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

ных блоков [10], которые приведены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Взаимосвязь основных структурных блоков огнезащиты и системы контроля [10]

Основные блоки огнезащиты – это средства огнезащиты, а именно огнезащитный состав или материал, обладающий огнезащитной эффективностью и предназначенный для огнезащиты различных объектов [26], технологии огнезащитной обработки и объект огнезащиты с огнезащитной обработкой (рис. 1.1).

Из схемы, приведенной на рис. 1.1, видно, что основной целью огнезащиты является объект с огнезащитной обработкой, пожарная безопасность которого должна соответствовать требуемому уровню защиты.

Различают следующие способы огнезащиты [10]:

1)конструктивный способ огнезащиты – облицовка объекта огнезащиты материалами или аналогичные конструктивные решения по его огнезащите

[26].К данному способу относятся – покрытие объекта легкими эффективными штукатурками на основе термостойких минеральных материалов, облицовка строительных конструкций теплоизоляционными материалами, устройство теплоотражающих экранов, увеличение поперечного сечения конструкций и т.д.;

2)комбинированный способ огнезащиты – сочетание различных способов огнезащитной обработки, которая выполняется с применением специальных огнезащитных средств путем нанесения их на поверхности конструкций [26]. К данному способу относятся пропитки, а также различные вспучивающиеся краски, лаки и эмали.

Основными инструментами для достижения поставленной цели (рис. 1.1) являются применение качественных средств огнезащиты и полное соблюдение необходимого уровня технологии огнезащитной обработки, которые обеспечиваются контролем со стороны отдела государственного пожарного надзора Главного управления МЧС России (ОГПН ГУ ГПС МЧС России) при сертификации средств огнезащиты с лицензированием деятельности в области огнезащиты.

11

Как отмечалось ранее, железобетонные конструкции могут разрушаться не только вследствие прогрева сечений до критических температур и снижения прочности и устойчивости [27], но и вследствие взрывообразного разрушения бетона, приводящего к преждевременному наступлению предела огнестойкости строительной конструкции вследствие уменьшения размера бетонного сечения конструкции, уменьшения толщины или полной ликвидации защитного слоя рабочей арматуры [28]. Явление взрывообразного разрушения бетона встречается при интенсивном прогреве влажных конструкций, например, в подземных зданиях и сооружениях бетон может иметь повышенную влажность в условиях пожара, испытаний на огнестойкость и в других случаях. [4]. При этом взрывообразное разрушение бетона начинается, как правило, через 5 – 20 мин от начала огневого воздействия и проявляется с сильными звуковыми эффектами (хлопки, треск). Наблюдается откол от нагреваемой поверхности конструкции кусков бетона в виде пластин площадью примерно от 1 см2 до 0,5 – 1 м2 и толщиной от 1 мм до 5 см на расстояние до 10 – 15 м. Отколы распространяются на глубину от 5 до 10 см от нагреваемой поверхности бетона. Разрушение продолжается в течение всего огневого воздействия, в результате чего происходит уменьшение рабочего сечения конструкции, разрушение защитного слоя бетона, оголение рабочей арматуры конструкции, возникновение сквозных трещин

иотверстий, резкое снижение предела огнестойкости всей конструкции, повышение риска обрушения объекта в целом [28].

Взрывообразное разрушение бетона в условиях пожара представляет собой значительную опасность для строительных конструкций и зданий в целом,

идля обеспечения стойкости конструкций к этому явлению требуется разработка специальных мер [4, 29, 30].

Вероятность взрывообразного разрушения возрастает с увеличением влажности [11]. Описание данного явления подробное приведено в работах [31 – 33]. При пожаре взрывообразное разрушение бетона наиболее опасно для несущих конструкций, особенно для конструкций с небольшим поперечным сечением, например несущих колонн, панелей нижних этажей подземных сооружений, которые воспринимают большие нагрузки. Их преждевременное разрушение может вызвать обрушение других конструкций, а как следствие и здания (сооружения) в целом [11].

Возможность взрывообразного «хрупкого» разрушения бетона при пожаре оценивается по величине критерия хрупкого разрушения (F) [28], который рассчитывается исходя из физических параметров бетона: температурной деформации, модуля упругости, плотности, пористости, теплопроводности, эксплуатационной влажности и определяется по формуле:

где ασt – коэффициент линейной температурной деформации бетона, 1/град;

12

Eσt – модуль упругости нагретого бетона, Мн/м2; ρ – плотность бетона в сухом состоянии, кг/м3; а – коэффициент пропорциональности, равный 1,16 10-2 Вт·м5/2/кг; К΄1 – коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, Мн·м-3/2; П – общая пористость, м3/м3; λ – коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м·0С); Wэо – объемная эксплуатационная влажность бетона, м3/м3.

По значению величины F устанавливается возможность взрывообразного разрушения бетона при пожаре [28]:

-при F ≤ 4 бетон не разрушается; никаких дополнительных проверок или мероприятий по защите конструкций из него не требуется;

-при 4 < F < 6 бетон может разрушаться в конструкциях, имеющих напряжения сжатия от длительной нормативной нагрузки в крайнем сжатом волокне бетона или в элементах толщиной менее 4 см; необходима дальнейшая проверка возможности разрушения бетона в конструкции;

-при F ≥ 6 бетон будет разрушаться; необходимо применение специальных мероприятий.

Мероприятия по защите бетонных и железобетонных конструкций от взрывообразного разрушения при пожаре подразделяют на 3 группы [28]:

I – ликвидирующие хрупкое разрушение бетона при пожаре; II – снижающие вероятность хрупкого разрушения;

III – профилактические.

К I группе мероприятий относятся:

1) противопожарные мероприятия в виде водяных завес, спринклерных и других устройств, обеспечивающих защиту бетонных и железобетонных конструкций от воздействия огня;

2) снижение влажности в помещении до величины, при которой в случае пожара хрупкого разрушения бетона не произойдет;

3) установка в поверхностном нагреваемом слое конструкции проволоч-

ной сетки с ячейками размером от 3 до 15 мм и диаметром проволоки от 0,7 до1 мм;

4)нанесение теплоизоляционной штукатурки толщиной от 1 до 2 см из легкого бетона по поверхности конструкции;

5)применение жаростойких бетонов с шамотным заполнителем;

6)дисперсное армирование бетона у нагреваемой поверхности конструкции на глубину от 1 до 2 см асбестом, стекловолокном или металлическим волокном (5 – 7 % от массы вяжущего).

К II группе мероприятий относятся:

1)установка в балках или плитах (в защитном слое) арматурной сетки с ячейками 10 × 10 см из арматуры диаметром 3 мм на расстоянии от нагреваемой поверхности не более 0,5 – 1 см;

2)применение в поверхностном нагреваемом слое бетона полимерной добавки в количестве от 5 до 10 % массы вяжущего;

13

3)применение крупных заполнителей с низкими коэффициентами линейного температурного расширения (известняка, базальта, диабаза, доменного шлака вместо гранита);

4)замена части (не менее 1/3) или полностью природного песка песком из известняка, базальта, диабаза, сиенита или диорита;

5)использование составов бетонов с ограниченным расходом вяжущего (портландцемента не более 400 кг на 1 м3 бетонной смеси) и повышенными значениями В/Ц - отношения (не менее 0,5);

6)использование бетонов с легкими заполнителями;

7)поризация цементного камня;

8)применение шлакопортландцемента;

9)использование тонкомолотых добавок из доменных и литых шлаков. Эти мероприятия применяются для бетонов с F больше 4, но при этом

требуется выборочная проверка посредством огневых испытаний для выявления соответствия предела огнестойкости конструкции требованиям стандартов.

К III группе мероприятий относятся:

1)применение в железобетонных конструкциях арматуры той же площади, но из стержней меньшего диаметра;

2)применение поперечных сечений конструкций без выступающих углов, например, колонн круглого поперечного сечения или со срезанными углами вместо колонн прямоугольного или квадратного поперечного сечения.

Таким образом, согласно пунктам 4, 6 первой группы рассмотренных выше рекомендаций, предусмотренные нами мероприятия по созданию защитного слоя из бетона повышенной термостойкости, исключают возможность его взрывообразного разрушения, что было подтверждено результатами экспериментальных исследований, приведенных в главе 3.

Огнезащита является одним из основных мероприятий, направленных на обеспечение пожарной безопасности и огнестойкости зданий и сооружений, снижение пожарной опасности конструкций, числа жертв и материального ущерба. Применение того или иного способа огнезащиты определяется особенностями различных видов конструкций, областями их использования, значениями требуемых пределов огнестойкости и пределов распространения огня и др. Известно, что стоимость огнезащиты, обеспечивающей предел огнестойкости стальных конструкции равный 45 мин, составляет около 15 % стоимости конструкций, а предел огнестойкости равный 120 мин – около 30 % их стоимости [34, 35]. В связи с этим еще одной важнейшей задачей становится создание эффективных средств огнезащиты, позволяющих существенно снизить стоимость огнезащитной обработки конструкций.

Анализ литературных данных [17, 36 – 39] показал, что объектами в общем строительстве, требующими применения огнезащиты, являются главным образом тонкостенные несущие железобетонные конструкции, а также сборные многослойные, пустотные, ребристые, тонкослойные панели и плиты, конструкции с внешним армированием [35]. По данным [17] предел огнестойкости

14