Огнезащита бетона и металлоконструкций

Одним и самых известных строительных материалов сегодня является бетон (железобетон). Он относительно дешевый, прочный, простой в изготовлении, устойчивый к воздействию огня и воды. Однако под давлением огня бетон все-таки потихоньку разрушается. Снижение прочности из-за разрушения цементного связующего начинается при температуре выше 250-300°C. Зерна кварца, которые входят в состав наполнителей, таких как щебень и песок, при температуре выше 550°C изменяют свое состояние с увеличением объема, что вызывает образование микротрещин. А в железобетонных и бетонных конструкциях, с повышенной влажностью, после начала действия огня через 5-20 минут вероятно появление крупных трещин и на расстояние до нескольких метров могут отлетать куски массой в несколько килограммов. Достаточно хорошая огнестойкость бетона получается из-за слабой теплопроводности. В начале у него нагревается и теряет прочность только поверхностный слой.

Все глубже и глубже распространяется разрушение поверхностного слоя по мере нагрева. Из-за разницы тепловых деформаций разных частей бетонной конструкции появляются большие трещины, именно поэтому опасно тушить разогретый бетон при пожаре водой. Именно поэтому следует проводить огнезащиту бетона. Особенно это касается ребристых, пустотных и ребристых конструкций и панелей, которые располагаются достаточно близко к поверхности, а так же имеют повышенные требования по огнестойкости.

11 возможных минимальных пределов огнестойкости строительных конструкций определено в Федеральном законе от 22.07.2008 N 123-ФЗ:1) ненормируемый; 2) 15 мин; 3) 30 мин; 4) 45 мин; 5) 60 мин; 6) 90 мин; 7) 120 мин; 8) 150 мин; 9) 180 мин; 10) 240 мин; 11) 360 мин.

Время наступления одного или нескольких из предельных состояний означает предел огнестойкости для элемента конструкции: лишение несущей способности (R) – устанавливается для несущих элементов; потеря целостности (Е) – для перегородок и других подобных изолирующих элементов; лишение теплоизолирующей способности (I) – для защитных экранов. К примеру, требование R120 обозначает, что потеря обрушение в течение не менее 120 минут и потеря прочности недопустима, а EI90 обозначает, что появление сквозных трещин и других дыр неприемлемо, а также в течение не менее 90 минут невозможно увеличение теплопроводности. В СНиП 21-01-97 здания делятся на пять степеней огнестойкости, требования к пределам огнестойкости отдельно взятых элементов зданий устанавливаются соответственно следующей таблице:

Для иных строительных построек, если в требованиях огнестойкости представлен один и 11 вероятных пределов по времени и нормативными документами, правила к огнестойкости отдельных элементов не определены, то предел огнестойкости каждого отдельного элемента конструкции, в том числе бетонных (железобетонных) строений, обязан быть не ниже обязательного предела огнестойкости всей конструкции. Для частей, персональный предел огнестойкости, которые ниже требуемого, нужно принимать меры по огнезащите. Огнезащита бетона обычно осуществляется созданием на поверхности железобетонной конструкции теплоизолирующего слоя, которая ослабляет нагревание и увеличивает время. А температура защищаемой поверхности остается критической.

• покрывание тонкослойными огнезащитными составами (красками),
• покрывание штукатурными огнезащитными составами,
• облицовка плитами или листами из огнезащитных материалов,
• обетонирование,
• применение элементов железобетонной конструкции большей толщины,
• применение более огнестойкого бетона.

Покрывание тонкослойными огнезащитными составами (красками) представляется достаточно простым видом огнезащиты бетонных (железобетонных) и других строительных конструкций. Работа с ними не запрашивает специальной подготовки персонала, они почти не увеличивают вес защищаемых конструкций. Плотный пористый слой со слабой теплопроводностью создается при нагревании этих огнезащитных покрытий, которые увеличиваются в объеме. Эффективность огнезащиты бетона до 150 минут могут обеспечивать лучшие тонкослойные огнезащитные составы.

Покрывание штукатурными огнезащитными составами осуществляет эффективность огнезащиты бетона до 240 минут. 

А армирование металлической сеткой требуется в условиях высокой вибрации. Покрытие, которое образовано штукатурным составом, возможно, в некоторых случаях, оказаться критичным из-за большого веса.

Облицовка плитами или листами из огнезащитных материалов увеличивает огнезащиту бетона до 360 минут. Такие листы или плиты изготавливают с применением наполнителей из вспучивающихся (перлит, вермикулит) или огнестойких материалов (керамзит), а так же минеральных волокон (диабазовых, базальтовых силикатных), волокон из других материалов (кремнеземистых, каолиновых, кварцевых). Имеются листовые материалы и влагоустойчивые огнезащитные плиты. Многие из таких материалов имеют большую массу и их использование может привести к существенному увеличению веса конструкции, которую вы хотите защитить. Крепления огнезащитного материала являются важным элементом этого способа огнезащиты бетона. Они обязаны удерживать материал не только в обычных условиях, но и, как минимум, в течение требуемого времени огнезащитной эффективности конструкции, при пожаре.Плиты крепятся с помощью анкерных элементов и/или огнезащитного состава. Облицовка плитами, предназначенными для огнезащиты, сложнее, чем покраска или оштукатуривание поверхности бетонных конструкций, однако может производиться и в холодное время года. Благодаря небольшому весу плиты обеспечивают минимальную нагрузку на несущие конструкции.

Видом этого способа огнезащиты представляется обкладка кирпичом, правда сейчас кирпич для этой задачи используется редко, потому что проигрывает по огнезащитной эффективности плитам из современных материалов, которые специально разрабатывались для огнезащиты бетона и других поверхностей. Такой способ огнезащиты намного более трудоемкий, в сравнении с другими. Видом этого способа огнезащиты представляется обкладка кирпичом, однако сейчас этот материал для таких целей используется редко, потому что уступает по огнезащитной эффективности современным плитам из новых материалов, которые специально разрабатываются для защиты от огня. Правда этот способ намного более трудоемкий, чем другие.

Обетонирование – это покрывание дополнительным слоем бетона, который приводит к увеличению размера, веса и прочности защищаемого элемента. Понятно, что максимально возможный предел огнестойкости для любых бетонных (железобетонных) конструкций- 150 минут. Для максимального увеличения прочности для обетонирования рекомендуется использовать такие же марки бетона, что и в основной конструкции, соединять новые элементы арматуры со старыми и армировать наносимый слой бетона арматурной сеткой. Однако все-равно прочность обетонирования элемента получится ниже прочности аналогичного по размеру материала из монолитного бетона, потому что адгезия нового слоя бетона к старому- слабее, чем адгезия между частями монолитного материала из бетона. Такой способ огнезащиты бетона достаточно трудоемкий. Его лучше применять для старых конструкций, которые из-за частичного разрушения поверхности и коррозии бетона нуждаются в укреплении. Так же перед обетонированием, поверхность нужно очистить от загрязнений и бетона, подвергнувшегося коррозии.

Обетонирование – это покрывание дополнительным слоем бетона, который приводит к увеличению размера, веса и прочности защищаемого элемента. Понятно, что  максимально возможный предел огнестойкости для любых бетонных (железобетонных) конструкций- 150 минут. Для максимального увеличения прочности для  обетонирования рекомендуется использовать такие же марки бетона, что и в основной конструкции, соединять новые элементы арматуры со старыми и армировать наносимый слой бетона арматурной сеткой. Однако все-равно прочность обетонирования элемента получится ниже прочности аналогичного по размеру материала из монолитного бетона, потому что адгезия нового слоя бетона к старому- слабее, чем адгезия между частями монолитного материала из бетона. Такой способ огнезащиты бетона достаточно трудоемкий. Его лучше применять для старых конструкций, которые из-за частичного разрушения поверхности и коррозии бетона нуждаются в укреплении. Так же перед обетонированием, поверхность нужно очистить от загрязнений и бетона, подвергнувшегося коррозии.

Этот способ влечет к значительному увеличению веса конструкций по сравнению с обязательной  для получения прочности без учета огнезащиты бетона. Именно поэтому он обычно применяется только для некоторых элементов, где увеличение веса не очень критично. Или там, где из-за особенностей расположения материала, осуществление работы по огнезащите бетона будет достаточно сложным. Обычно такой способ огнезащиты бетона применяется для элементов, которые работают на сжатие, например- массовые колонны.

Применение более огнестойкого бетона представляет способ избавиться от необходимости работ по огнезащите бетона. Миру известно, что при применении более огнестойких наполнителей и специальных добавок к цементному связующему, можно получить бетон, который может выдержать температуру от 1100 до 1200°C. А при применении в качестве связующего элемента, вместо портландцемента- глинозёмистого цемента-  можно достигнуть более высокой температуры. Однако на практике огнестойкий бетон применяется редко из-за высокой стоимости. Одно из его свойств- быть дополнительным слоем бетона при обетонировании для огнезащиты. Бывают случаи, когда огнезащиту лучше осуществлять объединением нескольких разных способов для разных частей конструкции.