (патент РФ № 2183713);

- выдвинуты с помощью синтеза альтернативных решений гипотезы о возможности повышения эффективности оптимальных технологических решений по предотвращению повреждений многослойных кровель за счет разработки новых более надежных методов защиты кровель от повреждений и совершенствования методов и средств диагностики ремонтируемых кровель. В подтверждение истинности гипотез сформированы новые конкурентоспособные технологические решения, обеспечивающие предотвращение появления вздутий кровель с помощью воздухопроницаемой стяжки (патенты РФ №№ 2081976 и 2249659); защиту водоотводящих устройств кровель от обледенения с помощью теплопроводных включений, устанавливаемых в утепленном покрытии (патент РФ № 2198273); возможность неразрушающего контроля качества кровельных работ, позволяющего определять толщину ремонтируемой кровли (с помощью дефектоскопа, патент РФ № 2230313), прочность и сплошность приклейки рулонных кровельных материалов (соответственно с помощью камеры разрежения и усовершенствованного радиационного пирометра). Разработаны алгоритмы двух компьютерных программ для автоматизированной обработки и визуализации контролируемых параметров ремонтируемой кровли в виде различных картограмм.

Достоверность научных результатов подтверждается достаточной сходимостью экспериментальных и теоретических данных, их сравнением с результатами других ранее проведенных и получивших признание исследований, проверкой разработанных методов и оборудования в производственных условиях - при ремонте многослойных кровель на многочисленных эксплуатируемых зданиях.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что они:

- включены в утвержденные Ростовским НИИ АКХ нормативнотехнологические документы по ремонту многослойных кровель усовершенствованными методами, в том числе технологические карты, технологический регламент, временные нормы затрат труда и др.;

- используются в опытно-конструкторской работе (во ФГУП РНИИ КХ) при совершенствовании оборудования для ремонта многослойных кровель, а также в учебном процессе (в ГОУ ВПО РГСУ) при подготовке инженеров-строителей и повышении их квалификации;

- доведены до возможности их практической реализации.

Результаты исследования применены при ремонте более 100 тыс. ммногослойных кровель. Изготовлено более 50 комплектов оборудования для термомеханической обработки рулонных и мастичных кровель и более 20 дефектоскопов для выявления в таких кровлях внутренних дефектов и повреждений. Комплект оборудования ПОТОК и дефектоскоп отмечены дипломом IV специализированной выставки Жилищно-коммунальное и дорожное хозяйство, проводившейся в 2003 году в Ростове-на-Дону, а дефектоскоп, кроме того, в 2002 году - дипломом Госстроя России и РОССТРОЙЭКСПО.

На защиту выносятся:

- результаты исследования общих закономерностей разрушения многослойных кровель и классификации возможных дефектов, повреждений, причин их появления и методов устранения; общие условия допустимости, а также границы области и условия рационального применения технологических решений по ремонту многослойных кровель;

- совокупность критериев оптимальности технологических решений по ремонту многослойных кровель, метод формирования конкурентоспособных многокритериально оптимизированных технологических решений, алгоритм автоматизированной системы многокритериальной оптимизации этих решений, метод выявления показателей несовершенства у оптимальных технологических решений;

- новые конкурентоспособные технологические решения, обеспечивающие ликвидацию трудноустранимых повреждений, интенсификацию процессов ремонта при снижении потребности в трудовых и материальнотехнических ресурсах, пожаробезопасность применения технологии и возможность утилизации получаемых кровельных отходов;

- новые конкурентоспособные технологические решения, обеспечивающие защиту многослойных кровель от вздутий, расслоения, трещинообразования и обледенения;

- методы и средства неразрушающего контроля диагностически ценных параметров ремонтируемых кровель, в том числе толщины водоизоляционного ковра, прочности и сплошности приклейки рулонных материалов.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на областной научнотехнической конференции Использование отходов производства в строительной индустрии (Ростов-на-Дону, 1988 г.), научно-практическом семинаре "Совершенствование конструкций и технологии устройства кровельных и изоляционных покрытий" (Санкт-Петербург, 1993 г.), Международном симпозиуме Реконструкция - Санкт-Петербург 2005 (1994 г.), Международной конференции "Эффективные технологии и материалы для стеновых и ограждающих конструкций (Ростов-на-Дону, 1994 г.), 52-й научной конференции в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (1995 г.), Международных научнопрактических конференциях Строительство (Ростов-на-Дону, 1997-2007 гг.), Международной научно-технической конференции РеконструкцияАрхангельскТ99 (1999 г.), научно-практической конференции Проблемы развития атомной энергетики на Дону (Ростов-на-Дону, 2000 г.), Международной научно-практической конференции Бетон и железобетон в третьем тысячелетии (Ростов-на-Дону, 2000 г.), Международной научнопрактической конференции Инновационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений (Новочеркасск, 2001 г.), 2-й конференции Кровля и изоляция для строительных объектов и инженерных коммуникаций (Москва, 2002 г.), Международных научно-технических конференциях Композиционные строительные материалы: теория и практика (Пенза, 2001-2003, 2005 гг.), Международной научно-технической конференции Эффективные строительные конструкции: теория и практика (Пенза, 2003 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 70 печатных работах, в том числе 10 патентах на изобретения, 2 свидетельствах об официальной регистрации программ и баз данных для ЭВМ, 54 статьях и докладах, 1 информационном листке, 1 учебно-справочном пособии. Основные результаты диссертации опубликованы в двух журналах из перечня периодических научных и научно-технических изданий, рекомендованных ВАК Минобразования и науки России (в 3 статьях).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 325 наименований и приложений. Она изложена на 354 страницах, в том числе 62 рисунка, 54 таблицы.

Структура диссертационной работы схематически представлена на рис. 1.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель, задачи, методы, научная новизна и практическая значимость выполненного исследования, представлены сведения об апробации и внедрении полученных результатов в практику ремонтностроительного производства.

В первой главе рассмотрены общие закономерности разрушения многослойных кровель и систематизированы сведения об их дефектах, повреждениях и методах ремонта, определены общие условия допустимости, а также границы области и условия рационального применения технологических решений по ремонту многослойных кровель.

Широко применять многослойные кровли начали в 20-е годы прошлого столетия. Спустя всего несколько десятилетий они заняли ведущее место среди других видов кровель как в промышленном, так и в гражданском строительстве.

С появлением новых кровельных материалов совершенствовались и методы устройства кровель. Так, на смену недолговечным кровлям из дегтевых материалов сначала пришли многослойные рубероидные (в 30-е годы), а затем и мастичные кровли на битумном вяжущем (в 40-е годы).

С целью интенсификации процесса устройства рулонных кровель в 60-е годы стали использовать наплавляемые материалы (с утолщенным нижним покровным слоем), а для повышения долговечности кровель - рулонные материалы на негниющей (стекловолокнистой) основе. В последующие годы в рулонных и мастичных кровлях все чаще стали применять битумнополимерные материалы, а в последние двадцать лет - рулонные кровли с полимерной нетканой основой (из полиэстера).

Систематизация сведений о дефектах, повреждениях и методах ремонта многослойных кровель Выявлена потребность в формировании Доказана необходимость в формироОбоснована необходимость в соверновых конкурентоспособных технологиче- вании новых конкурентоспособных техшенствовании методов выбора оптиских решений, обеспечивающих устране- нологических решений, обеспечивающих мального технологического решения ние повреждений кровель предотвращение повреждений кровель Изучение возможности формирова- Формирование конкурентоспособных Формирование конкурентоспособных технологических решений, обеспечиния конкурентоспособных техноло- технологических решений, обеспечивающих предотвращение повреждегических решений на основе вающих устранение повреждений ний кровель многокритериальной оптимизации кровель Обоснована совокупность критери- Сформированы новые конкурентоспоСформированы новые конкурентоев оптимальности и предложен месобные технологические решения, обеспеспособные технологические решения, тод формирования конкурентоспочивающие устранение повреждений крообеспечивающие предотвращение пособных многокритериально оптимивель, в том числе:

вреждений кровель, в том числе:

зированных технологических решений термомеханический метод и ком методы надежной защиты кровель по ремонту многослойных кровель;

плект оборудования с гибкими электроот вздутий и расслоений, трещинооб разработан алгоритм автоматизи- нагревателями для восстановления воразования и обледенения;

рованной системы многокритериаль- донепроницаемости и монолитности методы и средства неразрушающеной оптимизации таких решений;

кровель с использованием битумных го контроля качества ремонта кров эмульсий;

доказана целесообразность применения ли (с проверкой толщины кровли, синтеза альтернативных решений для методы устранения повреждений кровпрочности и сплошности приклейки русовершенствования оптимальных тех- ли и основания под ней при замене старой лонных материалов).

нологических решений. кровли и устройстве ремонтного слоя.

Производственная проверка конкурентоспособности предлагаемых технологических решений С применением предлагаемых технологических решений только в Ростове-на-Дону отре- Примечание.

монтировано более 100 тыс. м2 кровель Жирным шрифтом выделены Налажен выпуск дефектоскопов и оборудования для ремонта кровель задачи исследования, а курсивом Результаты исследования используются в учебном процессе (в ГОУ ВПО РГСУ) - полученные результаты при подготовке инженеров-строителей и повышении их квалификации Рис. 1. Структура диссертационной работы В настоящее время на эксплуатируемых зданиях не редко можно встретить многослойные кровли, отслужившие без замены более 40 лет и содержащие после неоднократного ремонта в своих 10 и более слоях рулонные и мастичные материалы сразу нескольких поколений. Рациональной областью применения многослойных кровель являются утепленные и неутепленные покрытия с уклоном основания под кровлю не более 25 %.

В разные годы проблемами совершенствования методов устройства и ремонта многослойных кровель в нашей стране и за рубежом занимались Э.М. Ариевич, В.Б. Белевич, А.С. Владычин, А.М. Воронин, А.И. Гармаш, А.С. Гитлина, Н.Н. Завражин, Я.И. Зельманович, А.М. Кисина, А.С. Козловский, Я. Кожелуга, А.И. Костриц, Е.И. Кричевская, П.П. Куйсис, О.А. Лукинский, Б.Г. Печеный, М.И. Поваляев, С.Н. Попченко, Е.Т. Самодаев, С.Д. Сокова, В.И. Теличенко, Э. Трефф Э., Б.С. Устинов, А.И. Фоломин, Н.А. Цветков, Х.И. Штейнхефель и другие ученые и специалисты, работы которых положены в основу данного исследования.

Тем не менее, четкой системы сведений об агрессивных воздействиях, воспринимаемых многослойными кровлями, закономерностях разрушения и методах их ремонта пока не создано. В качестве одной из немногочисленных, но наиболее удачных попыток систематизировать некоторые из этих сведений, можно назвать классификацию дефектов рулонных кровель, приведенную в Классификаторе основных видов дефектов в строительстве и промышленности строительных материалов, утвержденном Главной инспекцией Госархстройнадзора России 17 ноября 1993 г. Однако в этой классификации дефектов не указаны причины их появления и последствия, к которым они могут привести, а также способы устранения.

В научно-технической литературе можно встретить лишь разрозненные (иногда противоречивые) сведения о тех или иных агрессивных воздействиях на многослойные кровли. Среди наиболее агрессивных чаще всего называют свет, тепло, влагу и холод. Поэтому именно эти воздействия моделируют в климатических камерах при испытаниях кровельных материалов на старение.

В ходе анализа возможных воздействий на многослойные кровли доказана разрушающая роль 12 наиболее агрессивных из них. При обобщении полученных результатов выделили пять основных видов агрессивных воздействий (механические, физические, физико-химические, химические и биологические), которые были положены в основу предлагаемой классификации этих воздействий.

Известно, что степень агрессивности воздействий во многом зависит от климатического района, расположения и высоты здания, местоположения участков многослойных кровель (например, около карнизных свесов, конька или ендовы, в местах примыкания к вертикальным поверхностям и др.). В ходе диссертационной работы выявлены и исследованы и другие факторы, повышающие агрессивность воздействий на кровлю или снижающие ее сопротивляемость указанным воздействиям, в их числе:

- взаимовлияние одновременно происходящих или чередующихся (двух и более) воздействий;

- основные параметры конструкции покрытия и, в частности, кровли, а также физико-механические характеристики материала;

- примененные методы устройства и ремонта многослойной кровли, наличие в ней дефектов и повреждений.

При анализе опубликованных сведений о неисправностях многослойных кровель выявили некоторую путаницу в понятиях дефект и повреждение. Так, нередко к дефектам ошибочно относят повреждения кровель, а к повреждениям наоборот - дефекты. И это, несмотря на то, что в ВСН 58-88(р) (Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий объектов коммунального и социально-культурного назначения) даны весьма четкие определения этих понятий:

- дефект элемента здания - неисправность (изъян) элемента здания, вызванная нарушением правил, норм и технических условий при его изготовлении, монтаже или ремонте;

- повреждение элемента здания - неисправность элемента здания или его составных частей, вызванная внешним воздействием (событием).

В результате выполненного системного анализа причины повреждения многослойных кровель условно отнесены к внутренним (конструктивно-технологическим) и внешним (производственным) факторам. При этом к группе внутренних (конструктивно-технологических) факторов предложено относить возможные несовершенства конструктивных и технологических решений, а также кровельных материалов и оборудования, а к группе внешних (производственных) факторов - использование некачественных материалов, неблагоприятные условия производства работ, низкую квалификацию, а также недобросовестное отношение к труду рабочих и ИТР.

Установлено, что все исследованные факторы, в той или иной мере способствующие появлению повреждений многослойных кровель, связаны между собой в некую систему, интерпретация которой представлена в виде схемы на рис. 2. На схеме горизонтальными (волнистыми) линиями показаны два уровня воздействия методами ремонта и технического обслуживания на причины повреждений многослойных кровель (верхний уровень) и на сами повреждения (нижний уровень).

Внешние (производственные) факторы Внутренние (конструктивно-технологические) факторы Условия Несовершенные Несовершенные Несовершенные Дефектные Человеческий производства конструктивные технологии и материалы материалы фактор работ решения оборудование Несовершенство принятых Дефекты, допущенные Агрессивные воздействия конструктивно-технологических при устройстве или ремонте на кровлю решений при устройстве кровли кровли а) контроль качества б) ослабление воздействий в)повышение износостойкости Методы профилактики повреждений Повреждения кровли Методы устранения повреждений Протечки кровли Неисправное состояние кровли Рис.2. Причинно-следственные связи в разрушении многослойных кровель кровель техобслуживания Методы ремонта и Изучен опыт применения, проанализирована эффективность, выявлены недостатки более пятидесяти известных методов устранения и предотвращения повреждений многослойных кровель и установлено, что в процессе эксплуатации здания ремонт кровель чаще всего сводится лишь к устранению повреждений, а при отсутствии необходимых средств или условий для этого - к другим менее затратным технологическим операциям с имеющимися повреждениями, например, обеспечивающим лишь временное поддержание кровли в исправном, то есть в работоспособном состоянии. Указанные методы ремонта, как правило, не учитывают все многообразие возможных технических состояний кровли и условий их эксплуатации, а потому во многих случаях не обеспечивают устранение причин повреждений, снижающих срок службы кровель, и нуждаются в совершенствовании или формировании новых технологических решений.

Практикой на многочисленных примерах доказано, что выбор того или иного технологического решения по ремонту многослойной кровли прежде всего определяют поставленные цели ремонта, а не техническое состояние кровли и условия производства работ. Поэтому именно цели, которые можно достигнуть при применении методов ремонта и технического обслуживания строительной конструкции, были положены в основание предлагаемой классификации этих методов.

Так, все известные методы ремонта и технического обслуживания многослойных кровель предложено группировать по следующим целям:

- устранение повреждений - ремонт многослойной кровли выполняется с заменой или без замены поврежденных слоев, в том числе с нанесением ремонтного слоя или без него;

- предотвращение повреждений - ослабление влияния агрессивных факторов (обеспечивается системой технического обслуживания кровли, например, удалением с кровли скоплений снега и воды), повышение износостойкости кровли (цель достигается устранением какого-либо конструктивного недостатка многослойной кровли, например, устройством вентиляции подкровельного пространства), выявление и устранение дефектов кровли (обеспечивается своевременным устранением брака и недоделок после некачественного устройства или ремонта кровли).

В диссертационной работе из множества технологических решений, применяемых при ремонте многослойных кровель, в качестве допустимых (по условиям безопасности, экономической целесообразности и с учетом других предложенных автором ограничений) было отобрано двадцать, восемь из которых обеспечивают полную или частичную замену кровли, шесть - нанесение ремонтного слоя, два - восстановление водонепроницаемости существующей кровли без нанесения ремонтного слоя, а остальные четыре - восстановление водонепроницаемости существующей кровли с последующим нанесением ремонтного слоя.

Для каждого из допустимых технологических решений определены границы области и условия рационального применения при ремонте многослойных кровель, в том числе:

- максимально допустимые значения физического износа и уклона ремонтируемой кровли;

- минимально допустимые значения толщины ремонтируемой кровли, температуры атмосферного воздуха, объемов ремонта и электропотребления;

- возможность применения технологического решения в условиях, когда недопустимо утяжеление покрытия или использование открытого огня (при ремонте кровель из горючих материалов).

Для формирования новых конкурентоспособных технологических решений по ремонту многослойных кровель необходимо знать достигнутый уровень развития технологии, который целесообразно определять с помощью многокритериальной оптимизации допустимых решений, а также недостатки лучших из них, снижающие эффективность применения технологических решений.

Во второй главе представлены результаты исследования и оценивания факторов, влияющих на выбор технологических решений по ремонту многослойных кровель, предложен алгоритм многокритериальной оптимизации этих решений, обоснована целесообразность применения синтеза альтернативных решений для выявления показателей несовершенства у оптимальных технологических решений, предложен метод формирования конкурентоспособных многокритериально оптимизированных технологических решений.

Оптимизация технологический решений, то есть выбор среди некоторого множества допустимых тех решений, которые в той или иной степени можно квалифицировать как оптимальные, когда допустимость каждого решения понимается в смысле его фактической осуществимости, а оптимальность - в смысле его целесообразности, является весьма сложной задачей, требующей оценки всех допустимых решений.

Значительный вклад в развитие методов оценки и выбора оптимальных технологических решений в строительстве внесли Г.М. Бадьин, С.Г. Головнев, А.А. Гусаков, А.А. Жуков, Э.-К.К. Завадскас, В.В. Костюченко, С.В. Кузнецов, П.Н. Курочка, Н.М. Молоканов, А.В. Мещанинов, Ю.П. Панибратов, Г.Б. Полисюк, В.А. Рогонский, В.И. Соболев, М.Д. Спектор, В.И. Теличенко, Р.И. Фоков, Т.Н. Цай, Н.А. Цветков, К.А. Шрейбер и другие ученые. Вместе с тем следует отметить, что проблемы многокритериальной оптимизации технологических решений по ремонту строительных конструкции, в том числе многослойных кровель, остаются малоисследоваными, а методы ее реализации - недоступными для практического применения.

В ходе исследования было выявлено по три внутренних и внешних фактора, которые могут влиять на выбор технологического решения. При этом внутренние, то есть целевые факторы, относятся к технологии ремонта, применяемому оборудованию и состоянию кровли после ремонта, а внешние (ограничивающие) факторы - к исходному состоянию кровли (до ремонта), условиям производства ремонтных работ и дальнейшей эксплуатации отремонтированной кровли. Каждый из указанных факторов был описан совокупностью параметров - показателей, характеризующих какоелибо свойство фактора. Всего было выявлено 28 таких параметров.

При выборе оптимального технологического решения параметры факторов можно принимать в качестве локальных критериев для оценки сравниваемых решений.

Сложность задач многокритериальной оптимизации прежде всего заключается в неоднородности (разноразмерности) учитываемых локальных критериев и необходимости приведения их значений к безразмерному виду (нормализации) для возможности последующего сопоставления.

В соответствии с представленной в диссертации классификацией рассматриваемая задача оптимизации технологических решений относится к многокритериальным статистическим задачам в условиях влияния неопределенных факторов стохастической природы. Под словом природа здесь следует понимать всю совокупность обстоятельств, в условиях которых приходится принимать решения.

Математическим аппаратом решения такой задачи располагает теория статистических решений. Природа в теории статистических решений рассматривается как некая незаинтересованная инстанция, поведение которой неизвестно, но, во всяком случае, не содержит элемента враждебности и сознательного противодействия достижению поставленных целей. Поэтому теорию статистических решений нередко называют теорией игр с природой.

В теории статистических решений разработан ряд принципов оптимальности для учета влияния неопределенных факторов стохастической природы, причем чаще всего из указанного ряда используют принцип недостаточного обоснования и принцип гарантированного результата.

Принцип недостаточного обоснования применяют, когда отсутствует априорная информация о возможных состояниях природы, но есть некоторые основания для выдвижения ряда гипотез относительно вероятностей возможных ее состояний. При этом состояния природы представляются равноправными, а их вероятности назначаются равными друг другу.

Принцип гарантированного результата используют, когда информация о вероятностях возможных состояний природы полностью отсутствует. При этом выбирают решение, гарантирующее в наихудших условиях максимальный результат.

Информация, необходимая для многокритериального выбора оптимального решения представляется в форме матрицы, i-я строка которой соответствует решению Хi из множества допустимых решений G = {X }iN1, а j-й столбец соответствует локальному критерию Sj из мноi = жества учитываемых критериев S ={S }m.

j j=Поиск оптимального технологического решения по ремонту многослойных кровель с учетом внутренних и внешних факторов предлагается выполнять в несколько этапов.

На первом - производится нормализация значений локальных критериев внутренних факторов для каждого из сравниваемых технологических решений. При этом нормализованные значения минорируемых ij(u1) и мажорируемых ij(u2) локальных критериев, для которых лучшими (до нормализации) соответственно являются минимальные и максимальные значения, могут быть получены из известных выражений (1а) и (1б):

1, для u1 a u1-a a + b 1 - 2 b-a , для a < u1 ij (u1) = ; (1а) b-u1 a + b 2, для < u1 < b b-a 0, для b u 0, для u2 a u2-a a + b 2, для a < u2 b-a ij (u2 ) =, (1б) b-u2 a + b 1 - 2 b-a , для 2 < u2 < b 1, для b u где u1 и u2 - ненормализованные значения минорируемых и мажорируемых локальных критериев;

а, b - некоторые числовые параметры, принимающие произвольные действительные значения и упорядоченные отношением: a< b.

На втором этапе для каждого из сравниваемых технологических решений с использованием выражений (1а) и (1б) производится нормализация значений локальных критериев внешних факторов.

Для учета влияния показателя приоритетности локальных критериев (для внутренних и внешних факторов) предлагается корректировать их нормализованные значения по формуле:

*ij = 1 - (1 - ij) p, (2) где *ij - нормализованное значение ij локального критерия с учетом показателя приоритетности;

p - показатель приоритетности локального критерия.

На третьем этапе согласно принципу недостаточного обоснования для каждого технологического решения определяется совокупный критерий оптимальности Лапласа (1)i для группы внутренних факторов по формуле (3):

m (1) i = (1) ij, (3) m j=где (1)ij - нормализованное значение локального критерия для группы внутренних факторов Далее при сравнении значения указанного критерия Лапласа с нормализованными значениями локальных критериев внешних факторов выбирается минимальное (3)ij:

(3)ij = min((1)i, (2)ij)., (4) где (2)ij - нормализованное значение локального критерия для группы внешних факторов.

На четвертом (заключительном) этапе, руководствуясь принципом гарантированного результата, определяют оптимальное технологическое решение с помощью глобального критерия оптимальности Вальда (известного в теории статистических решений как максимин). При этом наиболее рациональным (оптимальным) является допустимое решение X G, соответствующее значению критерия Вальда:

= max min (3) ij. (5) XiG S j Примером, иллюстрирующим процесс выбора оптимального технологического решения из двух альтернатив по неограниченному количеству локальных критериев внутренних и шести критериям внешних факторов, могут послужить радиальные диаграммы (рис. 3). Минимальные нормализованные значения локальных критериев внешних факторов, характеризующих 1-й и 2-й варианты технологического решения, соответственно у критерия К3 (равное 0,2) и у критерия К1 (равное 0,35).

а б К К 0,0,К0,0,ККК0, 0,0,0,К КККККРис. 3. Радиальные диаграммы локальных критериев сравниваемых технологических решений:

а - 1-й вариант решения; б - 2-й вариант решения; 1 - ряд (значение) совокупного критерия оптимальности Лапласа внутренних факторов; 2 - ряд значений локальных критериев внешних факторов; К1 - К6 - локальные критерии внешних факторов.

Наибольшим из указанных минимальных значений локальных критериев является К1, относящийся ко 2-му варианту. Следовательно, оптимальным вариантом технологического решения в данном примере с двумя альтернативами является именно 2-й вариант.

Таким образом, автором был предложен алгоритм многокритериальной оптимизации технологических решений, который положен в основу автоматизированной экспертной системы Многослойные кровли: оптимизация технологии ремонта с учетом технического состояния. Указанный алгоритм в виде блок-схемы экспертной системы представлен на рис. 4.

В ходе диссертационной работы с помощью указанной автоматизированной системы, учитывающей любое количество и сочетание внутренних и внешних факторов, было смоделировано более 100 возникающих при ремонте кровель типичных ситуаций, для каждой из которых выбраны и ранжированы допустимые технологические решения, а также определено в целом лучшее (оптимальное) из них.

Рис. 4. Блок-схема автоматизированной экспертной системы Многослойные кровли: оптимизация технологии ремонта с учетом технического состояния Поскольку результат многокритериальной оптимизации технологии является компромиссом, выбранное технологическое решение по отдельным критериям, как правило, значительно уступает другим (менее рациональным) решениям, а значит оно далеко от совершенства, так как имеет конкретные проблемные области.

Для выражения комплексной оценки несовершенства оптимального технологического решения автором диссертации предложено ввести пофакторные показатели его несовершенства, определяемые методом синтеза альтернативных решений, как результат вычитания нормализованных значений локальных критериев оптимального решения из соответствующих значений локальных критериев какого-либо альтернативного ему решения. Причем, чем больше разность, тем несовершеннее оптимальное технологическое решение.

Анализ показателей несовершенства оптимального решения, полученных при его сопоставлении с возможными альтернативными решениями с применением рационально-логических и вычислительных процедур, позволил выбрать в качестве лучшей ему альтернативы объединенное решение, у которого значение каждого локального критерия принято равным наибольшему нормализованному значению этого локального критерия из всех допустимых решений.

Таким образом, формирование конкурентоспособных технологических решений предложено осуществлять следующим методом:

- из всего многообразия известных методов ремонта определить допустимые технологические решения, а из их числа выбирать оптимальное технологическое решение с учетом конкретных условий производства работ, технического состояния и условий эксплуатации ремонтируемой кровли;

- из числа допустимых технологических решений сформировать объединенное решение, которое является лучшей альтернативой оптимальному решению;

- с помощью синтеза альтернативных решений выявить показатели несовершенства у оптимальных технологических решений и выдвинуть гипотезы о возможности их совершенствования;

- проверить состоятельность выдвинутых гипотез, путем проведения исследования по совершенствованию оптимальных технологических решений;

- сформировать новые технологические решения по устранению и предотвращению повреждений для конкретных условий производства ремонтных работ;

- выполнить производственную проверку конкурентоспособности сформированных технологических решений.

В третьей главе представлены этапы формирования конкурентоспособных технологических решений, обеспечивающих устранение повреждений многослойных кровель Сначала с помощью синтеза альтернативных решений (оптимального и объединенного) у вариантов технологии ремонта, обеспечивающих восстановление водонепроницаемости старой кровли, устройство ремонтного слоя кровли и полную (или частичную) замену кровли, были выявлены проблемные области, а затем выдвинуты гипотезы о возможности совершенствования технологии за счет разработки новых методов ликвидации трудноустранимых повреждений кровель.

В ходе проверки истинности гипотезы о возможных путях совершенствования методов восстановления водонепроницаемости водоизоляционного ковра при его разогреве были исследованы закономерности регенерации материалов многослойных кровель, доказана целесообразность и найдена техническая возможность:

- ограничения доступа кислорода воздуха к разогреваемой поверхности кровли для предотвращения окисления битумного вяжущего за счет применения кондуктивного теплопереноса;

- осуществления разогрева ремонтируемой кровли с помощью нагревателей с температурой греющей поверхности, не превышающей температуру вспышки битума для снижения пожароопасности технологического процесса;

- понижения напряжения, питающего электрооборудование для разогрева ремонтируемой кровли, до безопасных значений для ликвидации опасности поражения рабочих электрическим током;

- применения гибких поверхностных электронагревателей, обеспечивающих равномерный разогрев ремонтируемой кровли с криволинейной поверхностью и сокращающих потери тепла в атмосферу;

- осуществления прикатки разогретой многослойной кровли с увеличенным давлением для обеспечения плотного соединения между собой одновременно 3-5 слоев размягченных при нагревании кровельных материалов;

- нагнетания битумной эмульсии в полости кровли перед ее разогревом для устранения внутренних расслоений водонасыщенной кровли.

В диссертации приведен обширный материал с результатами многочисленных экспериментов по изучению влияния термомеханических воздействий на материалы ремонтируемой кровли, оптимизации технологических процессов и параметров необходимого оборудования. Так, на рис.5 в качестве примера представлен график изменения температуры Рис. 5. Изменение температуры водоизоляционного ковра в процессе его разогрева (по режиму № 3) водоизоляционного ковра в процессе его разогрева по наиболее рациональному режиму № 3 (поверхностным нагревателем с малой тепловой инерцией и при постоянном тепловом потоке), а на рис. 6 изображены термограммы с некоторыми результатами теплотехнических экспериментов по разогреву ремонтируемой кровли в различных погодных условиях.

В результате выполненного исследования в развитие вариантов технологии ремонта, основанных на восстановлении водонепроницаемости старой кровли, автором диссертации разработаны:

- метод термомеханической обработки многослойной кровли, заключающийся в последовательном выполнении разогрева, разравнивания и уплотнения водоизоляционного ковра;

- комплект переносного оборудования для термомеханической обработки кровли (ПОТОК), состоящий из гибких поверхностных электронагревателей (ГПЭН) с удельной мощностью теплового потока до 3,5 кВт/м(рис.7), прикаточного устройства для гидроизоляционных материалов с давлением прикатки до 0,5 МПa (рис.8), понижающего трансформатора (или источника постоянного тока), блока автоматического управления электронагревателями;

- метод устранения расслоений в водонасыщенной многослойной кровле, заключающийся в последовательном выполнении технологических операций по устройству отверстий в водоизоляционном ковре в местах его расслоения, выдавливании воды из полостей расслоения, инъецировании в них битумной эмульсии и термомеханической обработке водоизоляционного ковра.

а б Продолжительность разогрева, с Продолжительность разогрева, с в Продолжительность разогрева, с Рис.6. Термограммы разогрева многослойной кровли гибким поверхностным электронагревателем с удельной мощностью 3,5 кВт/м2:

а - при температуре наружного воздуха 20 оС;

б - то же, при наличии в кровле прослойки воды или битумной эмульсии (на глубине 6 мм);

в - при температуре наружного воздуха - 5 оС и наличии на поверхности кровли слоя льда толщиной 10 мм Глубина разогрева, мм Глубина разогрева, мм Глубина разогрева, мм 3 Рис.7. Гибкий поверхностный электронагреватель:

1 - токопроводящая ткань; 2 - гибкий электрод; 3 - теплоаккумулирующий стой; 4 - оболочка греющего элемента; 5 - усилитель жесткости;

6 - электропровода; 7 - теплопроводный и светоотражающий слой; 8 - теплоизоляционный слой; 9 - оболочка теплоизолирующего элемента;

10 - компенсатор; 11 - ручки 1 Рис. 8. Прикаточное устройство:

1 - рама; 2 - ручка; 3 - передний ролик; 4 - задний ролик;

5 - ручка стопора; 6 - стопор Для совершенствования методов устройства ремонтного слоя многослойной кровли исследована возможность и доказана целесообразность:

- использования для приклейки ненаплавляемых рулонных материалов (рубероида, пергамина и др.) предварительно разогретого материала покровного слоя ремонтируемой кровли для устранения опасности получения ожогов горячей мастикой кровельщиками (как это часто происходит при наклейке рубероида традиционными методами);

- осуществления приклейки наплавляемых материалов с помощью гибких поверхностных нагревателей для исключения применения открытого огня при ремонте кровель по противопожарным нормам;

- выравнивания поверхности ремонтируемой кровли материалом, близким по деформативным свойствам материалу ремонтируемой кровли, или механического осаживания стяжки (в покрытиях с засыпным утеплителем) при устранении обратного уклона кровли;

- интенсификации сушки переувлажненной теплоизоляции в толще покрытия с помощью напорного калорифера.

Проверялись выдвинутые научные предположения о целесообразности и возможности при частичной или полной замене многослойной кровли:

- утилизации битумосодержащих отходов по аналогии с асфальтобетоном, получаемых в большом количестве при разборке старых кровель;

- совершенствования метода восстановления защитного слоя бетона плит покрытия, парапетных плит и вентканалов, поверхности которых являются основанием под кровлю;

- сохранения нижних, наименее изношенных, слоев старой кровли во избежание повреждения (при ее разборке) выравнивающей стяжки.

Результаты экспериментов реализованы в разработанных методах:

- получения битумно-картонной матрицы из измельченных фрагментов водоизоляционного ковра с битумной эмульсией и применения при выравнивании поверхности кровли;

- восстановления защитного слоя бетона с его самовакуумированием в процессе твердения под воздухонепроницаемой пленкой и виброактивацией цемента в зоне контакта с поверхностью ремонтируемой конструкции.

Таким образом, с помощью полученных результатов исследования доказана истинность выдвинутых гипотез о возможности совершенствования методов устранения повреждений многослойных кровель при ремонте. Элементы этих гипотез в качестве теоретических положений составили основу соответствующих разделов нормативно-технологических документов по применению усовершенствованной технологии и конструированию оборудования, необходимого для ее осуществления.

В четвертой главе представлены этапы формирования конкурентоспособных технологических решений, обеспечивающих предотвращение повреждений многослойных кровель.

Для повышения конкурентоспособности сформированных на предыдущем этапе исследования технологических решений, обеспечивающих устранение повреждений многослойных кровель, было продолжено их совершенствование в направлении устранения другой немаловажной проблемной области, выявленной у оптимальных технологических решений и связанной с недостаточной их эффективностью по предотвращению кровельных повреждений. Проведя анализ причин их появления, а также исследовав механизмы разрушения многослойных кровель, смогли четко обозначить предполагаемые пути решения выявленных проблем в виде гипотез о возможности совершенствования методов предотвращения повреждений многослойных кровель при их ремонте.

Так, было обнаружено и исследовано негативное влияние на расслоение многослойных кровель характеристик применяемых материалов (деформативных свойств материалов в смежных слоях кровли, качества пропитки тканой или картонной основы, наличия полимерной пленки, защищающей наплавляемый кровельный материал от слипания в рулоне) и конструкции основания под кровлей (определяющего величину уклона кровли и вогнутость ее поверхности). Установлено, что особенно склонны к быстрому расслаиванию многослойные кровли с вогнутой поверхностью и (или) имеющие уклон менее 1% из материалов с картонной и стеклотканевой основой, а также кровли, в смежных слоях которых располагаются разнородные (по деформативным свойствам) материалы.

Определено сочетание необходимых условий для роста вздутий и найдено объяснение механизма этого явления. Установлено, что рост вздутий происходит вследствие чередования изобарного (в дневное время) и изохорного (в ночное время) процессов в замкнутой полости вздутия, обеспечиваемых изменением упругости материалов водоизоляционного ковра при колебании температуры наружного воздуха и наличием в них или в материале стяжки капилляров, заполненных водой. Правильность данного объяснения доказана на физических моделях вздутий, выращенных в лабораторных условиях.

По месту расположения замкнутой полости в многослойной кровле вздутия в диссертации предложено разделять на четыре типа:

- подкровельные - с замкнутой полостью между кровельным основанием и нижним слоем водоизоляционного ковра;

- межслойные - с замкнутой полостью между отдельными слоями водоизоляционного ковра;

- внутриосновные - с замкнутой полостью в расслоившейся основе из кровельного картона (реже из стеклохолста);

- покровные - микровздутия (диаметром до 20 мм) в верхнем (покровном) слое водоизоляционного ковра, не покрытого защитным слоем гравия.

Доказано, что происхождение подкровельных вздутий обусловлено особенностью капиллярно-пористой структуры материала выравнивающей стяжки. Установлено влияние плохо пропитываемых крученых нитей в стекловолокнистых материалах, используемых для армирования кровельных материалов из склонных к растрескиванию при старении окисленных битумов, на рост межслойных и покровных вздутий, а кровельного картона, кроме того, - на рост внутриосновных вздутий.

В данной главе диссертации также приведены результаты исследования усадочных деформаций, возникающих в покровном слое битума в результате его полимеризации под действием солнечной радиации и представлено объяснение механизма возникновения неконструкционных (контракционных) трещин, несвязанных с конструктивными особенностями покрытия (например, расположением температурно-усадочных швов и стыков плит покрытия в основании под кровлей).

Изложена совокупность условий, при которых происходит обледенение водоотводящих устройств кровли в утепленном покрытии. Показано, как были определены наиболее уязвимые их места с помощью компьютерных моделей и исследована возможность использования тепла, поступающего в холодное время года из отапливаемых помещений здания, для обеспечения положительной температуры водоотводящего устройства за счет кондуктивного теплообмена между более теплыми (нижними) и холодными (верхними) слоями покрытия через устанавливаемые в слое теплоизоляции специально сконструированные металлические теплопроводные включения.

Таким образом, в развитие технологических решений, обеспечивающих предотвращение повреждений многослойных кровель, в ходе работы над диссертацией были разработаны методы:

- осуществления защиты многослойной кровли от расслоения, путем термомеханической обработки ремонтируемой кровли (для более качественной пропитки армирующих материалов) и выравнивания вогнутых ее поверхностей, преимущественного применения наплавляемых материалов с пылевидной посыпкой (по сравнению с полимерной пленкой), ограничения применения в смежных слоях кровли материалов с разными деформативными свойствами;

- предотвращения подкровельных вздутий в многослойных кровлях, перфорированием выравнивающей стяжки или ее устройством из воздухопроницаемого материала - пенополистиролбетона, устранения причин появления межслойных, внутренних, внутриосновных и покровных вздутий дополнительной пропиткой стекловолокнистой или картонной основы битумом или битумно-полимерным вяжущим при разогреве ремонтируемых кровель с помощью гибких поверхностных электронагревателей или применением кровельных материалов, не содержащих окисленный битум;

- устранения причин появления неконструкционных (несвязанных с расположением швов и стыков в основании под кровлей) трещин многослойной кровли путем удаления с поверхности ремонтируемой кровли излишков битума (массой свыше 1 кг на 1 м2) и омолаживания битума в остающемся покровном слое битумной эмульсией;

- экономичной и безопасной защиты водоотводящих устройств кровли от обледенения, заключающейся в установке в покрытии теплопроводных включений из металлических двутавров (нижняя полка которых в несколько раз шире верхней), не требующих затрат на их обслуживание и ремонт. При организованном наружном водостоке теплопроводные включения лучше всего располагать в толще утепленного покрытия вдоль ската кровли напротив водосточных воронок, а при неорганизованном водостоке - произвольно с некоторым интервалом друг от друга (например, 4Ц8 м).

Уровень совершенства всякой технологии во многом определяется возможностью обеспечения ею заданного качества продукции. Однако из-за конструктивных особенностей рулонных и мастичных кровель (наличия нескольких слоев водоизоляционного ковра, скрывающих внутренние его дефекты) контроль их качества затруднен. Поэтому для совершенствования технологии ремонта кровли с конструктивно заложенным низким уровнем контролеспособности необходимо диагностическое обеспечение, позволяющее еще на ранней стадии процесса производства ремонтно-строительных работ обнаруживать внутренние дефекты и, оценивая их, определять (распознавать) техническое состояние и эксплуатационные свойства ремонтируемой кровли даже в условиях ограниченной информации.

Техническое состояние всякой конструкции непрерывно или дискретно описывается совокупностью определяющих ее, соответственно, параметров и признаков. Диагностическая ценность параметров и признаков определяется информацией, которая вносится ими в систему состояний конструкции. Диагностически ценным считается признак, которым обладают конструкции одного состояния и ни одна из конструкций другого состояния.

К диагностически ценным признакам многослойной кровли, описывающим состояние ремонтируемой кровли (а по нему сам технологический процесс), принято относить водонепроницаемость водоизоляционного ковра, отсутствие в нем вздутий, расслоений, трещин, наличие у кровли полного водоотвода, а к диагностически ценным параметрам - толщину водоизоляционного ковра, прочность и сплошность приклейки кровельных материалов.

Проведенный анализ неразрушающих методов получения скрытой диагностической информации о ремонтируемой многослойной кровле, применяемых в нашей стране и за рубежом, позволил выявить общие недостатки методов, заключающиеся в невозможности получения с их помощью вышеуказанных диагностически ценных параметров. Поэтому дальнейший ход исследования был направлен на совершенствование контролеспособности ремонтируемых многослойных кровель, а именно, на разработку новых неразрушающих инструментальных методов и средств контроля их качества.

Так, для проверки возможности неразрушающего контроля толщины водоизоляционного ковра были исследованы зависимости его электрической ёмкости от материала основания под кровлей, наличия в водоизоляционном ковре прослойки воды и воздушного зазора между водоизоляционным ковром и измерительным прибором, в качестве которого был применен высокочастотный емкостной измеритель влажности (влагомер) с предложенной автором специальной насадкой, позволяющей ступенчато изменять величину этого зазора. Благодаря этой насадке расстояние (Н) от поверхности кровли до скопления воды на каждом участке кровли можно определять по результатам двух замеров, выполненных влагомером на разном удалении от ее поверхности, с помощью представленной в диссертации номограммы или из выражения:

a1x1m - a2 x2m H =, (6) x2m - x1m где a1 и a2 - соответственно бльшее и меньшее расстояние от влагомера до поверхности водоизоляционного ковра;

х1 и х2 - показания стрелочного прибора влагомера соответственно на бльшем и на меньшем расстоянии от поверхности кровли;

m - коэффициент, зависящий от размеров емкостного датчика.

Данная закономерность была положена в основу изобретенных автором (совместно с канд. техн. наук А.И. Кострицем А.И. и инж. В.Я. Ротанем) метода выявления скрытых дефектов в многослойных кровлях и устройства (дефектоскопа) для его осуществления.

Дефектоскоп, общий вид которого показан на рис. 9, состоит из емкостного датчика (1), насадки (2), корпуса со стрелочным прибором (3) и съемной ручки с кнопкой (4).

Рис. 9. Общий вид дефектоскопа Для автоматизированной обработки, анализа и визуализации результатов инструментального обследования многослойных кровель, выполненного с помощью дефектоскопа, автором диссертации предложен алгоритм разработанной совместно с инж. Е.А. Жолобовой автоматизированной информационно-аналитической системы (АИАС) Многослойные кровли:

автоматизация учета технического состояния.

АИАС позволяет в автоматизированном режиме строить полноцветные дефектограммы, определять толщину кровли, вычислять объемы, трудоемкость и стоимость необходимого ремонта кровель, а также потребность в кровельных материалах. Пример построения дефектограммы кровли с помощью АИАС приведен на рис. 10.

Для изучения возможности неразрушающего контроля сплошности приклейки рулонных кровельных материалов были исследованы закономерности распределения температур на поверхности кровли в зависимости от наличия и толщины воздушных прослоек, интенсивности солнечной радиации и скорости ветра. Так, было установлено, что в теплое время года при солнечной погоде и скорости ветра не более 1 м/с разности температур поверхности различных участков кровли, выполненных из одного и того же материала, могут достигать 4оС и более.

Рис. 10. Пример построения дефектограммы многослойной кровли с помощью АИАС В результате предложен метод количественной оценки сплошности приклейки рулонных кровельных материалов по перепаду температур поверхности кровли с помощью усовершенствованного радиационного пирометра (с увеличенным углом визирования).

Таким образом, сплошность приклейки (С) рулонных кровельных материалов в процентах от площади, ограниченной углом визирования пирометра, можно определить из выражения:

a2 - aС =, (7) a2 - aср где а1 - температура поверхности кровли в наиболее холодной точке, оС;

а2 - то же, в наиболее теплой точке, оС; аср - среднее значение температуры поверхности обследуемого участка кровли, оС.

Доказана возможность осуществлять неразрушающий контроль прочности приклейки рулонных материалов, используя, в отличие от стандартных методов определения адгезии материалов, замедленные скорости и повышенные температуры испытания на отрыв верхнего слоя водоизоляционного ковра с помощью камеры разрежения, плотно устанавливаемой на испытываемый участок водоизоляционного ковра. Предложено проверять прочность приклейки с помощью переносного дорожного пористомера конструкции РНИИ АКХ, способного создавать разрежение до 0,07 МПа.

Таким образом, с помощью полученных результатов исследования доказана истинность выдвинутых гипотез о возможности совершенствования методов предотвращения повреждений многослойных кровель при их ремонте. Элементы этих гипотез в качестве теоретических положений составили основу соответствующих разделов нормативно-технологических документов по применению усовершенствованной технологии и конструированию оборудования, необходимого для ее осуществления.

В пятой главе приведены результаты производственной проверки конкурентоспособности и сведения о практическом применении предлагаемых технологических решений по ремонту многослойных кровель.

Производственная проверка работоспособности и полезности, а в целом конкурентоспособности предлагаемой технологии осуществлена более чем на ста объектах капремонта в Архангельске, Благовещенске, Владивостоке, Владикавказе, Екатеринбурге, Йошкар-Оле, Красноярске, Магадане, Новосибирске, Омске, Ростове-на-Дону, Тюмени, Ульяновске, Хабаровске, Череповце, Ярославле и многих других городах нашей страны. Только в Ростове-на-Дону с применением термомеханической обработки водоизоляционного ковра с 1993 по 2007 г. отремонтировано более 100 тыс. ммногослойных кровель.

По результатам диссертационной работы сконструировано и изготовлено более 50 комплектов оборудования для термомеханической обработки многослойных кровель и более 20 кровельных дефектоскопов.

Доказана на практике возможность применения предлагаемых технологических решений и разработанного оборудования при ремонте многослойных кровель в зимнее время при температуре наружного воздуха до минус 15 оС и скорости ветра до 10 м/с.

Установлено, что применение предлагаемых технологических решений по устранению повреждений позволяет до 6 раз сократить материалоемкость ремонта и в 3,5 раза его трудоемкость даже по сравнению с одним из самых экономичных методов ремонта - устройством ремонтного слоя из рубероида поверх старой кровли. Получаемый при этом экономический эффект многократно перекрывает затраты на приобретение специального кровельного оборудования.

Многолетняя эксплуатация отремонтированных с применением усовершенствованных технологических решений по предотвращению повреждений многослойных кровель показала их достаточную долговечность и безотказность после ремонта. Об этом свидетельствуют результаты наблюдений за состоянием кровель, при ремонте которых, начиная с 1993 г., применяли предложенные автором методы их защиты от расслоения, вздутия и трещинообразования, а с 1997 г. - метод защиты водоотводящих кровель от обледенения.

Применение предлагаемых методов и средств диагностики кровель позволило заблаговременно получать достоверную информацию о техническом состоянии кровли и сокращать затраты на ее ремонт, а в процессе ремонта - выявлять и устранять допущенные дефекты, существенно повышая его качество.

В целом производственная проверка подтвердила достаточную конкурентоспособность предлагаемых технологических решений, поскольку они обеспечивают интенсификацию процессов и повышают качество ремонта при снижении трудовых, материально-технических ресурсов и неблагоприятных воздействий на окружающую среду.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Разработаны научные представления об общих закономерностях разрушения многослойных кровель и систематизированы сведения об их дефектах, повреждениях и методах ремонта. Определены общие условия допустимости, а также границы области и условия рационального применения технологических решений по ремонту многослойных кровель.

Обоснована необходимость в совершенствовании методов оптимизации известных и формировании новых технологических решений по устранению и предотвращению повреждений при ремонте многослойных кровель.

2. Определена совокупность из 28 параметров внутренних и внешних факторов, влияющих на выбор оптимальных технологических решений по ремонту многослойных кровель, разработан алгоритм автоматизированной системы многокритериальной оптимизации таких решений, с помощью которой смоделировано более 100 возникающих при ремонте кровель типичных ситуаций, для каждой из которых выбраны и ранжированы допустимые технологические решения, а также определено в целом лучшее (оптимальное) из них. Обоснована целесообразность применения синтеза альтернативных решений при формировании конкурентоспособных многокритериально оптимизированных технологических решений по ремонту многослойных кровель.

3. Выдвинуты с помощью синтеза альтернативных решений гипотезы о возможности формирования конкурентоспособных технологических решений, обеспечивающих устранение повреждений при ремонте многослойных кровель, истинность которых подтверждена созданием методов термомеханической обработки водоизоляционного ковра при ремонте многослойных кровель с помощью разработанных автором диссертации гибких поверхностных электронагревателей и прикаточного устройства, устранения расслоений в многослойных кровлях с использованием битумной эмульсии, выявления рациональных режимов ремонта основания под кровлю из железобетонных конструкций с виброактивацией цемента в зоне контакта ремонтного слоя с поверхностью ремонтируемой конструкции в момент укладки бетонной смеси и с самовакуумированием бетона в процессе твердения под воздухонепроницаемой пленкой 4. Выдвинута с помощью синтеза альтернативных решений гипотеза о возможности формирования конкурентоспособных технологических решений, обеспечивающих при ремонте многослойных кровель предотвращение повреждений, истинность которой доказана созданием новых методов защиты кровель от вздутий, расслоений и трещинообразования, а водоотводящих устройств - от обледенения соответственно путем: устранения замкнутых полостей в многослойной кровле (и под кровлей), являющихся основной причиной вздутий; предотвращения возникновения межслойных и поверхностных напряжений в водоизоляционном ковре; повышения температуры поверхности карнизных участков кровли в холодное время года с помощью теплопроводных включений.

5. Определены диагностически наиболее ценные признаки и параметры, описывающие состояние многослойных кровель (толщина, сплошность и прочность приклейки рулонных материалов в водоизоляционном ковре) до и после ремонта, а также в процессе его осуществления. Разработан комплекс новых методов неразрушающего контроля качества кровельных работ, основанного на измерении указанных параметров (с помощью специально сконструированного дефектоскопа, усовершенствованного радиационного пирометра и дорожного пористомера), и автоматизированной обработки полученных результатов.

6. Проведена производственная проверка предлагаемых технологических решений, которая подтвердила достаточную их конкурентоспособность при ремонте многослойных кровель. Так, было достигнуто сокращение материалоемкости ремонта 6 раз, а его трудоемкости (даже по сравнению с одним из самых экономичных методов ремонта - устройством ремонтного слоя из рубероида поверх старой кровли) - в 3,5 раза. При этом отмечено повышение качества ремонта при снижении пожароопасности производственного процесса и появлении возможности утилизации получаемых кровельных отходов. Наблюдения за отремонтированными (по предлагаемой технологии) многослойными кровлями показывают, что у водоизоляционного ковра в течение более 10 лет после ремонта сохраняются водонепроницаемость и монолитность.

Основные положения диссертации опубликованы в 70 работах автора, в том числе:

Ведущие рецензируемые научные издания и журналы:

1. Новый экономичный способ ремонта рулонных кровель // Промышленное и гражданское строительство. 1997. № 10. С. 40-41 (соавтор Белецкий Б.Ф.).

2. Научно обоснованный метод ремонта многослойных кровель и оборудование для его осуществления // Промышленное и гражданское строительство. 2003. № 2. С. 3. Технология и оборудование для ремонта многослойных кровель // Материалы, технологии и оборудование XXI века. 2004. № 6. С. 30-31.

Патенты на изобретения и свидетельства на программы для ЭВМ:

4. Патент РФ № 2018600, 1994 Устройство для прикатки гидроизоляционного материала (соавтор Малахов В.А.).

5. Патент РФ №2060119, 1996. Способ пайки углеродной технической ткани (соавтор Малахов В.А.).

6. Патент РФ №2081976, 1997. Способ защиты водоизоляционного ковра от вздутий при ремонте и устройстве кровель (соавторы Костриц А.И., Ротань В.Я.).

7. Патент РФ №2085675, 1997. Способ восстановления водонепроницаемости гидроизоляционного покрытия строительных конструкций.

8. Патент РФ № 2183713, 2002 Способ восстановления и наращивания защитного слоя бетона на вертикальных поверхностях железобетонных конструкций (соавторы Духанин П.В., Айрапетов Г.А., Белецкий Б.Ф., Панченко А.И.).

9. Патент РФ № 2158810, 2002 Термоэлектрический мат для разогрева водоизоляционного ковра при ремонте и устройстве рулонных и мастичных кровель.

10. Патент РФ № 2198273, 2003. Способ защиты водоотводящего устройства совмещенной кровли от обледенения (соавтор Четвериков А.Л.).

11. Патент РФ № 2230313, 2004. Способ выявления скрытых дефектов и повреждений в многослойной кровле и устройство для его осуществления (соавтор Костриц А.И., Ротань В.Я.).

12. Патент РФ № 2249659, 2005. Способ защиты водоизоляционного ковра от вздутий при устройстве утепленных покрытий зданий с выравнивающей стяжкой, уложенной по теплоизоляции (соавтор Четвериков А.Л.).

13. Патент РФ № 2260098, 2005. Способ устранения расслоений в кровле из битумных рулонных материалов (соавтор Ротаненко Р.А).

14. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2004611310, 2004. Многослойные кровли: автоматизация учета технического состояния (соавтор Жолобова Е.А.).

15. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2004612108, 2004. Многослойные кровли: оптимизация технологии ремонта с учетом технического состояния (соавтор Жолобова Е.А.).

Международные конференции и симпозиумы:

16. Новый метод восстановления водонепроницаемости рулонных кровель // Реконструкция - Санкт-Петербург - 2005: Материалы 3-го Международного симпозиума. Ч.2, СПб., 1994. С. 104-110 (соавторы Костриц А.И., Ротань В.Я.).

17. Применение термомеханической обработки водоизоляционного ковра при ремонте рулонных кровель // Эффективные технологии и материалы для стеновых и ограждающих конструкций: Материалы международной научно-технической конференции. Ростов-на-Дону: РГАС, 1994, С. 156-159 (соавтор Белецкий Б.Ф.).

18. Методы и средства неразрушающего контроля качества кровельных работ // Материалы Междунар. научно-практической конференции. - Ростов н/Д: РГСУ, 1998. С. 15-16 (соавтор Белецкий Б.Ф.).

19. Особенности устройства и эксплуатации рулонных кровель с малыми уклонами // Материалы юбилейной Междунар. научно-практической конференции. - Ростов-н/Д, 1999. С. 3 (соавторы Айрапетов Г.А., Четвериков А.Л.).

20. Повторное использование материалов при ремонте рулонных и мастичных кровель // Реконструкция и ремонт зданий и сооружений в климатических условиях Севера: Труды Междунар. научно-технической конференции, Т.1, Архангельск: АГТУ, 1999. С. 213-216.

21. Проблема утилизации отходов от разборки старых рулонных кровель // Материалы Междунар. научно-практической конференции "Строительство - 2000. Ростов-н/Д: РГСУ, 2000. С.11 (соавторы Айрапетов Г.А., Вислобокова В.А., Сафонов В.П.).

22. Битумнокартонная матрица из отходов от разборки старых рулонных кровель // Материалы Междунар. научно-практической конференции СтроительствоЦ2002. Ростов-н/Д: РГСУ, 2002. С. 3-4 (соавторы Айрапетов Г.А., Ротаненко Р.А.).

23. Интенсификация сушки теплоизоляции в невентилируемых покрытиях зданий // Материалы Междунар. научно-практической конференции СтроительствоЦ2002. Ростов-н/Д: РГСУ, 2002. С. 13-14 (соавтор Четвериков А.Л.).

24. Воздухопроницаемая стяжка для защиты рулонной кровли от вздутий // Материалы Междунар. научно-практической конференции СтроительствоЦ2003. Ростов-н/Д: РГСУ, 2003. С. 174-175 (соавтор Четвериков А.Л.).

25. Проблема выбора материалов для ремонта рулонных кровель // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Сборник научных трудов Междунар. научно-практической конференции. Пенза, 2003. С. 80-82 (соавтор Четвериков А.Л.).

26. Наклейка наплавляемых кровельных материалов. Проблема обеспечения пожаробезопасности // Материалы юбилейной Междунар. научно-практической конференции СтроительствоЦ2004. Ростов-н/Д:

РГСУ, 2004. С. 66 (соавтор Луганская Ю.В.).

27. Математическая модель задачи многокритериальной оптимизации технологии ремонта многослойных кровель // Материалы Междунар.

научно-практической конференции СтроительствоЦ2005. Ростов-н/Д:

РГСУ, 2005. С. 29-30 (соавтор Жолобова Е.А.).

28. Комплексная защита строительных конструкций от повреждений // Материалы междунар. научно-практической конференции СтроительствоЦ2005. Ростов-н/Д: РГСУ, 2005. С. 53-54.

29. Предложения по классификации агрессивных воздействий на многослойные кровли // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Сборник статей Междунар. научно-технической конференции.

Пенза, 2005. С. 54-56.

30. Совершенствование технологии ремонта многослойных кровель на основе многокритериальной оптимизации // Материалы междунар. научно-практической конференции СтроительствоЦ2006. Ростов-н/Д:

РГСУ, 2006. С.129-130.

31. Синтез альтернативных технологических решений при их многокритериальной оптимизации // Материалы междунар. научнопрактической конференции СтроительствоЦ2006. Ростов-н/Д: РГСУ, 2006. С.133-134 (соавтор Жолобова Е.А.).

Периодические печатные журналы и издания 32. Новый способ ремонта рулонных кровель // Жилищное и коммунальное хозяйство. 1996. № 4-5. С. 39-40 (соавтор Белецкий Б.Ф.).

33. Ресурсосберегающая технология ремонта рулонных кровель // Городское хозяйство и экология: Известия Академии жилищнокоммунального хозяйства. 2000. №3. С. 45-52 (соавтор Гордеев-Гавриков В.К.).

34. Качественный ремонт рулонных кровель // Жилищное и коммунальное хозяйство. 2000. № 12. С.24-25.

35. Эффективный метод ремонта рулонных кровель. Новая технология и оборудование // Техника для городского хозяйства. 2001. № 4. С. 5-(соавторы Костриц А.И., Ротань В.Я.).

36. Многослойные кровли. Новый метод инструментального обследования и автоматизированной обработки данных //Техника для городского хозяйства. 2003. № 2. С. 4-5 (соавторы Жолобова Е.А., Костриц А.И., Ротань В.Я.).

37. Выбор наиболее экономичного метода ремонта рулонных кровель. Экспериментальный анализ технологий ремонта // Жилищное и коммунальное хозяйство. 2003. № 4. С. 16-19 (соавтор Гордеев-Гавриков В.К.).

38. Как повысить эффективность ремонта многослойных кровель // Вестник минстроя. 2007. № 3. С. 54-56.

Прочие публикации 39. Новая технология и оборудование для ремонта рулонных кровель // Совершенствование эксплуатации и ремонта транспортных зданий и сооружений. СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2002. С. 26-(соавторы Костриц А.И., Ротань В.Я.).

40. Защита водоотводов от обледенения путем включения теплопроводных элементов в кровельное покрытие // Труды 2-й конференции Кровля и изоляция для строительных объектов и инженерных коммуникаций. М., 2002. С. 97-98 (соавтор Четвериков А.Л.).

41. Особенности ремонта рулонных кровель с использованием гибких поверхностных электронагревателей // Труды 2-й конференции Кровля и изоляция для строительных объектов и инженерных коммуникаций.

М., 2002. С. 98-99.

42. Строительные материалы: Учебно-справочное пособие / Под ред. Г.А. Айрапетова, Г.В. Несветаева. - Ростов н/Д: 2005. 608 с. (соавторы Айрапетов Г.А., Безродный О.К., Зубехин А.П. и др.).

   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям