Сайт пожарных | Пожарная безопасность. Огнестойкость бетона


воздействие высоких температур и огнестойкость

Бетон – это особая смесь из воды, цемента, песка и других наполнителей. Затвердев, этот искусственный камень приобретает прочность, долговечность и отличную стойкость. Стойкость бетонного состава определяется его невосприимчивостью к влаге, различным температурным перепадам, не теряя при этом своих прочностных свойств. У этого строительного материала низкий предел горючести, что не влечет за собой распространения пожара при воздействии на него повышенных нагревов. Бетонным постройкам, зданиям и сооружениям, за счет качеств раствора, обеспечивается отличная огнестойкость. Изделия из бетона обладают не только огнестойкостью, но и высокой жаростойкостью.

Отличие огнестойкости от жаростойкости

Огнестойкость бетона – это качество, позволяющее стройматериалу противостоять повышенным температурам недолговременно, например, во время пожара. Жаростойкость – это сохранение свойств бетонного раствора при долговременном действии на него большой температуры, например, при использовании конструкций для теплообработки разнообразных изделий. Всем бетонам присуща огнестойкость, чего нельзя сказать о жаростойкости, этим качеством обладает далеко не каждый застывший раствор.

Несмотря на то, что бетон – пожаробезопасный и огнестойкий строительный материал, он все равно поддается большим температурным градусам. Огни, воздействующие на него в течение короткого времени, не способны привести к повреждению прочностных характеристик материала, но если огонь имеет продолжительное влияние на бетонные изделия, тогда происходит их повреждение. Если температура двести пятьдесят градусов, тогда бетон теряет свою прочность всего на двадцать пять процентов, а если в пределах пятисот градусов – стройматериал подвергается полному разрушению.

Бетонный состав, горючесть которого низкая, имеет повышенную прочность и стойкость к огненным влияниям, но может разрушиться и потерять свои прочностные характеристики как при пожаре, так и неправильном обращении с подогретым составом. Таким образом, резкое увлажнение или охлаждение уже подогретой смеси, влечет за собой образование трещин, разрушений, которые не поддаются устранению, а также ослабеванию арматурной конструкции, служащих для укрепления построек.

Горение отрицательно сказывается на структуре бетона, она разрушается и разлагается на составляющие компоненты цементного камня.

Жаростойкость бетонного состава получается путем введения в раствор специальных добавок на основе алюминия и кремния. Эти составляющие позволяют избегать плавления, горения в момент пожара и других разрушений бетонных конструкций при повышенных температурных режимах. Что касается огнестойкости, то она достигается путем добавления заполнителей в процессе приготовления раствора.

Вернуться к оглавлению

Воздействие высоких температур на бетонный состав

Температурные режимы, воздействующие на бетонный состав, в пределах 250 – 300 градусов влекут за собой разрушение структуры и уменьшение прочностных характеристик цементного камня. Когда на градуснике отметка достигает пятисот пятидесяти градусов по Цельсию, имеющиеся в бетоне песок и щебень подвергаются растрескиванию, если превышает 550 градусов – бетонные конструкции полностью разрушаются.

Повышение температурных показателей непосредственно влияет на прочность бетонного состава. Таким образом, при укладке и застывании раствора повышение отметки на градуснике может повлиять на прочность бетона, возраст которого начинается от семи суток и более. Происходит это из-за ускоренной гидратации, в результате чего достигается несовершенная физическая структура с большим количеством незаполненных пор. По результатам опытов было замечено, что при повышенных температурных показателях прочность бетонного раствора на высшем уровне в первые дни, после схватывания состава, но уже на четвертые сутки прочностные характеристики значительно опускаются. Чтобы улучшить прочность раствора, в него добавляют хлористый кальций, который способен повысить стойкость к повышенным температурным показателям.

Вернуться к оглавлению

Жароупорные бетоны

Жароупорный бетонный раствор основан на портландцементе, с помощью которого смесь из песка, щебня, цемента и воды способна выдерживать повышенные температурные показатели до тысячи градусов по Цельсию и выше. Помимо основных составляющих бетона и портландцемента, в него также входит алюминиевая добавка мелких фракций и кремниевая. Добавки в растворе позволяют связывать гашеную известь, которая образуется при гидратации цементного камня. Жароупорный строительный материал из смеси цемента, песка, щебня и воды также имеет в своем составе следующие заполнители, которые предотвращают плавление, деформацию и разрушение бетонных изделий даже в момент пожара:

  • андезит;
  • кирпичный щебень;
  • шамот;
  • доменный шлак;
  • базальт;
  • туф.

В зависимости от наполнителей определяется максимальный температурный режим жароупорного бетона. Приготовить такой раствор можно и собственноручно на строительной площадке.

Вернуться к оглавлению

Огнестойкость конструкций из железобетона

Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности плит.

На огнестойкость железобетонных конструкций влияют следующие параметры:

  • нагрузка на постройку;
  • толщина защитного яруса;
  • размеры сечения сооружений;
  • количество и диаметр арматурный конструкций.

Чем меньше плотность используемого материала и чем больше его толщина, тем выше предел огнестойкости, который зависит и от вида опоры для конструкции, и от статической схемы. Исходя из этого, строители должны произвести расчет по огнестойкости ж/б конструкций, прежде чем приступать к их заливке. Конструкции, которые имеют горизонтальное положение, поддаются разрушениям под действием нагрева нижней арматуры, поэтому предел нагрева, прежде всего, зависит от класса арматурной конструкции, способности материала проводить тепло и от размеров слоя защиты.

Горизонтальные конструкции – это балочные плиты, балки, настилы и панели, прогоны и др. Конструкции, которые имеют тонкие стены и поддаются изгибаниям – это настилы, ригели, балки, панели ребристые и пустотелые. Огнестойкость колонн основана на следующих показателях:

  • процент армирования;
  • нагрузка на конструкции;
  • вид крупнофракционного заполнителя;
  • размер сечения под прямым углом относительно продольной оси;
  • толщина слоя защиты на арматуре.

В процессе заливки колонн следует обязательно придерживаться инструкции. Колонны разрушаются в результате открытого огненного пламени при снижении прочностных характеристик бетонного раствора и арматурной конструкции.

Вернуться к оглавлению

Огнестойкость ячеистых бетонов

Ячеистый бетон представляет собой пористый искусственный материал, который используется в строительстве различных зданий и сооружений. В его состав входят минеральные вяжущие и кремнеземистые заполнители. Применяют ячеистый строительный материал из смеси цемента, песка, щебня и воды для теплоизоляции помещений, им утепляют железобетонные плиты и перекрытия, используют легкий бетон для теплозащиты поверхности различных оборудований, трубопроводов, которые используются при температурных режимах свыше четырехсот и даже семисот градусов по Цельсию.

Огнестойкость ячеистого бетона выше, если плотность строительного материала минимальна, таким образом, предельные показатели огнестойкости газоблоков и других изделий из пористого стройматериала повышены.

По исследованиям и опытам, которые проводили в шведском и финском учебном заведении, определена прочность ячеистого бетонного состава, которая изменяется при нагревании следующим образом:

  • происходит увеличение прочностных характеристик до восьмидесяти пяти процентов, если температурные показатели не выше четырехсот градусов по Цельсию;
  • понижение прочностных характеристик до изначальных происходит при разогреве материала до семисот градусов по Цельсию;
  • снижение прочности ячеистого бетонного состава на восемьдесят шесть процентов осуществляется при разогреве строительного материала до тысячи градусов и не более при этом прочностной показатель принимает стабильность.

Можно сделать вывод, что предельные значения огнестойкости ячеистых блоков достигают девятисот градусов по Цельсию, когда обычный бетонный состав начинает терять свои основные части прочности при значении от четырехсот до семисот градусов. Таким образом, ячеистый бетон наиболее популярен при возведении зданий и сооружений, где требуются повышенные показатели пожаробезопасности.

Вернуться к оглавлению

Заключение

Бетон представляет собой строительный материал, который обладает отличными прочностными характеристиками, имеет повышенные показатели огнестойкости и при добавлении в состав бетонного раствора специальных наполнителей, приобретает жаростойкость. На огнестойкость и жаростойкость бетонного раствора влияют различные показатели и факторы, например, материал, который используется в качестве наполнителя, или же конструкции, которые возводят из строительного материала на основе песка, цемента, щебня и воды.

Различия между огнестойкостью и жаростойкостью очевидны. В первом случае бетонные конструкции имеют возможность противостоять повышенным температурным показателям в течение непродолжительного времени, а при жаростойкости строительного материала, бетонные конструкции сохраняют прочностные характеристики долговременно.

kladembeton.ru

Огнестойкость, жаростойкость бетона | Справочник строительных терминов

Огнестойкость бетонаСоп.ротивление бетона кратковременному воздействию огня в случае пожара называют его огнестойкостью. Жаростойкость же бетона представляет собой стойкость бетонов при постоянном и длительном воздействии высокой температуры при эксплуатации различных тепловых агрегатов (бетон жароупорный). Бетон относят к классу огнестойких материалов.

Из-за относительно низкой теплопроводности бетона непродолжительное действие высоких температур не вызывает достаточного нагревания бетона, а также арматуры, которая находится под защитным слоем. Гораздо опаснее является поливание холодной водой сильно разогретого бетона (к примеру, при тушении пожара). При этом холодная вода вызывает образование трещин, нарушение защитного слоя, а также обнажение арматуры при не прекращающемся воздействии высоких температур.

Бетон на портландцементе при длительном действии высокой температуры является не пригодным к эксплуатации при температурах больше 2500С. Известно, что при нагревании обычного бетона от 2500С до 3000С происходит уменьшение прочности, сопровождающееся разложением гидрата кальция окиси, а также разрушением структуры камня цементного. Под воздействием температур выше 5500С, содержащиеся в гранитном щебне и в песке зерна кварца начинают растрескиваться, поскольку при таких температурах кварц переходит в иную модификацию (тридимит). Растрескивание обусловлено увеличением объема кварцевых зерен и образованием микротрещин в тех местах, где цементный камень соприкасается с зернами заполнителя. С последующим увеличением температуры приходят в разрешение и иные структурные элементы стандартного бетона. Посредством практических и научных изысканий была установлена возможность создания на основе портландцемента бетона жароупорного, который способен проявлять стойкость к температурам от 11000С и выше.

С этой целью в бетоны надо вводить кремнеземистые или алюмокремнеземистые тонкомолотые добавки, которые связывают выделяющуюся в ходе гидратации цемента свободную гидроокись кальция. Заполнителями в таком бетоне должны быть такие материалы, которые обладают достаточным уровнем термостойкости и огнеупорности (к примеру, шамот, кирпичный щебень, туфы, отвальный доменный шлак, андезит, базальт, хромистый железняк). Цифры максимальных температур, которые способна выдерживать конструкция, зависят от термостойкости и огнеупорности тонкомолотых добавок и заполнителей.

Например, при использовании молотых добавок и шамота максимальная температура эксплуатации бетонов жароупорных на портландцементе составляет 11000С-12000С. Если же максимальные температуры эксплуатации не превышают 7000С, то в качестве заполнителей бетона можно использовать бой глиняного кирпича, артикский туф, отвальный доменный шлак, андезит, диабаз, базальт, а в качестве добавок – цемянку, гранулированный доменный шлак, золу-унос, пемзу. При этих же температурных условиях (до 7000С) можно в бетоне портландцемент заменять на шлако-портландцемент. При этом вводить тонкомолотые добавки не требуется. Чтобы изготовить жароупорный бетон для эксплуатации при 13000С-14000С, надо использовать цемент глиноземистый с крупным и мелким заполнителями из хромистого железняка либо шамота. При этом тонкомолотые добавки, предназначенные для связывания гидроокиси кальция не нужны. Для жароупорного бетона, который будет использоваться при максимальных температурах до 9000С-10000С, в качестве вяжущего можно использовать и жидкое стекло с натрием кремнефтористым.

Справочник строительных материалов (О)Справочник строительных материалов и терминов

www.gvozdem.ru

Общая информация об огнестойкости бетонов

  При высокотемпературном нагреве в бетоне происходят сложные физико-химические и физикомеханические процессы.Прочность бетона при действии высоких температур зависит от свойств вяжущих веществ, от дисперсного состава заполнителей. При нагревании бетонов и растворов происходит дегидратация образовавшихся в процессе твердения гидросиликата и гидроалюмината кальция, а равно и гидрата окиси кальция. Распад гидратов приводит к нарушению механической прочности отвердевшей цементной массы. Результатом физико-механических и химических процессов в нагретом бетоне может явиться отслаивание заполнителя от цементного камня вследствие появления трещин на поверхности контакта, что приводит иногда к растрескиванию всего элемента. На растрескивание бетона оказывает влияние и миграция химически связанной воды в порах бетона, механизм которой изучен недостаточно.    Взрывообразное послойное разрушение бетона может происходить вследствие растягивающих напряжений, возникающих из-за давления паров физической влаги в порах, а также, или в дополнение к этому, из-за разупрочнения бетона после потери им связанной воды. Разупрочнение бетона может способствовать его разрушению не только из-за давления паров в порах, но и под действием термических напряжений, а также из-за различия в коэффициентах температурного расширения различных наполнителей бетона.   Нарушение структуры бетона после высокотемпературного огневого воздействия происходит в следующих диапазонах температур: • в начале пожара при температуре до 200°С прочность бетона на сжатие практически не изменяется. Считается, что только в случаях, если влажность бетона превышает 3,5%, то при огневом воздействии и температуре 250°С возможно хрупкое разрушение бетона.  Но оно возможно и при более низкой влажности,  даже при воздействии стандартных температурных воздействий (что доказали огневые испытания в 2016-2017 гг. блоков тоннельной обделки), и особенно проявляется при воздействии огневого воздействия, развивающегося по "тоннельной" или "углеводородной" кривой,

• от 250 до 350°С в бетоне образуются, в основном,  трещины от температурной усадки бетона.                       

• до 450°С в бетоне образуются трещины преимущественно от разности температурных деформаций цементного камня и заполнителей. 

• свыше 450°С происходит нарушение структуры бетона из-за дегидратации Са(ОН)2, когда свободная известь в цементном камне гасится влагой воздуха с увеличением объема. 

• при температуре свыше 573°С наблюдается нарушение структуры бетона из-за модифицированного превращения α-кварца в β-кварц в граните с увеличением объема заполнителя. 

• при температуре свыше 750°С структура бетона полностью разрушается.

Рисунок2 На фотографии один из блоков тоннельной обделки, проходивший 90-минутные огневые испытания во ВНИИПО в 2017 г. Взрывообразное разрушение началось уже на 20-й минуте.

 Такие же приблизительно  результаты были и при отжиге блоков тоннельной обделки в МГСУ (Мытищи) в 2016 г.

 

 Применение в типовых композициях тяжелых и мелкозернистых бетонов нашей микросинтетических полипропиленовой фибры  серии "PROZASK" позволяет  предотвратить  взрывообразное разрушения бетона при высокотемпературном воздействии и, тем самым повысить огнестойкость/пожаростойкость железобетонных конструкций (просим не путать с жаростойкими и огнеупорными бетонами, для которых высокая температура является стандартным режимом эксплуатации).

 Проведенная серия механических и огневых испытаний бетонов и железобетонных (а также стеклопластиково-бетонных, с композитной арматурой) конструкций на примере блоков тоннельной обделки (т.н. тоннельные "тюбинги") под нагрузкой по ГОСТ 30247.1-94 показала соответствие данных бетонов (с доказанной  огнестойкостью) требованиям действующего российского законодательства.

 Мы предлагаем всем заказчикам и производителям железобетонных конструкций воспользоваться технологией введения специальной микрофибры "PROZASK IGS" в бетонную матрицу и получить в результате бетоны с повышенной огнестойкостью ( которые мы также условно называем "огнестойкие бетоны" или "пожаростойкте бетоны").  Фибра "Prozask IGS" была применена при строительстве тоннелей Kenfish Town Cable (London), Schlossberg Tunnel (Graz, Austria), North Downs Tunnel (Kent, UK), Airside Tunnel (Heathrow Airport, UK), De Westerscvheide Tunnel (Netherland), Penchala Tunnel (Kuala Lumpar, Malaysia) и еще более 20 тоннелей.

 В свою очередь, мы готовы оказать содействие по проектированию вами конструкций (например, с привлечением специалистов НИИЖБ)или получению заключений по огнестойкости ваших конструкций (например специалистами ВНИИПО МЧС России), соответствующих требованиям российского противопожарного законодательства. 

  

 

 

prozask.ru

Огнестойкость бетона | Техника безопасности

Повышение предела огнестойкости железобетонных конструкций составом СОШ-1С целью обеспечения требований по пожарной безопасности возводимых зданий необходимо предусматривать пассивную огнезащиту, которая достигается использованием негорючих материалов, повышающих предел огнестойкости строительных конструкций

Повышение предела огнестойкости железобетонных конструкций

Огнестойкость строительных конструкций должна подтверждаться результатами их огневых испытаний. Наряду с экспериментальным методом оценки огнестойкости конструкций можно использовать расчетные методы [1, 2]. Расчетный метод определения пределов огнестойкости конструкций имеет ряд преимуществ по сравнению с экспериментальным: он более экономичен и дает возможность проверить различные варианты решений, а также провести оценку огнестойкости конструкций, огневые испытания которых выполнить практически невозможно (элементы монолитных железобетонных каркасов зданий и др.).

Огнестойкость строительных конструкций экспериментально или расчетом оценивается при стандартном тепловом воздействии на них [1]. Предел огнестойкости несущих конструкций наступает при понижении их несущей способности до величины нормативной нагрузки, действующей на конструкции. Огнезащита железобетонных конструкций должна обеспечивать прогрев ниже критической температуры как рабочей арматуры и сжатых слоев бетона несущих конструкций, так и необогреваемой поверхности ограждающих конструкций.

В наиболее общем случае значения критической температуры как для бетонов, так и для рабочей арматуры несущих конструкций зависят от величины нагружения или от значения коэффициента надежности по нагрузке [3]. Приведенные в СТО 3655401-006-2006 [4] ориентировочные значения критической температуры для рабочей арматуры железобетонных конструкций соответствуют снижению сопротивления арматуры примерно в два раза.

Огнестойкий бетон

Рис. 1. Варианты огнезащиты железобетонных конструкций

Класс арматуры Минимальное расстояние до оси арматуры без огнезащиты конструкций (а*, мм) при времени прогрева, мин

45

60

90

120

150

180

210

240

А240-А500

32

37

50

60

70

79

88

97

А550-А1000

35

40

54

65

76

86

96

105

В500-Вр1500, К1400, К1500

38

43

58

70

82

93

104

113

 

Рецептура штукатурного состава СОШ-1 разработана таким образом, чтобы материал мог использоваться для огнезащиты железобетонных и стальных конструкций, обеспечивая пределы огнестойкости от 45 до 240 мин.Состав огнезащитный штукатурный СОШ-1 (ТУ 5765-001-54737814-00) представляет собой сухую смесь на основе вспученного перлита, армирующего волокна, цементного вяжущего и целевых добавок.

Технические характеристики СОШ-1Плотность, кг/м³ 367Теплопроводность при температуре (22 + 5)°С, Вт/(м-К), не болеев сухом состоянии 0,069при влажности 11,5% 0,097

Преимущества состава СОШ-1:- обладает высокой адгезией к грунтованным стальным и бетонным поверхностям, выдерживает небольшие вибрации и деформацию;- вследствие невысокой плотности состава (370-390 кг/м3) образует легкое покрытие и не оказывает существенной дополнительной нагрузки на несущие конструкции;- усадка после высыхания покрытия незначительна, толщина слоя может контролироваться при нанесении состава;- образует покрытие без стыков и температурных мостиков;- при соблюдении требований нормативной документации покрытие не растрескивается и не отслаивается;- не содержит вредных для человека и окружающей среды веществ.ООО «Кроз» совместно с Академией Государственной противопожарной службы МЧС России на основании результатов экспериментальных исследований прогрева конструкций, защищенных огнезащитным составом СОШ-1, а также на основании сертификационных испытаний этого огнезащитного состава разработали методику определения необходимой толщины слоя огнезащитного состава СОШ-1, обеспечивающего выполнение требований пожарной безопасности к огнестойкости железобетонных конструкций.

Необходимая толщина слоя огнезащиты определяется в зависимости от значения требуемого предела огнестойкости для конструкции, вида бетона, класса рабочей арматуры и её положения в сечении конструкции (рис. 1).

Толщина слоя огнезащиты для каждой обогреваемой поверхности конструкции определяется по максимально прогреваемым в условиях пожара стержням арматуры. При наличии в сечении конструкции нескольких стержней арматуры, интенсивно прогреваемых при пожаре, толщина слоев огнезащиты определяется по каждому стержню. Окончательная толщина огнезащитного слоя принимается равной максимальному значению из всех отдельно найденных значений толщин слоев для рассматриваемой обогреваемой поверхности.

Рис. 2. Номограмма для определения необходимой толщины огнезащитного слоя СОШ-1 для огнезащиты железобетонных конструкций

Рис. 2. Номограмма для определения необходимой толщины огнезащитного слоя СОШ-1 для огнезащиты железобетонных конструкций. Числами на кривых обозначено время прогрева в мин

Рис. 3. Номограмма для определения необходимой толщины огнезащитного слоя СОШ-1 для огнезащиты металлоконструкций

Рис. 3. Номограмма для определения необходимой толщины огнезащитного слоя СОШ-1 для огнезащиты металлоконструкций. Числами на кривых обозначено время прогрева в мин

Толщина основного слоя для каждой обогреваемой поверхности конструкции определяется по значению расстояния от рассматриваемой обогреваемой поверхности до оси стержня арматуры с использованием графиков (рис. 2). При этом расстояние до оси арматуры должно быть меньше значения а* приведенного в таблице.Состав СОШ-1 обеспечивает огнестойкость железобетонных конструкций от 45 до 240 мин (протокол пожарных испытаний №112/ИЦ-06 от 16.01.2006).

Рис. 3. Номограмма для определения необходимой толщины огнезащитного слоя СОШ-1 для огнезащиты металлоконструкций. Числами на кривых обозначено время прогрева в мин

Состав СОШ-1 также предназначен для повышения предела огнестойкости стальных несущих конструкций (сертификат пожарной безопасности CCnB.RU.On.032.B.00184 от 22.12.2004 г.) и способен обеспечить огнестойкость от 45 до 180 мин в соответствии с «Методикой определения необходимой толщины слоя огнезащитного состава СОШ-1 в

зависимости от приведенной толщины и требуемой огнестойкости стальных конструкций». Методика позволяет при разработке проектов огнезащиты стальных конструкций с использованием состава СОШ-1 номографически определить применительно к каждому конкретному случаю требуемую толщину слоя покрытия (рис. 3).

Состав оптимизирован для использования растворо-смесителей и штукатурных агрегатов циклического действия отечественного производства.

Список литературы1. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования.2. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.3. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.4. СТО 36554501-006-2006. Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций.

snip1.ru

Определение предела огнестойкости строительных конструкций. Таблица

Пределы огнестойкости строительных конструкций имеют следующие обозначения:

  • потеря несущей способности – R;
  • потеря целостности – Е;
  • потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений – I;
  • достижение предельной величины плотности теплового потока на нормируемом расстоянии от необогреваемой поверхности конструкции – W.

Предел огнестойкости для заполнения проемов в противопожарных преградах наступает:

  • при потере целостности (Е),
  • теплоизолирующей способности (I),
  • достижении предельной величины плотности теплового потока (W) и (или) дымогазонепроницаемости (S).

 Внимание: методические материалы для проведения занятий по данной теме по кнопке скачать после статьи! 

Степени огнестойкости и пределы огнестойкости строительных конструкций

зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков

Степень огнес-тойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков Несущие стены, колонны и другие несущие элементы Наружные ненесущие стены Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами)

Строительные конструкции бесчердачных покрытий

Строительные конструкции лестничных клеток

настилы (в том числе с утеплителем) фермы, балки, прогоны внутренние стены марши и площадки лестниц
I R 120 Е 30 REI 60 RE 30 R 30 REI 120 R 60
II R 90 Е 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 90 R 60
III R 45 Е 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 60 R 45
IV R 15 Е 15 REI 15 RE 15 R 15 REI 45 R 15
V не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется

Пределы огнестойкости металлических конструкций

Испытания предела огнестойкости дверейПределы  огнестойкости  большинства  незащищенных  металлических конструкций очень малы и находятся в пределах:  (R10 – R15) для стальных конструкций; (R6 – R8) для алюминиевых конструкций. Исключение составляют колонны массивного сплошного сечения, у которых предел огнестойкости без огнезащиты может достигать R 45, но применение таких конструкций в строительной практике встречается крайне редко.

В  случаях,  когда  минимальный  требуемый  предел  огнестойкости конструкции (за исключением конструкций в составе противопожарных преград) указан R15  (RE15,  REI15),  допускается  применять  незащищенные  стальные  конструкции независимо  от  их  фактического  предела  огнестойкости,  за  исключением  случаев,  когда предел  огнестойкости  несущих  элементов  здания  по  результатам  испытаний  составляет менее R8 (п. 5.4.2 СП 2.13130.2009).

Причина  столь  быстрого  исчерпания  незащищенными  металлическими конструкциями  способности  сопротивляться  воздействию  пожара  заключается  в больших  значениях  теплопроводности    и  малых  значениях  теплоемкости. Высокая  теплопроводность  металла  практически  не  вызывает температурного градиента  внутри сечения металлической конструкции. Это  приводит  к  тому,  что  при  пожаре  температура  незащищенных металлических  конструкций  быстро  достигает  критических  температур  прогрева металла,  при  которых  происходит  снижение  прочностных  свойств  материала  до такой  величины,  что  конструкция  становится  неспособной  выдерживать приложенную  к  ней  внешнюю  нагрузку,  в  результате  чего  наступает  предельное состояние конструкции по признаку потере несущей способности (R).

Значения критической температуры  Tcr  прогрева  различных  металлических конструкций при нормативной эксплуатационной нагрузке приведены в таблице:

Материал конструкции Tcr, град.С
Сталь углеродистая Ст3, Ст5 470
Низколегированная сталь марки:

25Г2С

30ХГ2С

550

500

Алюминевые сплавы марки:

АМг-6,

АВ-Т1Д1Т,

Д16ТВ92Т

225

250

165

Как  видно  из  таблицы критические  температуры  для  алюминиевых конструкций в 2-3 раза ниже, чем у стальных элементов. Если  возникает  необходимость  обеспечить  огнестойкость  металлических конструкций зданий выше, чем R15, то применяют различные способы повышения огнестойкости этих конструкций: облицовка  несгораемыми  материалами, нанесение  на  поверхность  специальных огнезащитных покрытий (красок и обмазок), наполнение  полых  конструкций  водой  постоянным  или  аварийным, с естественной или принудительной циркуляцией.

Пределы огнестойкости деревянных конструкций

Испытания предела огнестойкостиВ  отличие  от  металла  дерево  является  горючим  материалом,  поэтому пределы  огнестойкости  деревянных  конструкций  зависят  от  двух  факторов: времени  от  начала  воздействия  пожара  до  воспламенения  древесины времени  от  начала  воспламенения  древесины  до  наступления  того  или  иного предельного состояния конструкции.

Традиционным  способом  повышения  огнестойкости  деревянных конструкций является нанесение штукатурки. Слой штукатурки толщиной 2 см на деревянной колонне повышает ее предел огнестойкости до R60. Эффективным  способом  огнезащиты  деревянных  конструкций  являются разнообразные  краски  вспучивающиеся  и  невспучивающиеся,  а  также  пропитка антипиренами.

Время от начала теплового воздействия до воспламенения древесины в зависимости от способа огнезащиты приведено в таблице:

Способ огнезащиты Время до воспламенениядревесины, мин
Без огнезащиты и пропитке антипиренами 4
При защите: штукатуркой гипсовой толщиной 10…12мм

штукатуркой цементной по металлической сетке толщиной 10…12мм

полужесткой минераловатной плитой толщиной 70мм

асбоцементными плоскими листамитолшиной 10…12мм

30

30

35

20

При защите вспучивающимися покрытиями ВПД в 4 слоя или ОФП-9 в 2 слоя 8

Пределы огнестойкости железобетонных конструкций

Испытания предела огнестойкости оконОгнестойкость  железобетонных  конструкций  зависит  от  многих  факторов: конструктивной  схемы,  геометрии,  уровня  эксплуатационных  нагрузок,  толщины защитных слоев бетона, типа арматуры, вида бетона, и его влажности и др.

В  условиях  пожара  предел  огнестойкости  железобетонных  конструкций наступает, как правило:

а)  за  счет  снижения  прочности  бетона  при  его  нагреве;

б) теплового расширения и температурной ползучести арматуры;

в) возникновения сквозных отверстий или трещин в сечениях конструкций;

г) в результате утраты теплоизолирующей способности.

Наиболее  чувствительными  к  воздействию  пожара  являются  изгибаемые железобетонные  конструкции:  плиты,  балки,  ригели,  прогоны.  Их  предел огнестойкости  в  условиях  стандартных  испытаний  обычно  находится  в  пределах R45-R90. Столь  малое  значение  пределов  огнестойкости  изгибаемых  элементов объясняется тем, что рабочая арматура растянутой зоны этих конструкций, которая вносит  основной  вклад  в  их  несущую  способность,  защищена  от  пожара  лишь тонким    защитным  слоем  бетона.  Это  и  определяет  быстроту  прогрева  рабочей арматуры конструкции до критической температуры.

Данные о фактических пределах огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций приведены в таблицах:

Таблица 1.Пределы огнестойкости свободно опертых плит.

Вид бетона и характеристика плит Минимальные толщина плиты (t) и расстояние до оси арматуры (a), мм Пределы огнестойкости, мин.
15 30 60 90 120 150 180
Тяжелый толщина плиты t 30 50 80 100 120 140 155
опирание по двум сторонам или по контуру при ly/lx ≥1,5 a 10 15 25 35 45 60 70
опирание по контуруly/lx<1 ,5 a 10 10 10 15 20 30 40

 

(окончание таблицы)

Вид бетона и характеристика плит Минимальные толщина плиты (t) и расстояние до оси арматуры (a), мм Пределы огнестойкости, мин.
15 30 60 90 120 150 180
Легкий(γв = 1,2т/м3) толщина плиты t 30 40 60 75 90 105 120
опирание по двум сторонам или по контуру при ly/lx ≥1,5 a 10 10 20 30 40 50 55
опирание по контуру ly/lx<1 ,5 a 10 10 10 10 15 25 30

Примечания:

1)  Минимальная  толщина  плиты  t  обеспечивает  значение  предела  огнестойкости  по признаку  “I” , а  расстояние  до  оси  арматуры  –  значение  предела  огнестойкости  по признаку “R”.

2)  Пределы  огнестойкости  многопустотных  и  ребристых  с  ребрами  вверх  панелей  и

настилов следует принимать по таблице 1, умножая их на коэффициент 0,9.

3) Пределы огнестойкости статически неопределимых конструкций больше, чем пределы огнестойкости статически определимых на 25%, если отношение площади арматуры над опорной к площади арматуры в пролете равно 0,5, и на 50%, если это отношение равно 1,0.

4)  Эффективная  толщина  многопустотной  плиты  для  оценки  предела  огнестойкости определяется делением площади поперечного сечения плиты, за вычетом площади пустот, на ее ширину.

Таблица 2. Пределы огнестойкости статически определимых свободно опертых балок из тяжелого бетона, нагреваемых с 3-х сторон.

Пределы огнестойкости балок из тяжелого бетона, мин. Ширина балки (b) и расстояние до оси арматуры (a), мм Минимальные размеры железобетонных балок, мм Минимальная ширина ребра bw, мм
30 b

a

80

25

120

15

160

10

200

10

80
60 b

a

120

40

160

35

200

30

300

25

100
90 b

a

150

55

200

45

280

40

400

35

100
120 b

a

200

65

240

55

300

50

500

45

120
150 b

a

240

80

300

70

400

65

600

60

140
180 b

a

280

90

350

80

500

75

700

70

160

Примечания:

1) Для двутавровых балок, у которых отношение ширины полки к ширине стенки больше 2, необходимо в ребре устанавливать поперечную арматуру. При этом отношении больше 3 пользоваться таблицей 2 нельзя.

2) Пределы огнестойкости статически неопределимых конструкций больше, чем пределы огнестойкости статически определимых на 25%, если отношение площади арматуры над опорной к площади арматуры в пролете равно 0,5; и на 50%, если это отношение равно 1,0.

Таблица 3. Пределы огнестойкости растянутых железобетонных элементов (растянутые элементы ферм, арок, обогреваемых со всех сторон).

Вид бетона Толщина стены (b) и расстояние до оси арматуры (a), мм Минимальные размеры железобетонных стен, мм,с пределами огнестойкости, мин.
30 60 90 120 150 180
Тяжелый b

a

80

25

120

40

150

55

200

65

240

80

280

90

Легкий(γв = 1,2т/м3) b

a

80

25

120

35

150

45

200

55

240

65

280

70

Литература:

  1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Закон РФ от  22.07.2008 №123-ФЗ (с изменениями на 03.07.2016).
  2. Ройтман  В.М.  Инженерные  решения  по  оценке  огнестойкости  проектируемых  и реконструируемых зданий. М., Ассоциация «Пожнаука», 2001.
  3. Пособие по определению пределов огнестойкости строительных конструкций. Приказ ЦНИИСК от 19.12.1984 №351/л (с обновлениями 2016 года).

fireman.club

Огнестойкость и жаростойкость бетона — доклад

Огнестойкость и жаростойкость бетона

Под огнестойкостью понимают сопротивляемость бетона кратковременному действию огня при пожаре. Под жаростойкостью понимают стойкость бетона при длительном и постоянном действии высоких температур в условиях эксплуатации тепловых агрегатов (жароупорный бетон). Бетон относится  к числу огнестойких материалов. Вследствие сравнительно малой теплопроводности бетона кратковременное воздействие  высоких температур не успевает вызвать  значительного нагревания бетона и  находящейся под защитным слоем  арматуры. Значительно опаснее поливка  сильно разогретого бетона холодной водой (при тушении пожара), она  неизбежно вызывает образование  трещин, разрушение защитного слоя и обнажение арматуры при продолжающемся действии высоких температур. В условиях длительного воздействия высоких  температур обычный бетон на портландцементе  не пригоден к эксплуатации при температуре  выше 250°. Установлено, что при нагреве  обычного бетона выше 250—300° происходит снижение прочности с разложением  гидрата окиси кальция и разрушением  структуры цементного камня. При  температуре выше 550° зёрна кварца в песке и гранитном щебне  начинают растрескиваться вследствие перехода кварца при этих температурах в другую модификацию (тридимит), что связано со значительным увеличением объёма зёрен кварца и образованием микротрещин в местах соприкосновения зёрен заполнителя и цементного камня. При дальнейшем повышении температуры разрушаются и другие структурные элементы обычного бетона. Научными работами, а также практикой установлена возможность получения на основе портландцемента жароупорного бетона, стойкого до температуры 1100—1200° и более.

Для этого в бетон необходимо вводить тонкомолотые кремнезёмистые или алюмокремнезёмистые добавки, связывающие свободную гидроокись кальция, выделяющуюся при гидратации цемента. В качестве же заполнителей применяют материалы, обладающие достаточной степенью огнеупорности и термостойкости, например хромистый железняк, шамот, базальт, андезит, отвальный доменный шлак, туфы и кирпичный щебень. Максимальная температура, выдерживаемая конструкциями, зависит, от огнеупорности и термостойкости заполнителей и тонкомолотых добавок. Так, при применении шамота и молотых добавок максимальная эксплуатационная температура жароупорных бетонов на портландцементе достигает 1100—1200°. При максимальной эксплуатационной температуре 700° можно в качестве заполнителей бетона применять базальт, диабаз, андезит, отвальный доменный шлак, артикский туф, бой глиняного кирпича, а в качестве тонкомолотых добавок — пемзу, золу-унос, гранулированный доменный шлак, цемянку. Для таких же температур (до 700°) допускается замена портландцемента в бетоне шлако-портландцементом без введения в этом случае тонкомолотых добавок. Для приготовления жароупорного бетона с эксплуатационной температурой до 1300—1400° следует применять глинозёмистый цемент с мелким и крупным заполнителями из шамота или хромистого железняка. Тонкомолотые добавки для связывания гидроокиси кальция в этом случае не требуются. В качестве вяжущего для жароупорного бетона с максимальной температурой до 900—1000° можно применять также жидкое стеклос кремнефтористым натрием.

Жаростойкий бетон

 

Жаростойкий бетон  при длительном воздействии высоких  температур должен сохранять в заданных пределах свои физико-механические свойства. Такой бетон изготавливают с  применением вяжущего (в которое в необходимых случаях вводят еще и минеральные тонко меленые добавки), воды и жаростойких заполнителей.  Как вяжущее для жаростойкого бетона применяют портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент и жидкое стекло. Для улучшения структуры цементного камня и сохранения прочности к вяжущему добавляют минеральные добавки (хромитов руду, бой шамотного, магнезитового или обычного кирпича, андезит, пемзу, лессовидный суглинок, гранулированный доменный шлак, топливный шлак). Тонкость помола должна быть такой, чтобы через сито № 008 проходило не менее 70% добавок для бетона на портландцементе и не менее 50% для бетонов на жидком стекле.  Как мелкий и крупный заполнитель для жаростойкого бетона применяют следующие измельченные материалы: хромитов руду, бой магнезитовой шамотной и обыкновенного глиняного кирпича, кусковой шамот, доменный отвальный шлак, базальт, диабаз, андезит, туф.  Максимальная крупность щебня для массивных конструкций не должна превышать 40 мм, а для остальных - 20 мм. Мелких частиц размером менее 0,14 мм в заполнителях - не более 15% по массе. В процессе нагрева начальная прочность жаростойкого бетона на цементных вяжущих существенно снижается, поэтому при выборе их состава нужно стремиться получить бетон максимально возможного предела прочности. Образцы бетонов с размером 10x10x10 см на портландцементе испытывают после твердения в течение 7 суток, а на глиноземистом цементе и жидком стекле - через 3 суток.  Образцы бетона на портландцементе выдерживают во влажных условиях и на жидком стекле - в воздушно-сухих условиях при температуре (18 ± 3 ° С). Перед испытанием образцы высушивают при температуре (100 ... 110 ° С) в течение 32 ч, затем охлаждают.  Для жаростойкого бетона определяют остаточную прочность при сжатии после нагревания. Остаточная прочность в процентах - это отношение предела прочности при сжатии образцов бетона, которые испытали после нагрева образцов бетона до 800 ° С (для бетона с предельной температурой эксплуатации выше 800 ° С), к пределу прочности контрольных высушенных образцов. Скорость нагрева образцов бетона 150 ... 200 ° С в час, продолжительность выдержки при 800 ° С -4 час. После охлаждения образцы выдерживают в течение 7 суток над емкостью с водой и испытывают на сжатие.  Портландцемент с тонко молотыми добавками и специальными заполнителями позволяет получить жаростойкий бетон с температурой эксплуатации до 1700 ° С. Цемент можно применять для бетона, предназначенного для службы при температуре ниже +700 ° С. Если содержание шлака при этом менее 50%, то в бетон вводят любую тонко меленую добавку (кроме золы-уноса), которая составляет 30% массы шлакопортландцемента.  Применение обычного бетона на портландцементе допускается в элементах конструкций с температурой службы не выше +200 ° С. При этом марку бетона нужно выбирать с учетом того, что при длительном воздействии температуры около +200 ° С прочность бетона при сжатии снижается на 25%. Снижение прочности бетона на изгиб и растяжение в таких условиях может быть до 50%.  Жаростойкий бетон на портландцементе не применяют при действии на конструкцию кислого агрессивной среды. В таком случае можно использовать жаростойкий бетон на жидком стекле. Но такой бетон не выдерживает постоянного действия среды с водяным паром или водой. Для твердения бетона на жидком стекле при нормальной температуре в бетонную смесь добавляют кремнефтористый натрий. Бетон на глиноземистого цементе применяют при условии, что температура в теле бетона в течение первых суток твердения не будет превышать +40 ° С. Иначе возможно резкое снижение прочности бетона.  Средняя плотность свежеуложенный жаростойких бетонов на Портландцемент, цемент глиноземистый и жидком стекле в зависит от вида заполнителей составляет, кг/м3:  • бетон на хромитов - 2900 ... 3200; • бетон на магнезит - 2500 ... 2800; • бетон на диабаз, бальзат, андезито - 2300 ... 2500; • бетон на кирпичном или туфовом щебень - 1600 ... 1900.  При изготовлении жаростойких бетонов нужно стараться, чтобы количество воды или жидкого стекла по возможности было минимальным. Осадку стандартного конуса принимают не более 2 см. Водопотребность таких смесей -170 ... 190 л воды на 1 м3 бетона. После определения состава бетона делают пробные замесы, для первого замеса принимают 170 л воды на 1 м3. Испытания ведут по обычной методике с учетом особенностей определения марки жаростойких бетонов.  Средняя плотность жаростойкого бетона в высушенном состоянии меньше, чем в свежеуложенному состоянии примерно на 150 ... 200 кг / м.

Отношение к действию высоких температур. Бетон — огнестойкий материал, выдерживающий высокие температуры во время пожара. Огнестойкость бетона позволяет применять его для устройства дымовых труб промышленных печей, их фундаментов.

Огнестойкость бетона зависит  не только от вида цемента, но и природы  заполнителей. Если в качестве заполнителей применяют горную породу, в состав которой входит кристаллический кварц, то при температуре около 600 °С в бетоне могут появиться трещины вследствие значительного увеличения объема кварца.

При проектировании бетонных конструкций, подвергающихся длительному  воздействию температур, необходимо учитывать, что при температуре 150...250°С прочность бетона на портландцементе снижается на 25%. При нагревании бетона выше 500 °С и последующем увлажнении он разрушается.

Для строительных конструкций, подвергающихся длительному воздействию  высоких температур (свыше 200 °С), применяют  специальный жаростойкий бетон.

Огнестойкость — свойство бетона сохранять прочность при кратковременном воздействии высоких температур при пожаре. Она зависит от вида применяемых материалов. Разрушение портландцемента происходит при температуре 500-550 °С в результате разложения гидроксида кальция по схеме Са(ОН)2 = СаО + Н2О. Уже нагревание при температуре от 100 до 250 °С снижает прочность бетона на портландцементе на 25%. Растрескивание бетона на заполнителях, содержащих кварц, происходит при температуре 600 °С в результате перехода его в другую модификацию. И все же, несмотря на указанные недостатки, бетон достаточно огнестойкий материал. Скорость прогревания его невысокая. Он имеет малую теплопроводность, и значительная часть тепла расходуется на испарение химически связанной и адсорбционной воды, выделяющейся при разрушении цементного камня. Он хорошо сопротивляется кратковременному действию высоких температур.

Если на конструкции действуют  высокие температуры длительное время, для их изготовления следует  применять жаростойкий бетон.

yaneuch.ru


Смотрите также