Огнестойкость бетона – это способность бетона противостоять огню или обеспечивать защиту от огня. Это подразумевает способность бетонного конструктивного элемента продолжать выполнять определенную структурную функцию или сдерживать огонь, или и то, и другое.
Продолжительность времени, в течение которого такой элемент, как балка, колонна, стена, пол или крыша, может выдержать воздействие огня, что определено в стандарте ASTM E 119, называется степень огнестойкости.
Огнестойкость контролируется как физическими, так и тепловыми свойствами конструктивного элемента. Факторы, определяющие характеристики конструкции, включают уровень напряжения в бетоне и стали, бетонное покрытие, склонность заполнителя и свободной влаги к образованию сколов, а также условия бокового удержания.
Однако параметры, которые контролируют тепловые характеристики, включают тип заполнителя, свободную влагу в бетоне (как поглощенную, так и капиллярную) и объем бетона на квадратный метр открытой площади.
Содержание: [показать]
Механизм огнестойкости бетона
Свойства огнестойкости бетона легко понять. Компоненты бетона, такие как цемент и заполнители, химически инертны и, следовательно, в основном негорючи, а бетон обладает медленной скоростью передачи тепла.
Именно эта медленная скорость проводимости (теплопередачи) позволяет бетону действовать в качестве эффективного противопожарного щита не только между соседними помещениями, но и защищать себя от повреждения огнем. Таким образом, некоторые бетонные конструктивные элементы, например, стены в доме, действуют как противопожарный щит, защищая соседние помещения от пламени и сохраняя свою структурную целостность, несмотря на воздействие сильного жара.
Механизм огнестойкости бетона
Как
Как огонь воздействует на бетонные конструкции?
При высоких температурах, возникающих при пожаре, гидратированный цемент в бетоне постепенно обезвоживается, превращаясь обратно в воду (фактически пар) и цемент. Это приводит к снижению прочности и модуля упругости (жесткости) бетона.
При некоторых пожарах происходит раскалывание бетона – фрагменты бетона отделяются от остальной части бетона, иногда с силой. Большинство требований к степени огнестойкости диктуется строительными нормами и правилами, в зависимости от типа здания и его наполняемости.
Степень огнестойкости указывается в часах. Например, требования к огнестойкости колонн в многоэтажных больницах намного строже, чем в одноэтажных зданиях, используемых для хранения негорючих продуктов или материалов.
В многоэтажной больнице колоннам может потребоваться четырехчасовая огнестойкость, в то время как в одноэтажном здании наружным стенам может потребоваться только одночасовая огнестойкость.
Влияние пожара на бетонную конструкцию
Факторы, влияющие на огнестойкость бетона
1. Тип заполнителя
Заполнители, используемые в бетоне, можно разделить на три класса: карбонатные, кремнистые и легкие. Известняк, доломит и известковая порода называются карбонатными заполнителями, поскольку они состоят из карбоната кальция или магния или их комбинаций. При воздействии огня эти агрегаты кальцинируются – углекислый газ отгоняется, а оксид кальция (или магния) остается.
Поскольку для кальцинирования требуется тепло, реакция поглощает часть тепла огня. Реакция начинается на поверхности, подверженной воздействию огня, и медленно продвигается к противоположной стороне. В результате карбонатные заполнители ведут себя во время пожара несколько лучше, чем другие заполнители с нормальным весом.
Известняковый заполнитель
К кремнистым заполнителям относятся материалы, состоящие из кремнезема, в том числе гранит и песчаник. Легкие заполнители обычно изготавливаются путем нагревания сланца, шифера или глины. Бетон, содержащий легкие заполнители и карбонатные заполнители, сохраняет большую часть своей прочности на сжатие до температуры около 650C.
Легкий бетон обладает изоляционными свойствами и передает тепло медленнее, чем бетон нормального веса при той же толщине, и поэтому обычно обеспечивает повышенную огнестойкость.
Гранитный заполнитель
Легкий заполнитель
2. Содержание влаги
Влажность
оказывает комплексное влияние на поведение бетона в огне. Бетон, которому
которому не дали высохнуть, может растрескаться, особенно если бетон очень
непроницаемый, например, бетон, изготовленный с использованием кремнеземистого дыма или латекса, или если он имеет
очень низкое водоцементное отношение.
3. Плотность
В общем случае,
бетоны с меньшим удельным весом (плотностью) лучше ведут себя в огне; высушенный
легкий бетон ведет себя в огне лучше, чем бетон с нормальным весом.
4. Проницаемость
Бетоны, которые
более проницаемы, как правило, работают удовлетворительно, особенно если они
частично сухие.
5. Толщина
Чем толще или массивнее бетон, тем лучше его поведение при воздействии огня.
Читайте также: Факторы, влияющие на характеристики бетона во время пожара
Что означает рейтинг огнестойкости?
Согласно определению, данному в издании 2000 года Международных строительных норм и правил (IBC-2000), “степень огнестойкости” означает “период времени, в течение которого здание или компонент здания сохраняет способность сдерживать огонь или продолжает выполнять заданную конструктивную функцию, или и то, и другое, как определено испытаниями, предписанными в разделе 703. Этот стандарт требует, чтобы образец для испытания был как минимум определенного размера, если только фактический размер не меньше указанного минимума.
Как достигается пожарная безопасность?
Как указывалось ранее, IBC-2000 допускает различные методы достижения рейтинга огнестойкости. Очевидным методом является испытание на огнестойкость конкретного компонента здания. В качестве альтернативы можно использовать предписанные конструкции, перечисленные в кодексе, или допускается проведение расчетов в соответствии с процедурами, приведенными в кодексе.
Хотя раздел “Расчеты” в своде правил включает несколько формул, большинство данных представлены в виде таблиц в удобной для использования форме и основаны на результатах стандартных (ASTM E119) огневых испытаний.
В качестве примера,
В таблице 1 представлены данные из таблицы 720.2.1.1 МКБ-2000 для минимальной
минимальной толщины монолитных или сборных стен для различных степеней огнестойкости.
огнестойкости. Эти данные идентичны минимальной толщине плит перекрытий, приведенной
в таблице 720.2.2.1.1, поскольку эти значения основаны на критерии теплопередачи
критерий конечной точки.
Таблица 1: Минимальная толщина плит перекрытия для определения степени огнестойкости
Тип бетона
1 час
1,5 часа
2 часа
3 часа
4 часа
Кремнистый
3.5
4.3
5.0
6.2
7.0
Карбонат
3.2
4.0
4.5
5.7
6.6
Песок–Легкий
2.7
3.3
3.8
4.6
5.4
Легкий
2.5
3.1
3.6
4.4
5.1
Как отмечалось выше, карбонатные относятся к крупным заполнителям из известняка, доломита или известковых пород – состоящих из карбоната кальция или магния. Кремнистые относятся к большинству других заполнителей нормального веса. Песчано-легкий – бетон, изготовленный с использованием песка и легкого крупного заполнителя нормального веса, вес которого обычно составляет от 1682 до 1922 килограммов на кубический метр.
Легкий – бетон, изготовленный с использованием легкого крупного и мелкого заполнителя, весом от 1361 до 1842 килограммов на кубический метр.
Читайте также: Огнестойкость бетонных конструкций и материалов
Читайте далее:- Показатели огнестойкости конструктивных элементов из бетона и кирпичной кладки.
- Факторы, влияющие на характеристики бетона во время пожара.
- Огнестойкость бетонных материалов и конструкций.
- Системы пожарной безопасности и защиты имущества для зданий.
- Механизм огневого повреждения железобетонных конструкций и метод оценки.
- Ухудшение состояния бетона в результате катионообменных реакций.
- Пожарная безопасность и особенности безопасности высотных зданий и сооружений.