XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

В современном строительстве все шире стали применяться конструкции из бетонов повышенной прочности или прошедших тепловлажностную обработку, с тонкостенными и предварительно напряженными элементами. Ярко выраженным недостатком высокопрочного бетона является потеря своих высоких физико-механических свойств при воздействии высоких температур.

Благодаря своей массивности и хорошим теплофизическим показателям железобетонные конструкции хорошо сопротивляются действию огня в условиях пожара. Но, в то же время, при пожарах все чаще наблюдается хрупкое разрушение бетона в бетонных и железобетонных конструкциях.

Расширение области применения высокопрочных тонкостенных ж/б конструкций во многом зависит от разработки эффективных технологических и конструктивных мероприятий по повышению их огнестойкости, что является актуальной задачей.

Характерной особенностью высокопрочного бетона является его взрывообразное разрушение, что может привести к частичному или полному разрушению конструкции. Хрупкое разрушение бетона при пожаре наиболее опасно для несущих конструкций, особенно для конструкций с небольшим поперечным сечением, воспринимающих большие нагрузки. Их преждевременное разрушение может вызвать обрушение других конструкций или здания (сооружения) в целом.

При высокотемпературном огневом воздействии во время пожара в цементной матрице бетона происходят физико-химические процессы, изменяющие его механические свойства. При влажности бетона выше 3% и огневом воздействии с температурой 200°С и более происходит хрупкое поверхностное разрушение бетона и ликвидация защитного слоя рабочей арматуры с вероятным образованием сквозного отверстия. Уменьшение размера поперечного сечения несущей вертикальную нагрузку колонны или панели при их одностороннем нагреве приводит к увеличению напряжений в оставшейся части сечения как за счет снижения величины ее площади, так и за счет появления дополнительного изгибающего момента.

Уменьшение толщины защитного слоя несущей арматуры в железобетонных балках приводит к быстрому прогреву арматуры до критической температуры (500-700°С) и разрушению конструкции. Снижение толщины ограждающей конструкции приводит к увеличению температуры ее ненагреваемой поверхности до критической (180-220°С), и в результате - к достижению предела огнестойкости конструкции.

Для защиты бетона необходимо мероприятие, исключающее и/или снижающие вероятность хрупкого разрушения. Одним из эффективных рекомендуемых методов является добавление в бетонную смесь полипропиленовых волокон.

В настоящее время научно-производственными компаниями разработаны рекомендации по модифицированию структуры высокопрочного бетона классов В60-В90 с одновременным дополнительным эффектом, исключающим хрупкое разрушение бетона при пожаре. Эффект достигается посредством введения полипропиленовых волокон «ВСМ» (волокно строительное микроармирующее) в состав бетон-матрицы ж/б конструкции и определению остаточной несущей способности при условии предупреждения бетона от взрывообразного разрушения.

Высокая эффективность микроволокон «ВСМ» - следствие большого их количества в единице объема, около 300⋅10⁶ ÷ 240⋅10⁶ на м³ бетон-матрицы, против 20⋅10³ ÷ 30⋅10³ при использовании крупного волокна.

В условиях эксплуатации бетонные и ж/б конструкции находятся в состоянии равновесной влажности, величина которой зависит от параметров их капиллярно-пористой структуры. Уже при нагреве в их поровой структуре появляется пар. В случае, когда пор мало или они сообщающиеся и открытые, пар в условиях пожара способствует только замедлению продвижения температурного фронта в глубину конструкции. Если поры закрытые, то парообразная влага развивает в них избыточное давление, способствуя продвижению высоких температур внутрь конструкции с ее растрескиванием и разрушением.

Выгорающие волокна «ВСМ», изготовленные из низкоплавкого полимера, при нагреве образуют как открытую, так и условно-замкнутую пористость, приводящую к снижению внутриструктурного парового давления в высокопрочном бетоне при высокотемпературном воздействии (рис. 1).

1 - начальная стадия плавления, температура 170°С. Образование полостей в контактной зоне; 2 - стадия полного выгорания волокна, температура 275°С

Рисунок 1 - Процесс выгорания волокна «ВСМ»

Бетоны, выполненные по технологии «ВСМ», кроме достижения основного эффекта действия - модифицирующий и армирующий компонент - обеспечивают эффективное предохранение бетонных и ж/б конструкций от хрупкого разрушения при огневом воздействии [1].

Кроме конструктивных методов защиты бетона существует огнезащитная обработка.

Самым актуальным способом в настоящее время является огнезащита бетона интумесцентными – «разбухающими при нагревании» красками. Если за рубежом они появились около 50 лет назад, то в России - лишь недавно. Краски позволяют наносить тонкослойное огнезащитное покрытие. Во время пожара оно вспучивается, образуя «шубу» - слой негорючей пены (пенококса), обладающий низкой теплопроводностью. Он защищает как от прямого контакта с пламенем, так и от нагревания конструкции.

По статистике, 70 % бетонных конструкций защищаются от огня вспучивающимися ЛКМ, остальная доля приходится на конструктивную огнезащиту.

Штукатурка является способом конструктивной огнезащиты железобетонных конструкций, представляя собой негорючую теплоизоляционную систему. Штукатурное покрытие не боится сложных погодных условий, отлично защищая железобетон от огня, ударной волны и температуры. При пожаре такая штукатурка не выделяет токсичных веществ, что особенно важно при эвакуации.

Композиционная плита представляет собой огнезащитную плиту, скрепленную клеевым составом. Она служит как целям конструктивной огнезащиты железобетона, так и теплоизоляции. В составе может быть минеральная (каменная) или базальтовая вата, силикат, вермикулит, магнезит.

Причины разрушения бетона определяют направления его защиты от пожара. Так, профилактика перегревания является способом пассивной защиты железобетонных конструкций, который заключается в создании на поверхности элементов здания слоя из негорючего теплоизоляционного материала с помощью красок, штукатурки или плит особого состава, а дисперсно-армирующая добавка серии «ВСМ» в цементных бетонах является эффективным компонентом повышения пределов огнестойкости и служит оптимальным технологическим мероприятием по предотвращению хрупкого разрушения бетона при огневом воздействии.

Список литературы

1. Савельев А.А. Волокнисто-бетонные конструкции повышенной огнестойкости / А.А. Савельев // Технологии бетонов.­ – 2012. – № 7-8. – С. 16-17.

Код для цитирования: Скопировать