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.

Огнестойкий бетон

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:

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.

Базальтовый щебень

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.

Бетонные прогоны

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.

Плиты перекрытия

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

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.

Пенобетонный блок

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.