Огнестойкость бетона: температура плавления, особенности

Как определяется жаростойкость бетона?

При пожаре свойства железобетонных конструкций проявляют себя в огнеупорности и жаростойкости. Температура плавления бетона равна 1100—2000 °C в зависимости от внутреннего состава, добавленного в раствор. Начиная с 200 °C, происходит снижение прочности и растрескивание, но материал довольно огнестойкий и медленно модифицируется за счет малой скорости нагревания поверхности. Тепло выделяется в процессе испарения воды при разрушении целостности цемента, таким образом позволяя сопротивляться непродолжительному влиянию высоких температур. Для строительства рекомендуется использовать бетон с жаростойкими характеристиками.

Воздействие высоких температур на бетон
Температура плавления бетонных конструкций
Особенности огнестойких бетонов
Уровень огнестойкости железобетонных конструкций и колон

Воздействие высоких температур на бетон

Разрушение материала происходит послойно за счет ослабления прочности и давления паров, проникающих в поры конструкции. Структура видоизменяется вследствие высокой температуры в различных диапазонах:

Если температура при пожаре не достигла 200 °C, сжатие конструкции не происходит. При 250 °C и низкой влажности наступает стадия хрупкого разрушения.
При воздействии жара до 350 °C на поверхности бетона образуются трещины от усадки материала.
При температурном режиме, достигающем 450 °C, трещины возникают уже в зависимости от состава цемента и его характеристик.
Температура свыше 573 °C разрушает структуру бетонного слоя из-за изменения свойства α-кварца в β-кварц, увеличивая объем.
Температурные режимы от 750 °C приводят к полному разрушению бетона.

Бетонные части при пожаре не стоит поливать водой, так как это ведет к растрескиванию материала с разрушением верхнего слоя защиты, обнажая арматуру.

Температура плавления бетонных конструкций

В журнале Civil Engineering в 2010 году были опубликованы методы определения критических температур и деформаций для решения вопросов огнеупорности. Согласно этому, расплав каждого элемента, который находится в составе цементного камня, меняется в зависимости от наличия даже небольшого количества примеси. По внешнему состоянию определяют температуру плавления:

Не достигая отметки в 300 °C, цвет конструкции становится розовым, на верхний слой налипает сажа.
При 600 °C окрашивается в красный, выгорает сажа.
При более высоких температурных режимах бетон становится бледным.

Самыми уязвимыми частями при пожаре считают изгибаемые элементы: балки, плиты и ригели. Арматура в этих конструкциях покрыта тонким слоем бетона. Поэтому эта часть быстро прогревается до критических температур и разрушается. Согласно предоставленной информации строительной документации по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций, ее остаточную прочность после стандартного пожара считают допустимой при сохранении основных характеристик. Расчет проводят на основании расчетных нагрузок, сопротивлении бетонного слоя и арматуры. При постройках зачастую делают искробезопасный пол. Покрывают его эпоксидной основой или полиуретаном.

Особенности огнестойких бетонов

Жаростойкий бетон производят с помощью материалов, которые под воздействием высоких температур не меняют свои характеристики. Для повышения жаропрочности применяют следующие методы:

Для повышения огнестойкости бетона, при изготовлении в раствор добавляются специальные составляющие, такие как кремний.

Исключая плавление, горение и другие разрушения, в раствор вводят алюминиевые и кремниевые составляющие.
Для получения стандартной плотности до 600 МПа/см² домешивают в состав портландцемент.
Добавляют в смесь пористые вулканические или искусственные огнеупорные породы.

В состав ячеистых бетонов входит заполнитель на минеральной кремниевой основе. Так как кремний имеет свойство жаропонижения, то этот материал наиболее часто используют при строительстве с повышенными требованиями пожароопасности. Помимо этого, огнестойкие виды применяют для изготовления камер горения, тепловых электростанций и прочее.

Уровень огнестойкости железобетонных конструкций и колон

ЖБ конструкции с тонкими стенками в основном не имеют единой монолитной связи с другими частями. Они способны выдерживать температуру пламени и осуществлять свои основные функции на протяжении 1 часа. Максимальный уровень огнестойкости обусловлен размерами сечения конструкции, вида арматуры, качества класса бетона, выбранного вида заполнителя, защитного бетонного слоя и нагрузки, которую выдерживает конструкция.

Предел стойкости перекрытий, стен и колонн зависит от качества цементного раствора, его характеристик и толщины конструкций. Максимально крепкой считают сталь с температурными нагрузками до 1570 °C. Огонь наклоняет стены при возгораниях в сторону за счет прогревания с одной стороны. Чем больше нагрузка и меньше толщина слоя, тем ниже уровень сопротивляемости. Колонны могут сопротивляться действию разрушений за счет приложения нагрузки (центральной или вне ее центра), количества и качества крупного заполнителя, объема арматуры и защитного слоя из бетона.

Огнестойкость бетона: предел жаростойкости

В настоящее время не существует, наверное, ни одной области строительства, где не применялся бы бетон – это самый востребованный материал в строительной индустрии. Бетон обладает несущей способностью, не поддается коррозии, которая разрушает даже сталь. Но самые ценные свойства данного материала – высокая прочность и огнестойкость.

Читайте также:

Выращивание драцены в домашних условиях

Бетон способен сопротивляться температуре свыше 1000 градусов по °С несколько часов подряд, выдерживает многократное замерзание и оттаивание. Под воздействием длительного интенсивного влияния огня бетон меняет свои свойства, снижаются прочностные характеристики. В зонах повреждения величина влияния огня на бетон определяется термическим анализом.

Определение температуры воздействия

Существует несколько методов определения температурных воздействий на бетонные сооружения после их повреждения.

По звуку

Степенью повреждённой структуры бетона возможно установить температуру огня, методом простукивания:

звук исходящий от бетона имеет высокий тон;
при сильном повреждении этот звук при ударе превращается в глухой.

С помощью ультразвука

Температуру огня возможно определить с помощью ультразвука. При условии, что прочность бетона и время воздействия на него огня известны, вычисляется скорость распространения ультразвука.

По внешнему состоянию

При 200-400 °С наблюдается местное разрушение, при интенсивном нагреве 700-900 °С происходит массивное разрушение. Под воздействием пламени 1000-1200 °С и выше бетон взрывается.

Если на повреждённой бетонной конструкции наблюдаются микротрещины, значит, температура достигала 400 °С; при более высокой температуре появляются макротрещины. Если температура воздействия огня превышала 700 °С, бетонные конструкции разрушаются после резкого увлажнения или охлаждения.

По цвету

Когда уровень теплового излучения достигает 300 °С, его цвет меняется на розовый, при 400-600 °С бетон становится красным, при 900-1000 °С цвет меняется на бледно-серый.

По следам эрозий

Установить температуру огня, воздействующую на бетон, возможно также степенью оплавления и по следам тепловых эрозий:

при 200-400 °С происходит умеренное повреждение, снижается прочность стройматериала;
400-800 °С полностью разрушается конструкция бетона;
800-1600 °С оплавляются неогнеупорные компоненты;
если температура выше 1600 °С оплавляются огнеупорные вещества;
При температурах свыше 1200 °С поверхностный слой бетона начинает трескаться, некоторые вещества начинают плавиться.

Предел и степень огнестойкости

Устройство для измерения свойств бетона

Сопротивление к температурным воздействиям, сохраняя при этом свои прочностные свойства, определяет стойкость бетона. Огнестойкость бетона вычисляется промежутком времени, за который он разрушается до критического состояния.

Бетонные сооружения обладают высоким пределом огнестойкости. Этот параметр зависит от толщины бетона (огнестойкость повышается по мере увеличения толщины строения).

Степень огнеопасности – крайне важный показатель. Нормируется I–V степенями, которые устанавливаются пожарно-технической экспертизой. Сооружения из бетона относятся к I–II степени и соответствуют самым высоким нормативным требованиям огнестойкости.

Таблица 1 – Предел и степень огнестойкости по толщине и времени

Толщина бетона			Предел огнестойкости	Степень огнестойкости
Ж/б плиты	Ж/б балки	Несущие ж/б стены		1,11
80 мм	160 мм	60 мин
100 мм	280 мм	140 мм	90 мин
120 мм	300 мм	160 мм	120 мин
140 мм	400 мм	200 мм	150 мин
155 мм	500 мм	240 мм	180 мин
Ж/б колонны			Предел огнестойкости	1,11
150×150 мм			60 мин
200×200 мм			90 мин
300×300 мм			120 мин
400×400 мм			130 мин
Бетонные перегородки			Предел огнестойкости	1,11
60 мм			45 мин
70 мм			60 мин
90 мм			90 мин

Испытание бетона на огнестойкость

На огнестойкость бетон испытывается имитированием условий реального пожара на модельном устройстве. Во время испытания возможно контролировать огонь и наблюдать, как бетон реагирует на различные изменения. В экспериментальном здании устанавливаются температурные датчики, которые фиксируют внутреннюю и внешнюю температуру строения.

Получаются данные в режиме реального времени, измеряются: временной промежуток, за который здание выдержит максимальную возможную при реальном пожаре температуру; и температура плавления бетона в градусах (также теплопроводность жаростойкого и ячеистого бетона).

Бетон состоит из нескольких веществ, и каждый отдельный компонент плавится при разных условиях. Например:

керамзит – при температуре 1100-1150 °С;
полевые шпаты поддаются огню в 1300-1500 °С;
кремнезем – 1700-1710 °С;
глинозем способен противостоять температурному воздействию до 2000-2050 °С.

Марка огнестойкого бетона

Работа с огнеупорным бетоном марки СБСПЛ-1500

Благодаря своим высоким параметрам жаростойкости и теплопроводимости большой популярностью пользуется ячеистый бетон. Чтобы получить пористый бетон, в производстве к основным компонентам добавляют водород, и в процессе газообразования появляются пузыри.

Ячеистый бетон за счет минимальной плотности обладает большой огнестойкостью: при испытании на перепады температуры через ноль выдерживает до 150 циклов. Один цикл – до 3 лет жизни материала. Ячеистый бетон толщиной 150 мм обладает огнестойкостью 2,5 ч и соответствует требованиям норм строительных материалов.

Читайте также:

Дизайн кухни салатового цвета

Он отличается своей высокой жаростойкостью. Благодаря этому качеству, бетон сохраняет свои характеристики под долговременным воздействием высокой температуры.

Области применения

Информация об огнестойкости бетона крайне важна. Она делает возможным оценку жаропрочности бетонных конструкций и проверку соответствия международным требованиям.

Огнестойкий бетон применяется в строительстве и делает возможным реконструкцию сооружений после пожара.

Стойкость бетона при пожаре

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.

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.

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.

Огнестойкость конструкций из железобетона

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.

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.

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.

Огнестойкость бетона: воздействие высоких температур на горизонтально расположенные бетонные конструкции, колонны. Жароупорные бетоны

Среди характеристик бетона, одним из важнейших параметров является огнестойкость, которая отвечает за сопротивляемость материала открытому огню при пожаре. В данной статье мы подробней рассмотрим, что такое огнестойкость, от чего она зависит и каким может быть этот показатель у разных видов бетона.

Общие сведения

В первую очередь следует сказать, что люди зачастую путают огнестойкость железобетонных конструкций с жаростойкостью, а это несколько разные понятия:

Огнестойкость — сопротивление материала непродолжительному воздействию открытого огня при пожаре
Жаростойкость — это способность бетонов сохранять свои свойства при длительном или даже постоянном воздействии высоких температур во время эксплуатации тепловых агрегатов.

В результате незначительной теплопроводности материала, при непродолжительном воздействии высокой температуры бетон и арматура, которая расположена под защитным слоем, не успевают достаточно разогреться.

Поэтому гораздо более губительным для бетона является его поливание водой, что происходит при тушении пожара. При этом происходит растрескивание материала, нарушение защитного слоя и, как следствие, обнажение арматуры.

Воздействие высоких температур на бетон

Под воздействием высоких температур, в бетоне происходят различные негативные процессы:

250 – 300 градусов по Цельсию	Снижается прочность, что сопровождается процессом разложения гидрата кальция окиси.При этом разрушается структура цементного камня.
550 градусов по Цельсию	При такой температуре зерна кварца, которые имеются в песке и щебне для бетона, начинают растрескиваться и кварц переходит в другую инстанцию – тридимит. Растрескивание обусловлено увеличением кварцевых зерен в объеме. При этом в структуре пласта возникают микротрещины в местах соприкосновения цементного камня с наполнителем.
Свыше 550 градусов по Цельсию	При последующем увеличении температуры разрушаются и прочие структурные элементы бетона.

На фото — жаропрочный бетон

Жароупорные бетоны

Данные из таблицы относятся к обычным бетонам. Однако в результате научных и практических изысканий была открыта возможность создания жароупорного бетона на основе портландцемента, который способен выдерживать температуру в 1100 градусов и даже выше.

Для этого в состав материала вводят алюмокремнеземистые либо кремнеземистые тонкомолотые добавки, связывающие гидроокись кальция, которая выделяется в результате гидратации цемента.

Кроме того, в качестве заполнителей используют термостойкие и огнеупорные материалы, такие как:

Кирпичный щебень;
Доменный шлак;
Туф;
Шамот;
Андезит;
Базальт;
Хромистый железняк.

Максимальная температура, которую может выдерживать такой бетон, зависит от наполнителей. К примеру, при использовании шамота, максимальная температура составляет 1100-1200 градусов по Цельсию. Если конструкция не будет подвергаться нагреву свыше 700 градусов, в качестве наполнителя можно применять бой глиняного кирпича либо доменный шлак.

Таким образом, приготовить жаростойкий бетон можно даже своими руками на строительной площадке.

Совет!
После возведения железобетонных конструкций зачастую возникает необходимость в их механической обработке.
В таком случае используют специальное оборудование с алмазными насадками.
К примеру, строителями зачастую выполняется алмазное бурение отверстий в бетоне, а также резка железобетона алмазными кругами.

Железобетонные конструкции после пожара

Огнестойкость конструкций из железобетона

Огнестойкость конструкций из железобетона зависит от многих параметров:

Размеров сечения конструкции;
Толщины защитного слоя;
Диаметра и количество арматуры;
Нагрузки на конструкцию.

С уменьшением плотности материала, а также увеличением его толщины, предел огнестойкости возрастает. Также следует отметить, что данный показатель зависит от статической схемы и вида опирания конструкции. Поэтому перед заливкой, специалисты обязательно выполняют расчет огнестойкости железобетонных конструкций.

Горизонтально расположенные конструкции

Свободно опертые однопролетные изгибаемые элементы при воздействии пожара разрушаются в результате разогревания нижней продольной арматуры. Поэтому их предельная температура зависит от класса арматуры, теплопроводности материала, а также толщины защитного слоя.

К таким конструкциям относятся следующие виды изделий:

Настилы перекрытий и панели;
Балочные плиты;
Прогоны;
Балки и пр.

Обратите внимание!
У прогонов и балок предел огнестойкости во многом зависит еще и от ширины сечения.

Также следует отметить, что при одинаковых параметрах, огнестойкость балок и плит разная, что связано с тем, что балки при пожаре разогреваются с трех сторон.

Тонкостенные изгибаемые конструкции могут преждевременно разрушаться под воздействием пожара по косому сечению у опор. Такие разрушения предотвращают путем установки вертикальных каркасов длиной ¼ пролета на при опорных участках.

К изгибаемым тонкостенным конструкциям относятся:

Ребристые и пустотные панели;
Балки и ригели;
Настилы и пр.

Опертые по контуру плиты обладают гораздо большим пределом огнестойкости, чем изгибаемые элементы. Такие плиты армированы в двух направлениях, поэтому их огнестойкость зависит от соотношения длины арматуры в длинном и коротком проемах.

У квадратных плит критическая температура составляет 800 градусов по Цельсию.С увеличением одной из сторон, критическая температура снижается, соответственно уменьшается и предел огнестойкости. Если соотношение сторон более четырех, то огнестойкость плит такая же, как и у конструкций, которые оперты на две стороны.

Обратите внимание!
С точки зрения огнестойкости наиболее прочной является арматурная сталь марки 25Г2С класса А-III.
Ее критическая температура составляет 570 градусов по Цельсию.
Надо сказать, что цена арматуры из такой стали относительно высокая.

Колонны

Огнестойкость таких конструкций как колонны также зависит от ряда факторов:

Нагрузки на них (центральной и внецентральной);
Размеров поперечного сечения;
Вида крупного заполнителя;
Процента армирования;
Толщины защитного слоя у продольной арматуры. Поэтому при заливке конструкции должна строго соблюдаться инструкция.

Разрушение колонн под воздействием открытого огня происходит в результате снижения прочности бетона и арматуры. Причем, внецентреннаянагрузка уменьшает их огнестойкость.

В случаях, когда нагрузка происходит с большим эксцентриситетом, огнестойкость конструкции зависит от толщины защитного слоя в области растянутой арматуры. Другими словами — характер работы колонн при нагревании аналогичен с простыми балками. Если же нагрузка происходит с малым эксцентриситетом, то конструкция может сопротивляться воздействию пожара, как и центрально-сжатые колонны.

Обратите внимание!
Огнестойкость колонн, выполненных из раствора на гранитном щебне, на 20 процентов меньше, чем колонн на известковом щебне.

Пример — огнестойкость газобетона

Огнестойкость ячеистых бетонов

Как уже было сказано выше, чем меньше плотность материала, тем он более устойчивый к воздействию пожара. Поэтому предел огнестойкости газобетонных блоков и других изделий из ячеистого бетона более высокий.

Согласно многочисленным исследованиям, которые были проведены шведским техническим университетом, а также и финским техническим центром, при нагревании,прочность ячеистого бетон аизменяется следующим образом:

Повышение температуры до 400 градусов –прочность материала увеличивается до 85 процентов.
Разогрев до 700 градусов – прочность снижается до первоначальных показателей.
Разогрев до 1000 градусов –прочность падает на 86 процентов и этот показатель стабилизируется.

Таким образом, предел огнестойкости пенобетонных блоков составляет около 900 градусов. Для сравнения, обычный бетон при температуре около 400-700 градусов теряет основную часть своей прочности.

Поэтому данный материал получил широкое распространение при строительстве зданий, в которых планируется повышенный уровень пожароопасности.

Вывод

Как мы выяснили, огнестойкость и жаростойкость бетона зависят от ряда факторов, начиная от наполнителя материала и заканчивая особенностями бетонных конструкций. Поэтому данному показателю необходимо уделять внимание на всех этапах строительства.

Из видео в этой статье можно получить дополнительную информацию по данной теме.

Что такое огнестойкость бетона?

Механизм и факторы

Огнестойкость бетона – это способность бетона противостоять огню или обеспечивать защиту от огня. Это включает способность конкретного структурного элемента продолжать выполнять определенную структурную функцию или ограничивать огонь.

Продолжительность времени, в течение которого такой элемент, как балка, колонна, стена, пол или крыша может выдержать пожар, называется степенью пожарной безопасности.
Огнестойкость контролируется как физическими, так и тепловыми свойствами структурного элемента. Факторы, влияющие на характеристики конструкции, включают в себя уровень напряжения в бетоне и стали, бетонное покрытие, склонность заполнителя и свободной влаги к образованию трещин и условия бокового ограничения.

Тем не менее, параметры, которые контролируют тепловые характеристики, включают в себя тип заполнителя, свободную влажность в бетоне (как впитанном, так и капиллярном) и объем бетона на квадратный метр открытой площади.

Механизм бетонной огнестойкости

Огнестойкие свойства бетона легко понять. Компоненты бетона, такие как цемент и заполнители, являются химически инертными и, следовательно, в основном негорючими, а бетон обладает низкой скоростью теплопередачи.
Именно эта медленная скорость проводимости (теплообмена) позволяет бетону действовать в качестве эффективного огненного щита не только между соседними пространствами, но и защищать себя от повреждения в результате пожара.

Таким образом, определенные бетонные конструктивные элементы, такие как стены в доме, действуют как противопожарный щит, защищая соседние помещения от огня и сохраняя его структурную целостность, несмотря на воздействие сильного тепла.

Как огонь влияет на бетонные конструкции?

При высоких температурах, возникающих при пожарах, гидратированный цемент в бетоне постепенно обезвоживается, возвращаясь обратно в воду (фактически в пар) и цемент. Это приводит к снижению прочности и модуля упругости (жесткости) бетона.

При некоторых пожарах происходит выкрашивание бетона – фрагменты бетона отрываются от остального бетона, иногда с применением силы. Большинство требований к рейтингу огнестойкости определяются строительными нормами, в зависимости от типа здания и его занятости.

Оценки огня даны в часах. Например, требуемые оценки огнестойкости для колонн в высотных больницах намного более строгие, чем для одноэтажных зданий, используемых для хранения негорючих продуктов или материалов.
В высотном госпитале колоннам может потребоваться четырехчасовая оценка, тогда как в одноэтажных зданиях для наружных стен может потребоваться только часовая оценка.

Факторы, влияющие на огнестойкость бетона

1. Совокупный тип
Агрегат, используемый в бетоне, можно разделить на три класса, а именно: карбонатный, кремнистый и легкий. Известняк, доломит и известняк называют карбонатными агрегатами, потому что они состоят из карбоната кальция или магния или их сочетаний. При воздействии огня эти агрегаты кальцино-углекислого газа удаляются, а оксид кальция (или магния) остается.
Поскольку для прокаливания требуется тепло, реакция поглощает часть тепла огня. Реакция начинается на поверхности, подвергшейся воздействию огня, и медленно прогрессирует в направлении противоположного лица. В результате карбонатные агрегаты ведут себя несколько лучше, чем другие агрегаты нормального веса при пожаре.

Кремнистый заполнитель включает материалы, состоящие из кремнезема и включают гранит и песчаник. Легкие заполнители обычно производятся путем нагревания сланца, сланца или глины. Бетон, содержащий легкие заполнители и карбонатные заполнители, сохраняет большую часть своей прочности на сжатие примерно до 650 ° С.
Легкий бетон обладает теплоизоляционными свойствами и передает тепло с меньшей скоростью, чем бетон нормального веса с той же толщиной, и, следовательно, обычно обеспечивает повышенную огнестойкость.

2. Содержание влаги
Содержание влаги оказывает комплексное влияние на поведение бетона при пожаре. Бетон, которому не дали высохнуть, может отколоться, особенно если бетон является очень непроницаемым, например, бетоны, изготовленные из кремнезема или латекса, или если он имеет чрезвычайно низкое водоцементное отношение.

3. Плотность
В целом, бетоны с меньшим удельным весом (плотностью) ведут себя лучше при пожаре, высушенный легкий бетон работает лучше при пожаре, чем бетон с нормальным весом.

4. Проницаемость
Бетоны, которые являются более проницаемыми, обычно бывают удовлетворительными, особенно если они частично сухие.

5. Толщина
Чем толще или массивнее бетон, тем лучше его поведение при воздействии огня.

Бетон при пожаре: воздействие высоких температур и огнестойкость

БЕТОННЫЕ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Правила обеспечения огнестойкости и огнесохранности

Concrete and reinforced concrete structures. Rules for ensuring of fire resistance and fire safety

Дата введения 2020-06-11

Предисловие

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛЬ – АО “НИЦ “Строительство” – Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона им.А.А.Гвоздева (НИИЖБ им.А.А.Гвоздева)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 “Строительство”

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет

Введение

Свод правил разработан АО “НИЦ “Строительство” (руководитель работы – канд. техн. наук И.С.Кузнецова, главный консультант – д-р техн. наук, профессор А.Ф.Милованов, исполнители: В.Г.Рябченкова, Ю.С.Рянзина).

1 Область применения

Настоящий свод правил устанавливает требования к проектированию бетонных и железобетонных конструкций, обеспечивающие огнестойкость и огнесохранность при воздействии стандартного температурного режима пожара.

Свод правил распространяется на бетонные и железобетонные конструкции жилых, общественных и производственных зданий.

Свод правил не распространяется на:

– на конструкции из жаростойких бетонов;

– конструкции из фибробетонов;

– конструкции из полимербетонов;

– конструкции из бетонов крупнопористой структуры.

2 Нормативные ссылки

В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 15588-2014 Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 30247.0-94 (ИСО 834-75) Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования

ГОСТ 30247.1-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции

ГОСТ 31310-2015 Панели стеновые трехслойные железобетонные с эффективным утеплителем. Общие технические условия

ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния

ГОСТ 34028-2016 Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия

ГОСТ Р 52544-2006 Прокат арматурный свариваемый периодического профиля классов А500С и В500С для армирования железобетонных конструкций. Технические условия

СП 2.13130.2012 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты (с изменением N 1)

СП 14.13330.2018 СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах

СП 20.13330.2016 СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия (с изменениями N 1, N 2)

СП 63.13330.2018 СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения

СП 329.1325800.2017 Здания и сооружения. Правила обследования после пожара

СП 432.1325800.2019 Покрытия огнезащитные. Мониторинг технического состояния

Примечание – При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю “Национальные стандарты”, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты” за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3 Термины и определения

В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 высокотемпературное воздействие пожара: Воздействие температур свыше 200°С на строительные конструкции при пожаре, при котором возникают температурные напряжения, могут меняться физико-механические и упругопластические свойства материалов конструкций и уменьшаться работоспособное сечение элемента.

3.2 высокотемпературный нагрев: Нагрев конструкции свыше 200°С при воздействии пожара.

3.3 кратковременный высокотемпературный нагрев: Однократное высокотемпературное воздействие пожара на конструкцию продолжительностью от нескольких минут до нескольких часов.

конструктивный способ огнезащиты: Облицовка объекта огнезащиты материалами или иные конструктивные решения по его огнезащите.

нормируемый (требуемый) предел огнестойкости железобетонной конструкции: Значение предела огнестойкости.

огнестойкость строительной конструкции: Способность строительной конструкции сохранять несущие и (или) ограждающие функции в условиях пожара.

3.7 огнесохранность строительной конструкции: Способность строительной конструкции сохранять после пожара несущие и (или) ограждающие функции, характеризует состояние ремонтопригодности конструкции без ее усиления после пожара.

3.8 поврежденный слой бетона: Поврежденный пожаром, ослабленный слой бетона, легко удаляемый при простукивании поверхностей железобетонных конструкций молотком (вручную, без применения электроинструментов).

пожар: Неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

3.10 повышенная температура: Температура воздействия на бетонные и железобетонные конструкции в интервале от 50°С до 200°С включительно.

предел огнестойкости конструкции (заполнения проемов противопожарных преград): Промежуток времени от начала огневого воздействия в условиях стандартных испытаний до наступления одного из нормированных для данной конструкции (заполнения проемов противопожарных преград) предельных состояний.

предельное состояние конструкции по огнестойкости: Состояние конструкции, при котором она утрачивает способность сохранять несущие и/или ограждающие функции в условиях пожара.

3.13 предел огнестойкости по потере несущей способности (R): Предельное состояние несущей строительной конструкции при пожаре вследствие ее обрушения или возникновения предельных деформаций.

Примечание – Предельные деформации определяют по ГОСТ 30247.1-94 (приложение А).

3.14 предел огнестойкости по потере теплоизолирующей способности (I): Предельное состояние несущей и (или) ограждающей строительной конструкции при пожаре вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции в среднем более чем на 140°С, или в любой другой 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.

3.15 предел огнестойкости по потере целостности (E): Предельное состояние несущей и (или) ограждающей строительной конструкции при пожаре в результате образования в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя.

3.16 собственный предел огнестойкости железобетонной конструкции: Предел огнестойкости, который обеспечивается при проектировании за счет параметров железобетонного сечения конструкции (геометрия сечения, армирование, толщина защитного слоя бетона, классы бетона и арматуры), без применения средств огнезащиты.

средство огнезащиты: Огнезащитный состав или материал, обладающий огнезащитной эффективностью и предназначенный для огнезащиты различных объектов.

стандартный температурный режим пожара: Логарифмическая зависимость “температура – длительность пожара”.

3.19 фактический предел огнестойкости железобетонной конструкции: Предел огнестойкости, которым обладает существующая (эксплуатируемая) бетонная или железобетонная конструкция, в том числе с учетом ее технического состояния и наличия огнезащитных покрытий.

3.20 критическая температура нагрева арматуры: Температура нагрева растянутой арматуры, при которой происходит обрушение изгибаемой железобетонной конструкции при пожаре.

4 Общие положения по обеспечению огнестойкости железобетонных конструкций

4.1 При проектировании должны быть подтверждены пределы огнестойкости железобетонных конструкций для установления возможности их применения в зданиях и сооружениях заданной степени огнестойкости по СП 2.13130. Классификация зданий, сооружений и пожарных отсеков по степени огнестойкости и порядок определения степени огнестойкости установлены в [1, статьи 30, 87].

К вопросу о прочности высокопрочного бетона и железобетонных колонн при воздействии пожара Текст научной статьи по специальности « Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Пушенко А. С.

Проведены исследования прочностных характеристик высокопрочного бетона различных модификаций в условиях пожара. Представлены результаты исследований, определена несущая способность железобетонной колонны после воздействия высоких температур пожара.

Читайте также:

Как выбрать фотообои

ON DURABILITY OF HIGH-STRENGTH CONCRETE AND REINFORCED CONCRETE COLUMNS UNDER THE INFLUENCE OF FIRE

Durability characteristics of different high-strength concrete modifications under the influence of fire is investigated. The results of the investigation, the determined stability of reinforced concrete columns under the influence of high temperatures of fire are presented.

Текст научной работы на тему «К вопросу о прочности высокопрочного бетона и железобетонных колонн при воздействии пожара»

УДК 691.327:666.974.2 А.С. Пушенко – аспирант

Ростовский государственный строительный университет (РГСУ)

К ВОПРОСУ О ПРОЧНОСТИ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОЛОНН ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОЖАРА

A.S. Pushenko – post-graduate student

Rostov State University of Civil Engineering (RSUCE)

ON DURABILITY OF HIGH-STRENGTH CONCRETE AND REINFORCED CONCRETE COLUMNS UNDER THE INFLUENCE OF FIRE

На сегодняшний день существуют международные и национальные стандарты по пожарной безопасности, устанавливающие качественные и количественные методы оценки горючести и пожарной опасности веществ и материалов. Однако это не позволяет, по-видимому, эффективно бороться с пожарами, количество и ущерб от которых нарастает во всем мире. Отечественные [1, 2] и зарубежные [3] исследования последних лет убедительно доказывают зависимость количества пожаров и потерь от них от численности и «удельной энерговооруженности» населения, удвоение которых каждые 13 лет – объективный факт [3].

Наибольшую опасность представляют пожары в зданиях повышенной этажности. Несмотря на то, что к таким зданиям предъявляются особые требования при строительстве и эксплуатации [4, 5], анализ данных по пожарам показывает, к сожалению, достаточно частую невозможность обеспечения безопасности находящихся в них людей. Наибольшую опасность при пожаре, помимо отравления продуктами горения, представляет обрушение несущих конструкций стен и перекрытий, выполненных из бетона и железобетона. Обрушение таких конструкций происходит зачастую вследствие взрывообразного разрушения высокопрочного бетона при пожаре. Такое явление наиболее опасно для несущих конструкций, особенно с небольшим поперечным сечением, воспринимающих большие нагрузки. Их преждевременное разрушение может привести не только к резкому снижению прочности и огнестойкости конструкции, но и вызвать опасность для жизни и здоровья людей.

Причины такого разрушения бетона при нагреве связаны с его влажностным состоянием, составом и структурой, а также напряженно-деформированным состоянием, вызванным давлением пара в замкнутых порах бетона при высокой скорости нагрева [6, 7].

Исследование поведения высокопрочного бетона при пожаре и после температурного воздействия показало, что изменение структуры бетона путем добавления в его состав некоторых компонентов способствует изменению свойств бетона [8]. Например, из рис. 1 видно, что скорость остывания бетона практически не зависит от его начального состава. Зависимость скорости прохождения ультразвука от температуры высокопрочного бетона в процессе остывания представлена на рис. 2, 3.

В табл. 1 и 2 представлены данные по изменению прочностных характеристик высокопрочного бетона в результате воздействия высоких температур при пожаре.

Зависимости относительной деформации до и после воздействия температуры от приложенной нагрузки показаны на рис. 4.

Выявлено, что наиболее стойким к воздействию температуры пожара является высокопрочный бетон класса В80 с добавлением полимерных волокон и бетон с добавлением кристаллогидратов №2804*10И20, который сохраняет свои прочностные характеристики более продолжительное время, а его деформативные характеристики практически идентичны исходным.

По результатам исследований аналитическим методом была выведена формула (1) по определению

Рис. 1. Динамика скорости остывания для различных составов высокопрочного бетона класса В80:

В80 – бетон класса В80 без добавок; «сухой» – бетон класса В80, предварительно высушенный до постоянной массы и защищенный от последующего попадания влаги в его структуру; «фибра» – бетон класса В80 с добавлением полимерных волокон; «натрий» – бетон класса В80 с добавлением кристаллогидратов Ыа2804*10И20. Замеры температуры образцов производились после их извлечения из огневой камеры. Время первого замера – через 30 минут после прекращения

Рис. 2. Зависимость скорости прохождения ультразвука при поверхностном прозвучивании от температуры высокопрочного бетона класса В80 в процессе остывания после огневого воздействия в течение 1-го часа

Температура, С 150 100

Рис. 3. Зависимость скорости прохождения ультразвука при поверхностном прозвучивании от температуры высокопрочного бетона класса В80 в процессе остывания после огневого воздействия в течение 3-х часов

X- “натрий” нагрев

Рис. 4. о – £ диаграмма для различных составов высокопрочного бетона до и после температурного воздействия:

В80 – соответственно бетон класса В80, «сухой» – бетон класса В80, предварительно высушенный до постоянной массы и защищенный от последующего попадания влаги в его структуру, «фибра» – бетон класса В80 с добавлением полимерных волокон, «натрий» – бетон класса В80 с добавлением кристаллогидратов Ка2804*10Ы20, НУ – данные при нормальных условиях до воздействия температуры, нагрев – данные после воздействия температуры в течение 1-го часа

Результаты воздействия высоких температур при пожаре на основные характеристики высокопрочного бетона*

Время воздействия температуры Предел прочности при сжатии, % Предел прочности при растяжении, % Модуль упругости, %

При наг- реве После полного остывания При наг- реве После полного остывания При нагреве После полного остывания

60 мин. 20-22 28-30 18-20 22-24 18-20 23-25

120 мин. 14-16 20-22 10-12 14-16 10-12 14-16

180 мин. 8-10 12-15 – – – 10-12

* В таблице указаны остаточные показатели бетона.

Данные по прочности при сжатии высокопрочного бетона класса В80 до и после воздействия высоких температур пожара

Высокопрочный бетон Прочность, МПа

До воздействия пожара После воздействия пожара в течение 1-го часа После воздействия пожара в течение 3-х часов

В80* 94,9 32,2 11,5

«сухой» 87,0 39,9 12

«фибра» 92,5 23,2 8,7

«Ка2Б04» 72,6 20,0 6,2

* В80 – высокопрочный бетон класса В80, «сухой» – высокопрочный бетон класса В80 предварительно высушенный до постоянного веса, «фибра» – высокопрочный бетон класса В80 с добавлением полимерных волокон, «Ыа2804» -высокопрочный бетон класса В80 с добавлением кристаллогидратов «Ыа2804».

Расчетная несущая способность железобетонной колонны из высокопрочного бетона

Класс бетона Армирование, % Расчетная несущая способность, мН

Поперечное сечение, мм

400х400 600х600 800х800

о 00 РР 1,5 13,76 30,8 55,04

2 14,08 31,68 56,32

3 14,72 33,12 58,88

4 15,36 34,56 61,44

В100 1,5 16,96 38 67,84

2 17,28 38,88 69,12

3 17,92 40,32 71,68

4 18,56 41,76 74,24

В120 1,5 20,16 45,2 80,64

2 20,48 46,08 81,92

3 21,12 47,52 84,48

4 21,76 48,96 87,04

Сравнительная характеристика несущей способности железобетонных колонн

из высокопрочного бетона

Армирование, % Время воздействия температуры и прочность бетона

Начальная несущая способность, мН мН % мН % мН %

1 час 2 часа 3 часа

Сечение, 400х400 мм

В80 1,5 13,76 9,70 70,47 8,64 62,77 8,16 59,29

2 14,08 9,99 70,96 8,93 63,44 8,45 60,03

3 14,72 10,63 72,23 9,57 65,03 9,09 61,77

4 15,36 11,27 73,38 10,21 66,49 9,73 63,36

Сечение, 600х600 мм

1,5 30,8 24,32 78,98 22,59 73,34 21,81 70,81

2 31,68 25,20 79,53 23,46 74,05 22,68 71,59

3 33,12 26,64 80,42 24,90 75,18 24,12 72,83

4 34,56 28,08 81,24 26,34 76,22 25,56 73,96

Сечение, 800х800 мм

1,5 55,04 46,16 83,86 43,75 79,48 42,67 77,52

2 56,32 47,44 84,23 45,03 79,95 43,95 78,03

3 58,88 50,00 84,92 47,59 80,82 46,51 78,99

4 61,44 52,56 85,54 50,15 81,62 49,07 79,86

Сечение, 400х400 мм

В100 1,5 16,96 11,88 70,02 10,55 62,21 9,95 58,67

2 17,28 12,17 70,43 10,85 62,76 10,25 59,29

3 17,92 12,81 71,48 11,49 64,09 10,89 60,75

4 18,56 12,13 65,33 12,13 65,33 11,53 62,10

Сечение, 600х600 мм

1,5 38 29,90 78,69 27,74 72,99 26,76 70,42

2 38,88 30,77 79,15 28,61 73,57 27,63 71,06

3 40,32 32,21 79,90 30,05 74,52 29,07 72,10

4 41,76 31,49 75,40 31,49 75,40 30,51 73,06

Сечение, 800х800 мм

1,5 67,84 56,74 83,63 53,73 79,19 52,37 77,20

2 69,12 58,02 83,94 55,01 79,58 53,65 77,62

3 71,68 60,58 84,51 57,57 80,31 56,21 78,42

4 74,24 60,13 80,99 60,13 80,99 58,77 79,17

Сечение, 400х400 мм

1,5 20,16 14,05 69,71 12,46 61,83 11,74 58,26

2 20,48 14,35 70,06 12,76 62,30 12,04 58,79

3 21,12 14,99 70,96 13,40 63,44 12,68 60,03

4 21,76 15,63 71,82 14,04 64,52 13,32 61,21

Сечение, 600х600 мм

1,5 45,2 35,48 78,50 32,88 72,74 31,71 70,15

2 46,08 36,35 78,89 33,75 73,24 32,58 70,70

3 47,52 37,79 79,53 35,19 74,05 34,02 71,59

4 48,96 39,23 80,13 36,63 74,82 35,46 72,43

Сечение, 800х800 мм

1,5 80,64 67,32 83,48 63,70 79,00 62,08 76,99

2 81,92 68,60 83,74 64,98 79,32 63,36 77,34

3 84,48 71,16 84,23 67,54 79,95 65,92 78,03

прочности высокопрочного бетона по время воздействия пожара:

где: Я0 – прочность бетона при 20 оС, МПа;

Тт – относительная температура пожара,

Т – температура пожара;

Т0 – начальная температура;

а, Ь, с – эмпирические коэффициенты: а = 0,261; Ь = -3,392; с = 0,651.

Несмотря на модификацию бетона и его прочностные характеристики, результирующим показателем является поведение несущих железобетонных конструкций при воздействии высоких температур пожара. Была произведена сравнительная оценка несущей способности несущей конструкции на примере железобетонной колонны.

Несущая способность железобетонной колонны определялась как:

N _ Яь • Ль+Яс • Л, (2)

где: ^ – прочность бетона на сжатие; АЬ – площадь поперечного сечения колонны; Я8с – прочность арматурной стали (Я = 400 МПа); А8 – площадь поперечного сечения арматуры в колонне.

Формулу (2) можно переписать в виде:

Ыи _ Яь(сер) ‘ Ль(сер) + Яь1 ‘ Ль1 + ‘ “

+ Яь(п-1) ‘ Ль(п-1) + Яьп ‘ Льп + Яс ‘ Л, , (3)

где К^(сер) – прочность сердечника железобетонной колонны на сжатие; АЬ(сер) – площадь поперечного сечения сердечника колонны; п – количество слоев, на которые разбивается защитный слой бетона.

Рассматривалось воздействие высоких температур пожара на железобетонную колонну из высокопрочного бетона классов В80, В100, В120 с арматурой класса А400 и диаметром 28 мм, 40 мм и 55 мм соответственно при размерах поперечного сечения 400х400 мм, 600х600 мм и 800х800 мм. Процент армирования варьировался и принимался равным 1,5%, 2%, 3%, 4%.

В табл. 3 представлена расчетная несущая способность железобетонной колонны из высокопрочного бетона в зависимости от класса бетона, процента армирования и площади поперечного сечения.

Из табл. 4 видно, что даже самый неблагоприятный вариант воздействия пожара в течение трех часов на

железобетонную колонну из высокопрочного бетона класса В80 сечением 400×400 мм с армированием 1,5% и диаметром арматурной стали 28 мм сохраняет ее несущую способность на уровне 59,29% от расчетной. Несущая способность колонн сечением 600×600 мм составляет порядка 70-80% от расчетной (в зависимости от времени воздействия температуры). В случае максимального из рассматриваемых поперечных сечений – 800×800 мм остаточная несущая способность колонны превышает 75% расчетной.

Таким образом, во всех рассматриваемых случаях, кроме воздействия пожара на железобетонную колонну из высокопрочного бетона класса В80 в течение 3 часов, остаточная несущая способность колонны превышает 70%, а зачастую и 75% от расчетной. Такой остаточной несущей способности достаточно для выполнения ею основных функций как в процессе пожара, так и при дальнейшей эксплуатации. Естественно, эти параметры будут выполнены при условии защиты высокопрочного бетона от взрывообразного разрушения при пожаре, и, следовательно, арматуры от нагрева до критической температуры.

1. Городон Г.Ю., Вайнштейн Л.И. Энерготравматизм и его предупреждение. – М.: Энергоатомиздат, 1986. -256 с.

2. Harchenko I. Fires and habitability of the person. – Fire Safety Bulletin (Ukr.), 2000, №2(4). – p. 25-30.

3. Г аврилей В.М. Системный анализ формирования и тенденций изменения уровня пожарной безопасности объектов народного хозяйства. / В сб. науч. тр.: «Организационно-управленческие проблемы пожарной охраны». – М.: ВНИИПО, 1986. – С. 9-25.

4. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений. – М., 2003. – 16 с.

5. МГСН 4.19-05. Многофункциональные высотные здания и комплексы.

6. Ильин Н.А. Последствия огневого воздействия на железобетонные конструкции. – М.: Стройиздат, 1979. – 128 с., ил.

7. Милованов А.Ф. Огнестойкость железобетонных конструкций. – М.: Стройиздат, 1986. – 224 с., ил.

8. Пушенко А. С., Азаров В.Н. Оценка влияния высоких температур пожара на свойства высокопрочного бетона. // Вестник ВолГАСУ, серия «Строительство и архитектура», 2007, выпуск 7 (26). – С. 143-147.