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

Исследования в данной области были начаты под руководством специалистов ВНИИПО Н.А. Стрельчука, В.И. Мурашова, Д.М. Карельского и продолжены другими учеными института А.И. Милинским, В.С. Федоренко, В.А. Пчелинцевым и В.П. Бушевым [11, 17].

В период 1951 – 1988 гг. во ВНИИПО под руководством д-ра техн. наук, проф. А.И. Яковлева осуществлялись дальнейшие исследования огнестойкости конструкций. Была создана экспериментальная база для испытаний на огнестойкость строительных конструкций, в том числе железобетонных статически неопределимых балок, внецентренно сжатых колонн, элементов перекрытий с различной статической схемой, ограждающих облегченных конструкций на основе эффективных материалов, железобетонных перекрытий, лестничных маршей и стальных облицованных колонн, железобетонных несущих стен [17, 19]. В настоящее время экспериментальная база ВНИИПО позволяет проводить на установках, оборудованных современными системами, оценку огнестойкости строительных конструкций в натуральную величину с расчетной статической нагрузкой и при воздействии на них различных температурных режимов, удовлетворяющих требованиям международных стандартов [11, 20, 21].

Следует обратить внимание на условие отнесения конструкций к противопожарным преградам и к несущим конструкциям. Так, в соответствии с СП 2.13130.2012 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты», п.п. 5.3.1 и 5.3.2 [9], к строительным конструкциям, выполняющим функции противопожарных преград в пределах зданий, сооружений и пожарных отсеков, относятся противопожарные стены, перегородки и перекрытия, противопожарные занавесы, шторы и экраны. Противопожарные преграды характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью. Огнестойкость противопожарной преграды определяется огнестойкостью ее элементов. Пределы огнестойкости, обеспечивающие устойчивость противопожарной преграды конструкций, на которые они опираются, а также узлов крепления конструкций между собой по признаку R, а узлов примыкания по признакам EI, должны быть не менее предела огнестойкости противопожарной преграды.

К несущим элементам зданий относят конструкции (в соответствии с СП 2.13130.2012 п. 5.4.2 [9]), обеспечивающие его общую устойчивость и геометрическую неизменяемость при пожаре – несущие стены, колонны, рамы, арки и фермы, а также конструкции, обеспечивающие их устойчивость в случае пожара – связи, диафрагмы жесткости, элементы перекрытий.

Также существует определение, которое уточняет данное понятие применительно к огнестойкости конструкций: несущие конструкции (элементы) здания – это конструкции, воспринимающие постоянную и временную нагрузки, в том числе нагрузку от других частей зданий. Данное определение приведено в ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Метод испытания на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции» [22].

Несущие строительные конструкции можно классифицировать [11]:

6

-по назначению, т. е. выполняемым функциям в здании;

-по исполнению, т. е. в зависимости от материалов или композитов, из которых они изготовлены.

В настоящее время в Российской Федерации основными документами являются Федеральный закон № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [7], устанавливающий требования пожарной безопасности к зданиям и сооружениям и Свод правил пожарной безопасности

(СП 1.13130.2009 – СП 13.13130.2009) [23], который регламентирует широкий круг вопросов, связанных с построением системы противопожарной защиты на объектах различного функционального назначения.

Элементы зданий в зависимости от степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков нормируются по пределам огнестойкости строительной конструкции и по пределам огнестойкости противопожарных преград. В табл. 1.1, 1.2 в соответствии с требованиями ФЗ № 123 [7] приведены данные по степени огнестойкости и пределам огнестойкости строительных конструкций зданий и сооружений, а также по пределам огнестойкости противопожарных преград.

Таблица 1.1

Соответствие степени огнестойкости и предела огнестойкости строительных конструкций зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247.0-94 «Конструкции строительные. Методы испытания на огнестойкость. Общие требования» [24] и ГОСТ 30247.1-94

7

«Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции [22].

Обозначение предела огнестойкости строительной конструкции состоит из условных обозначений, нормируемых для данной конструкции предельных состояний и цифры, соответствующей времени достижения одного из этих состояний в минутах.

Таблица 1.2

Пределы огнестойкости противопожарных преград

Различают следующие основные виды предельных состояний строительных конструкций по огнестойкости [7, 22, 24]:

-потерю несущей способности (R) в результате обрушения или достижения предельных деформаций: обрушение или прогиб в зависимости от типа конструкций;

-потерю целостности (Е) в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя;

-потерю теплоизолирующей способности (I) вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140 ° С или в любой точке этой поверхности более чем на 180 ° С в сравнении с температурой конструкции до испытания или более 220 ° С независимо от температуры конструкции до испытания.

Пределы огнестойкости запроектированных или реально существующих конструкций принято называть фактическими, а нормируемые – требуемыми и

обозначать, соответственно – Пф и Птр.

Требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций назначаются в зависимости от степени огнестойкости зданий, сооружений, строений и

8

пожарных отсеков [7]. Фактические пределы огнестойкости строительных конструкций определяются двумя способами: огневыми испытаниями (REI) и расчетным методом (RI).

Согласно [22, 24] несущие строительные конструкции должны испытываться на огнестойкость под нагрузкой. Распределение нагрузки и условия опирания должны соответствовать расчетным схемам, принятым в технической документации. Испытательную нагрузку устанавливают из условия создания в расчетных сечениях образцов конструкций напряжений, соответствующих их проектным значениям или технической документации. При определении проектных значений напряжений следует учитывать только постоянные и временные длительные нагрузки в их расчетных значениях с коэффициентом надежности равным 1.

Сущность испытательного метода заключается в определении времени, по истечении которого наступит одно или несколько из вышеуказанных предельных состояний. Это экспериментально полученное время и является фактическим пределом огнестойкости.

Основное условие, при котором допустимо применение строительной конструкции по огнестойкости – фактический предел огнестойкости (Пф) должен быть больше либо равен пределу огнестойкости требуемому (Птр):

Если данное условие выполняется, то конструкция соответствует требованиям норм по огнестойкости, следовательно, допустимо применение данной конструкции без огнезащитных мероприятий. В противном случае, необходимо предусмотреть мероприятия по повышению ее огнестойкости. Повышение фактического предела огнестойкости строительных конструкций, как правило, достигается посредством применения огнезащиты.

Существующая методика оценки конструкции или ее элементов на огнестойкость с помощью испытаний позволяет определять истинную огнестойкость (Пф) конструкции, которая равна либо превышает требуемое время сохранения несущей или теплоизолирующей способности.

Но при всех своих положительных качествах испытание на огнестойкость имеет и отрицательные характеристики:

-размер опытных образцов ограничен габаритами печей;

-при испытании на огнестойкость получают данные о поведении только опытного образца, поэтому очень трудно, а иногда и невозможно использовать эти результаты в других случаях;

-испытания имеют высокую стоимость и трудоемкость [11].

Все эти недостатки экспериментального метода компенсируются современными расчетными методами при известных теплотехнических, физикомеханических свойствах материалов и повышенных температурах, которые позволяют оценить огнестойкость строительных конструкций без проведения

9

трудоемких и дорогостоящих испытаний. Согласно ст. 87 Федерального закона № 123-ФЗ [7] и ГОСТ 30247.0-94 [24] разрешается определять фактические пределы огнестойкости конструкций с применением расчетных методов.

Расчетный метод определения пределов огнестойкости конструкций имеет ряд преимуществ перед экспериментальным, в частности, он более экономичен и дает возможность проверить различные варианты решений, а также провести оценку огнестойкости конструкций, огневые испытания которых выполнить практически невозможно, например, элементов монолитных железобетонных каркасов зданий и др. Расчетные методы в частных случаях просто необходимы, так как позволяют определить фактическую огнестойкость массивных и большеразмерных конструкций. Особенно важно это для конструкций, испытывающих нагрузку на изгиб и растяжение (балки перекрытия, связи, фермы).

Согласно имеющимся данным практических испытаний применение расчетных методов определения огнестойкости железобетонных конструкций с огнезащитой удовлетворительно подтверждается результатами экспериментальных исследований [11].

1.2. Повышение эффективности огнезащиты строительных конструкций и изделий путем совершенствования составов бетонов повышенной термостойкости

Активные темпы проектирования и строительство уникальных высотных зданий и сооружений предопределили разработку и применение эффективных способов их огнезащиты.

Огнезащита – технические мероприятия, направленные на повышение огнестойкости и снижение пожарной опасности зданий, сооружений, строительных конструкций путем специальной обработки или нанесения покрытия (слоя) [25, 26]. Повышение предела огнестойкости строительных конструкций, прямо пропорционально повышению пожарной безопасности людей, находящихся на данном объекте, и достигается созданием требуемой огнезащиты.

Общеизвестно, что огнезащита является наиболее эффективным способом профилактики пожаров, а также и пассивным средством защиты от них. Она необходима для обеспечения пожарной безопасности и огнестойкости зданий и сооружений, снижения пожарной опасности различных материалов (отделочных и облицовочных, конструкционных и др.), конструкций и изделий [10]. Следует отметить, что существует также и активная огнезащита, при которой используются системы автоматического пожаротушения, пожарной сигнализации и др.

Огнезащита предназначена также для предотвращения возгорания, прекращения или замедления развития начальной стадии пожара и обеспечения его быстрой локализации. Она способствует ликвидации пожара, упрощает реализацию современных решений в строительстве [10].

Создание огнезащиты предусматривает реализацию следующих ее основ-

10