Огнезащита бетона

Бетон (железобетон) является одним из самых популярных современных строительных материалов. Он прочный, простой в изготовлении, относительно дешевый, стойкий к воздействию воды и огня. Но под воздействием огня он все-таки постепенно разрушается, при температуре выше 250-300°C начинается снижение прочности из-за разрушения цементного связующего, при температуре выше 550°C зёрна кварца, входящие в состав наполнителей – песка и щебня, переходят в другую модификацию с увеличением объема, что приводит к образованию микротрещин. В бетонных и железобетонных конструкциях с повышенной влажностью через 5-20 минут после начала воздействия огня возможно образование крупных трещин и с треском могут отлетать куски массой до нескольких килограммов на расстояние до нескольких метров. Довольно хорошая огнестойкость бетона получается за счет того, что из-за слабой теплопроводности сначала нагревается и теряет прочность только поверхностный слой. По мере нагрева, растрескивания и осыпания поверхностного слоя разрушение распространяется все глубже и глубже. Опасен полив разогретого бетона при тушении пожара водой – из-за разницы тепловых деформаций разных частей бетонной конструкции образуются крупные трещины и возможно обнажение арматуры. Поэтому в некоторых случаях необходима огнезащита бетона, в частности это касается пустотных, тонкослойных и ребристых панелей и конструкций, где арматура расположена близко к поверхности, а также зданий и других сооружений, к которым предъявляются повышенные требования по огнестойкости.

Отдельной задачей является рассмотренная в другой статье Огнезащита железобетонных конструкций, усиленных (армированных) углеродными тканями на эпоксидном связующем – функция армирования теряется при температуре 90-120°C из-за плавления эпоксидного связующего.

В Федеральном законе от 22.07.2008 N 123-ФЗ определено 11 возможных минимальных пределов огнестойкости строительных конструкций: 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. Требуемые пределы огнестойкости для конкретной конструкции и ее отдельных элементов устанавливаются с учетом функционального назначения конструкции. Предел огнестойкости для элемента конструкции означает время наступления одного или нескольких из предельных состояний: потеря несущей способности (R) – определяется для несущих элементов; потеря целостности (Е) – для перегородок и других подобных изолирующих элементов; потеря теплоизолирующей способности (I) – для защитных экранов. Например, требование R120 означает, что недопустима потеря прочности и обрушение в течение не менее 120 минут, а EI90 означает, что недопустимо образование сквозных трещин и других дыр, а также недопустимо увеличение теплопроводности в течение не менее 90 минут. В СНиП 21-01-97 здания подразделяются на пять степеней огнестойкости, требования к пределам огнестойкости отдельных элементов зданий определяются согласно следующей таблице:

Для других строительных конструкций, если в требованиях к огнестойкости задан один из 11 возможных пределов по времени и нормативными документами не определены требования к огнестойкости отдельных элементов, предел огнестойкости каждого отдельного элемента конструкции, в т.ч. бетонных (железобетонных) элементов, должен быть не ниже требуемого предела огнестойкости всей конструкции.

Для элементов, собственный предел огнестойкости которых ниже требуемого, необходимо принимать меры по огнезащите.

Огнезащита бетона обычно осуществляется созданием на поверхности железобетонной конструкции теплоизолирующего слоя, который ослабляет нагрев и увеличивает время, в течение которого температура защищаемой поверхности будет оставаться ниже критической.

Существуют следующие способы огнезащиты бетона:

Нанесение тонкослойных огнезащитных составов (красок) является довольно простым видом огнезащиты бетонных (железобетонных) и других строительных конструкций. Работа с ними не требует специальной подготовки персонала, они практически не увеличивают вес защищаемых конструкций. При нагревании эти огнезащитные покрытия увеличиваются в объеме и создают плотный пористый слой со слабой теплопроводностью. Лучшие тонкослойные огнезащитные составы могут обеспечивать эффективность огнезащиты бетона до 150 минут. К таким составам относятся огнезащитные краски «Айсберг-101» и «Айсберг-401» производства ООО «Химпарк НОРД». Получаемые при их использовании огнезащитные покрытия аналогичны по характеристикам и похожи по внешнему виду. Оба покрытия атмосферостойкие – возможна эксплуатация как внутри помещений, так и на открытом воздухе без необходимости нанесения дополнительных влагоустойчивых покрытий. «Айсберг-101» – на водной основе – можно наносить только при положительной температуре. «Айсберг-401» – на основе органических растворителей – можно наносить в любое время года при температуре до -25°C. Но необходимо учитывать, что «Айсберг-401», как и другие составы на основе органических растворителей, до высыхания является пожароопасным, а при работе с ним внутри помещений важно обеспечить хорошую вентиляцию. Если не требуется влагоустойчивость, целесообразно применение более дешевой огнезащитной краски «Айсберг-201» (обеспечивает огнезащиту бетона также до 150 минут).

Нанесение штукатурных огнезащитных составов обеспечивает эффективность огнезащиты бетона до 240 минут. Такую эффективность можно получить при использовании штукатурного огнезащитного состава «Айсберг ВЦС». Как и большинство штукатурных огнезащитных составов, «Айсберг ВЦС» неустойчив к влаге, применять его можно только в сухих помещениях. В условиях повышенных вибраций требуется армирование металлической сеткой. В некоторых случаях может оказаться критичным то, что покрытие, образованное штукатурным составом, имеет довольно большой вес.

Облицовка плитами или листами из огнезащитных материалов позволяет получить эффективность огнезащиты бетона до 360 минут. Такие плиты или листы делают с использованием наполнителей из вспучивающихся (перлит, вермикулит) или огнестойких материалов (керамзит), минеральных волокон (силикатных, базальтовых, диабазовых), волокон из других материалов (каолиновых, кремнеземистых, кварцевых). Существуют влагоустойчивые огнезащитные плиты и листовые материалы. Некоторые из таких материалов имеют большой вес и, соответственно, их применение может привести к значительному увеличению веса защищаемой конструкции. Важным элементом этого способа огнезащиты бетона являются крепления огнезащитного материала, которые должны надежно удерживать материал не только в обычных условиях, но и при пожаре как минимум в течение требуемого времени огнезащитной эффективности для данной конструкции. Снижение прочности, деформация и разрушение элементов крепления при нагревании может привести к отслоению плит или листов огнезащитного материала и появлению щелей между ними, в результате огонь проникнет к защищаемой поверхности. Разновидностью этого способа огнезащиты является обкладка кирпичом, но в настоящее время кирпич для этой цели применяется редко, т.к. уступает по огнезащитной эффективности плитам из современных материалов, специально разработанных для огнезащиты бетона и других поверхностей, и этот способ огнезащиты более трудоемкий по сравнению с другими.

Обетонирование – нанесение дополнительного слоя бетона – приводит к увеличению веса, размера и прочности защищаемого элемента. Очевидно, предел огнестойкости при этом не может превышать максимально возможного предела огнестойкости для любых бетонных (железобетонных) конструкций – 150 минут. Для максимального увеличения прочности для обетонирования желательно использовать те же марки бетона, что и в основной конструкции, армировать наносимый слой бетона арматурной сеткой и соединять новые элементы арматуры со старыми. Но в любом случае прочность обетонированного элемента получится ниже прочности такого же по размеру элемента из монолитного бетона, т.к. адгезия нового слоя бетона к старому бетону слабее, чем адгезия между частями монолитного элемента из бетона. Этот способ огнезащиты бетона довольно трудоемкий. Его целесообразно применять для старых конструкций, которые из-за частичного разрушения поверхности вследствие коррозии бетона требуется укрепить. При этом перед обетонированием поверхность необходимо очистить не только от загрязнений, но и от бетона, подвергнувшегося коррозии – частично разрушенного и низкой прочности. Существует альтернативный способ укрепления бетонных конструкций – армированние углеродными тканями на эпоксидном связующем, этот способ, в отличие от обетонирования, не приводит к значительному увеличению веса укрепляемой конструкции, но при этом потребуется не просто огнезащита бетона, а огнезащита углеродной ткани – нанесение другого огнезащитного покрытия с учетом низкой термоустойчивости такого армирования.

Использование элементов железобетонной конструкции большей толщины в некоторых случаях позволяет исключить необходимость работ по огнезащите бетона, хотя, конечно, не исключает необходимости огнезащитных работ полностью – в любом случае необходимо обеспечить требуемую огнезащитную эффективность также и элементов конструкции, изготовленных из других материалов. Но этот способ приводит к значительному увеличению веса конструкций по сравнению с необходимым для получения требуемой прочности без учета огнезащиты бетона. Поэтому он обычно используется только для некоторых элементов – там, где увеличение веса не критично, или там, где из-за особенностей расположения элемента выполнение работы по огнезащите бетона другим способом будет слишком сложным и трудоемким. В основном этот способ огнезащиты бетона используется для элементов, работающих на сжатие, например, массивных колонн.

Использование более огнестойкого бетона дает возможность исключить необходимость работ по огнезащите бетона. Науке известно, что за счет применения более огнестойких наполнителей и специальных добавок к цементному связующему можно получить бетон, стойкий до температуры 1100-1200°C, а при использовании в качестве связующего вместо портландцемента глинозёмистого цемента – и до более высокой температуры. Но на практике огнестойкий бетон используется редко из-за высокой стоимости. Одно из его применений – в качестве дополнительного слоя бетона при обетонировании с целью огнезащиты.

Иногда огнезащиту бетона целесообразно осуществлять комбинированием нескольких способов – разных для разных частей конструкции.