Материал: Бетон повышенной термостойкости для огнестойких железобетонных изделий. Перцев В.Т., Загоруйко Т.В

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

В.Т. Перцев Т.В. Загоруйко А.А. Леденев

БЕТОН ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТИ ДЛЯ ОГНЕСТОЙКИХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Монография

Воронеж 2017

УДК 691.32 ББК 38.33

П 27

Перцев, В.Т.

Бетон повышенной термостойкости для огнестойких железобетонных

П27 изделий: монография / В.Т. Перцев, Т.В. Загоруйко, А.А. Леденев. Воронеж : ВГТУ, 2017. – 102 с.

ISBN 978-5-7731-0547-3

В монографии представлены результаты исследований, направленные на получение бетона повышенной термостойкости для огнестойких вариатропных железобетонных изделий.

Монография предназначена для научных сотрудников, инженернотехнических работников, аспирантов, магистрантов, студентов строительных и пожарно-технических специальностей.

Ил. 41. Табл. 28. Библиогр.: 136 назв.

УДК 691.32 ББК 38.33

Рецензенты:

Д.Е. Барабаш, д.т.н., профессор, начальник кафедры изыскания и проектирования аэродромов «ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия

имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж); Д.В. Каргашилов, к.т.н., доцент, начальник кафедры пожарной безопасности

технологических процессов ФГБОУ ВО Воронежский институт ГПС МЧС России

Печатается по решению учебно-методического совета ВГТУ

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение пожарной безопасности и огнестойкости строительных конструкций зданий и сооружений является важнейшей задачей строительства и необходимым элементом системы противопожарной защиты объектов [1–4]. Основной опасностью при пожаре для зданий и сооружений является снижение прочности и несущей способности строительных конструкций под воздействием открытого пламени при высоких температурах. В современном строительстве при возведении зданий и сооружений, в том числе повышенной этажности, все в большем объеме применяются большепролетные тонкостенные конструкции, изготовляемые на основе высокопрочного бетона. Во время пожара в первую очередь именно эти конструкции подвергаются огневому воздействию порой с повышением температуры до 1100 ° С и выше. При таком воздействии происходит достаточно быстрый нагрев напрягаемой арматуры до критической температуры (400 0С и выше), что приводит к потере несущей способности и устойчивости конструкций и, как следствие, к обрушению здания.

Повышение огнестойкости конструкций может быть обеспечено техническими решениями, предусматривающими применение покрытий из термостойких материалов в виде облицовки из плиточных, листовых, штучных изделий и других видов покрытий.

Для повышения огнестойкости конструкций считается перспективным применение изделий вариатропной структуры, характеризующихся наличием железобетонного ядра – т.е. несущего слоя и слоя из бетона повышенной термостойкости. Эффективно применение бетона с изменяющимися показателями плотности и термостойкости по мере роста величины температурного воздействия. Исследованию и разработке термостойких слоев бетона в вариатропных изделиях, обеспечивающих повышение предела огнестойкости конструкций в условиях стандартного пожара, посвящена данная монография.

В основу монографии положены результаты исследований д-ра техн. наук, профессора Перцева В.Т., канд. техн. наук Загоруйко Т.В., канд. техн. наук Леденева А.А., выполненных на кафедре технологии строительных материалов, изделий и конструкций Воронежского государственного технического университета.

3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ УПРАВЛЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТЬЮ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

1.1. Основные современные направления и требования обеспечения огнестойкости строительных конструкций

Вопросы огнезащиты строительных конструкций зданий, повышения их огнестойкости являются основополагающими в различных отраслях промышленности и строительства.

Требования к пожарной безопасности и огнестойкости строительных конструкций зданий и сооружений непрерывно возрастают в связи со спецификой современного строительства – ростом этажности зданий, протяженности путей эвакуации, все большим объемом применения большепролетных тонкостенных конструкции.

Строительство высотных зданий [5] ежегодно увеличивается, что связано с высокой стоимостью земельных участков городских территорий, ростом численности населения и др. причинами. Высотное здание может включать в себя помещения разного функционального назначения и пожарной опасности: офисы различных учреждений, жилые помещения, помещения детских организаций, гостиницы, объекты торговли, развлекательные и спортивные объекты, автостоянки. Количество людей, одновременно находящихся в здании, исчисляется тысячами [6]. Основные несущие конструкции высотного здания должны выполняться из железобетона и удовлетворять повышенным требованиям по пределам огнестойкости [5, 7 – 9].

Следует отметить существующую нормативную базу. Введен в действие федеральный закон № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [7], положениям которого должны соответствовать все без исключения строительные объекты на территории России. Одними из важнейших разделов ФЗ № 123 являются статьи, определяющие требования к огнестойкости и пожарной опасности строительных конструкций зданий и сооружений. В настоящее время изменились подходы к организации и проведению обязательной сертификации, так как обязательными являются требования ФЗ № 123 [7], а требования государственных стандартов и других документов имеют рекомендательный характер [10]. Согласно ФЗ №123 (ст. 146 – 150) [7], сертификация продукции проводится органами, аккредитованными в соответствии с порядком, установленным Правительством РФ.

Современное строительство уже невозможно представить без массового применения железобетона. Это и жилищный сектор, и здания общественного назначения, и инженерные сооружения различных типов. Следовательно, вопрос обеспечения огнезащиты железобетонных конструкций является весьма актуальным.

Обеспечение устойчивости зданий в условиях пожара и, в частности, огнестойкости строительных конструкций в соответствии с законодательно за-

4

крепленными требованиями ФЗ № 123 [7] направлены на снижение числа жертв и материального ущерба. Это связано с применением в строительстве некоторых видов конструкций, которые обычно рассчитываются по всем правилам строительной механики, но могут разрушаться при пожаре в течение нескольких часов или даже минут. К числу таких конструкций относятся конструкции из железобетона с недостаточным защитным слоем бетона или повышенной влажностью, что может вызвать их сгорание, растрескивание, а также взрывообразное разрушение [11].

В связи с тем, что температурный фактор оказывает существенное влияние на формирование и изменение свойств бетона, необходимо обозначить следующие термины и их соответствие.

Огнестойкость конструкции – это способность строительной конструкции сохранять несущие и ограждающие функции в условиях пожара [9].

Жаростойкость бетона – стойкость к постоянному и длительному воздействию высокой температуры [12]. Бетоны подразделяются в соответствии с предельно допустимой температурой применения на классы от И3 до И18. Для класса И3 предельно допустимая температура составляет +300 ° С, а для И18 – +1800 ° С [13]. При эксплуатации бетонов в условиях резких теплосмен особую роль играет их термическая стойкость – способность противостоять изменениям температуры, не разрушаясь при термических изменениях [14, 15]. Данное свойство для бетона определяется, прежде всего, исходя из расчетов количества циклов нагрева и последующего охлаждения, которое в свою очередь бетон способен выдерживать до полного его разрушения [13]. Термостойкость бетона зависит также от его теплопроводности – способности материала передавать теплоту при перепаде температур по всему объему.

Исследования огнестойкости несущих строительных конструкций зданий в нашей стране берут свое начало с конца 40-х годов, но вплоть до 1945 г. отсутствовала база для масштабных систематических огневых испытаний строительных конструкций на огнестойкость [16]. Во ВНИИПО (ЦНИИПО) в 1945–1950 гг. был создан первый в стране центр для испытаний строительных конструкций на огнестойкость, т.е. появилась экспериментальная база, позволявшая проводить испытания основных видов строительных конструкций. Были разработаны соответствующие методики испытаний; разделены такие понятия как «огнестойкость» и «возгораемость», введен термин «предел огнестойкости», указана величина предела огнестойкости наиболее используемых в строительстве конструкций и регламентирован температурный режим испытаний конструкций на огнестойкость. Благодаря формированию научной школы по развитию теории огнестойкости [17–19] появилась возможность оценивать огнестойкость зданий, сооружений и конструктивных элементов на стадии проектирования, а также разрабатывать профилактические мероприятия по противопожарной защите. Созданная нормативно-техническая база позволила обосновать требования пожарной безопасности, которые регламентировали применение конструкций в строительстве [11].

5