Поведение железобетонных конструкций в условиях пожара

Для количественной оценки устойчивости эксплуатируемых зданий и сооружений к воздействию открытого огня вводится понятие предела их огнестойкости. Оно определяется как время, за которое строительная конструкция теряет свои несущие, теплоизолирующие и прочностные свойства.

Стальной прокат, из которого изготавливаются металлоконструкции, не относится к категории легко сгораемых материалов, но, тем не менее, при термическом нагреве он теряет свои свойства. Указанные изменения приводят к деформации элементов строений, а также к снижению прочностных показателей и разрушению металлического сооружения.

Критические для металла температуры

Под потерей огнестойкости понимается критическое состояние объекта, предшествующее его полному разрушению. По параметру возгораемости все входящие в состав строительных конструкций материалы условно делятся на несгораемые, трудносгораемые и легкосгораемые.

Отличительной особенностью металлоконструкций является быстрая потеря ими своих противопожарных свойств в условиях сильного разогрева, характерного для классической пожарной ситуации.

В связи с этим предел огнестойкости металлических конструкций редко превышает значение 10-20 минут, а конкретная его величина зависит от целого ряда факторов.

В первую очередь она определяется интенсивностью разогрева материала, из которого сделано сооружение. В случае разового или кратковременного воздействия открытого огня, сопровождающегося скачкообразным изменением температуры, металл нагревается не так быстро (в сравнении с окружающим пространством).

При постоянном и медленном нарастании энергии нагрева в очаге пожара металл сопротивляется ему только в течение короткого времени.

По истечении этого временного промежутка его температура выравнивается с окружением. Далее, на рассматриваемый показатель существенное влияние оказывают характеристические размеры отдельных элементов конструкций, а именно приведённая толщина металлов, предел огнестойкости которых подлежит оценке и размеры площади нагрева.

С увеличением характеристических размеров металлоконструкций и уменьшением площади их непосредственного контакта с огнём, скорость повышения температуры снижается.

Ещё одним фактором, определяющим поведение изготавливаемых из металла сооружений и позволяющим поднять порог их огнестойкости, является наличие специальных защитных средств.

Из сказанного следует, что температура нагрева металлических конструкций при пожаре может принимать произвольные значения. А для оценки состояния сооружения необходим какой-то фиксированный параметр, определяющий снижение прочностных свойств металла с его накаливанием.

Для этого и вводится специальный температурный показатель (коэффициент), по достижении которого граница прочности металла в нагретом состоянии уменьшается до предельно низкой величины. Приведшее же к этой ситуации значение температуры называется критическим.

Причины разрушения (снижения прочности)

Основная причина снижения прочности металлоконструкций при пожаре – длительное воздействие критических температур. В результате этого разрушаются нормальные связи между элементами всей конструкции с одновременным ослаблением межмолекулярных металлических связей (вследствие плавления).

Среди факторов, способствующих разрушению стальных конструкций, особо выделяются:

  • высокая теплопроводность, объясняемая образованием во время пожара так называемого «электронного газа»;
  • обезуглероживание поверхностного слоя металлических заготовок, способствующее возникновению в нём нагрузок растягивающего типа;
  • большой перепад температур по сечениям каркасных оснований и перекрытий из металла, приводящий к появлению критических напряжений.

При подготовке решений по защите конструкций от термических воздействий во время пожара все эти факторы должны учитываться в единой связке.

Нормативные требования

Степени и предельные значения показателей огнестойкости металлических сооружений регламентируются действующими нормативными актами (Федеральным законом, в частности).

На основании этого документа все известные виды металлоконструкций по предельным состояниям входящих в их состав элементов и способности противостоять распространению пожара классифицируются по следующим признакам:

  1. «R» – потеря балками, фермами, рамами или колоннами их начальной несущей способности.
  2. «E» – нарушение целостности металлической конструкций (чаще всего используется для оценки состояния наружных стен).
  3. «I» – снижение теплоизолирующих свойств до предельных значений.

Для ряда специфичных элементов вводятся смешанные признаки ухудшения состояния (REI120 или RE30, например). Добавим также, что все эти величины измеряются в часах или минутах.

Более подробно ознакомиться с величинами этих показателей для различных конструктивных элементов можно в таблицах.

Таблица 1. Степени огнестойкости зданий, строений и пожарных отсеков

Степень огнес-тойкости зданий, сооружений, строений и пожарных отсеков Несущие стены, колонны и другие несущие элементы Наружные ненесущие стены Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами)

Строительные конструкции бесчердачных покрытий

Строительные конструкции лестничных клеток

настилы (в том числе с утеплителем) фермы, балки, прогоны внутренние стены марши и площадки лестниц
I R 120 Е 30 REI 60 RE 30 R 30 REI 120 R 60
II R 90 Е 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 90 R 60
III R 45 Е 15 REI 45 RE 15 R 15 REI 60 R 45
IV R 15 Е 15 REI 15 RE 15 R 15 REI 45 R 15
V не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется не нормируется

Таблица 2. Значение критической температуры различных металлических конструкций

Материал конструкции Tcr, град.С
Сталь углеродистая Ст3, Ст5 470
Низколегированная сталь марки:

25Г2С

30ХГ2С

550
Алюминевые сплавы марки:

АМг-6,

АВ-Т1Д1Т,

Д16ТВ92Т

225

Все эти характеристики для большинства незащищённых металлических элементов имеют сравнительно малое значение, укладывающееся в диапазон R10-R15 (R6-R8 – для алюминия).

Причины этого – в структурных особенностях стальных деталей, связанных с их теплопроводностью и характером распределения температур по продольным сечениям.

В качестве исключения могут рассматриваться массивные колоны со сплошным сечением, предел огнестойкости которых нередко достигает значения R45.

Превышение заданного в ней показателя (одного или сразу нескольких) однозначно свидетельствует о том, что металлоконструкцией или её элементом достигнут расчётный предел по огнестойкости.

Железобетонные конструкции

К основным показателям, оказывающим существенное влияние на характеристики огнестойкости железобетонных конструкций, следует отнести марку бетона, а также тип входящего в его состав вяжущего и наполнителя.

Помимо этого предел огнестойкости зависит от состава и класса используемой арматуры, геометрических особенностей конструкции (включая конфигурацию и размеры опорных элементов).

Следует добавить такие важные для этого материала факторы, как условия, при которых осуществляется нагрев, а также показатель нагрузки на отдельные элементы и влажность бетонных структур.

В условиях распространения открытого огня в бетонных структурах определяющее влияние на показатель их огнестойкости оказывают снижение прочностных характеристик бетона по мере его нагрева, тепловое расширение входящей в конструкции арматуры.

Прочность теряется за счет появления в арматуре сквозных отверстий и небольших трещин, к тому же теряются теплоизолирующие свойства.

Самыми уязвимыми при распространении пожара оказываются способные к изгибу элементы конструкций (ригеля, балки, прогоны и плиты перекрытий). Ознакомимся с их характеристиками более подробно.

Плиты, колонны, стены

Пределы огнестойкости отдельных элементов железобетона, подверженных сильным деформационным изгибам, при проведении типовых испытаний обычно укладываются в диапазон значений R45-R90.

Сравнительно небольшие усреднённые значения для этих элементов объясняются тем, что арматура, вносящая основной вклад в прочностные характеристики конструкции, защищена в них тонким слоем бетонного покрытия.

Для участков растянутого арматурного усиления это равнозначно отсутствию какой-либо преграды для свободного распространения огня. Следствием указанной особенности железобетонных структур является высокая скорость их разогрева до критических для данного типа конструкций температур.

С данными по рабочим значениям пределов огнестойкости железобетонных сооружений (а также входящих в них и подверженных деформации гибких элементов) можно ознакомиться в таблицах.

При оценке огнестойкости элементов металлоконструкций (лестниц, например) основное внимание обращается на их поведение в критических условиях.

Окончательной целью проводимых испытаний является выработка рекомендаций, позволяющих повысить пределы огнестойкости за счёт принятия специальных технических и организационных решений.

При строительстве сооружений из железобетона важный фактор, который необходимо соблюдать — огнезащита бетона. Элементы конструкции при пожаре начинают быстро нагреваться, образуются микротрещины и снижается прочность. Для защиты бетона от воздействия огня применяют теплоизолирующие материалы, чтобы обеспечить медленное прогревание стен и основания, а именно, такие как штукатурка, облицовка, минеральные плиты, экраны и вспучивающиеся огнезащитные краски. Обработанные поверхности повышают предел сопротивления до 240 минут.

Огнеупорные свойства железобетона

В молекулярном составе бетона находится вода, которая закипает до 250 °C, что и приводит к частичному отделению кусков бетона за счет их взрыва. При повышении температуры до 550 °C распадается гидроксид кальция на составные части, а именно известь и воду. Если при тушении пожара используют воду, тогда элементы вступают в реакцию, при этом их объем резко увеличивается, тем самым, разрывая плоскость бетона. Песок, нагреваясь, приводит к перегреву всей конструкции, его масса растет и деформирует слои.

Огнеупорный вид бетона — особенный строительный материал, который производят с добавлением специальных огнеупорных составляющих, таких как:

Огнеупорность материала достигается добавлением в раствор специальных средств, среди которых жидкое стекло.

  • карбонат магния;
  • шамотный порошок;
  • жидкое стекло;
  • щебень;
  • шлакопортландцемент;
  • глиноземистый цемент.

Прочность огнеупорных бетонов, в точности, как и обычных строительных бетонов, изменяется при химической реакции цемента с водой с образованием кристаллогидратов. Это зависит от процентного соотношения воды и цемента. Значение прочности взаимосвязано со временем выдержки высоких температур, поэтому огнеупорные бетоны делят на 8 групп применения в температурных режимах: 1100—1800 °С. Бетонные конструкции, выполненные из такого состава, значительно легче остальных за счет их пористой структуры, а это снижает на 40% нагрузку на фундаментную плиту. Условно такой вид бетона поделен на три вида, представленных в таблице:

Разновидности Температура, °С
Огнеупорный До 1580
Жаропрочный Достигает 1770
Высокожаропрочный Более 1770

Расчет огнестойкости и огнезащиты ЖБ

Требования к огнестойкости конструкций и безопасности элементов зданий определяют расчетом фактического предела показателя сопротивляемости конструкции огню (плит перекрытия и колонн). Этот показатель вычисляют, опираясь на группы возгораемости материалов, согласно СНиП II-2—80. Расчет огнестойкости для серийных и монолитных конструкций из железобетона проводят согласно Стандарту организации 36554501—006—2006.

Посмотреть «СНиП II-2—80» или cкачать в PDF (4.5 MB)

Огнезащита бетонных конструкций включает в себя сведения о пределах огнестойкости элементов и остальную необходимую информацию, которую должен предоставить их изготовитель или поставщик.

При расчетах огнестойкости конструкции учитывают длину и ширину этажа сооружения.

С помощью таблиц, изложенных в нормативных документах, определяют степень огнестойкости сооружения и класс опасности. Пример: если здание производственного типа, тогда площадь этажа S в допустимых пределах пожарного выхода равняется: S = L1*L2 = м2, где L1 и L2 — значения длины и ширины здания в метрах.

Посмотреть «Стандарт организации 36554501-006-2006» или cкачать в PDF (9.7 MB)

Огнезащита слоя специальными средствами

Огнезащита железобетонных конструкций заключается в пропорциональном снижении нагрева поверхности с применением теплоизоляционного экрана для бетона. То есть, нанесение на слой бетона различных материалов снижает возможную степень разрушения зданий и сооружений разных видов, и возможность образования вторичных поражающих факторов при возникновении пожара, плюс уменьшает расходы на восстановление объекта. Обработка бетона необходима для предотвращения несущей способности при воздействии пламени и высоких температур, разрушения и деформационных усадок наиболее важных несущих элементов. А первые непоправимые изменения в материале происходят при нагревании поверхности до 350 °C.

Штукатурка

Покрытие бетона гранилированным волокном с примесью неорганического вяжущего средства повышает свойство железобетонных конструкций сохранять несущую и ограждающую способность в условиях пожара до 4-х часов. Раствор из специальных добавок и портландцемента распыляют на поверхность, которую предварительно очищают от грязи. Во время эксплуатации здания штукатурка не трескается и выдерживает динамические нагрузки, действия химических агрессивных компонентов. Стоит отметить, что на рынке строительных материалов огнезащитное покрытие «Монолит» компании «Полюс» отвечает всем требованиям гигиенического сертификата и класса по взрывопожарной и пожарной опасности.

Лакокрасочное покрытие ЖБ конструкцийЛакокрасочное покрытие поверхности способствует замедлению процесса нагрева бетона во время пожара.

Огнезащита железобетона выполняется с помощью нанесения состава на водной основе с эффектом вспучивания. Наноситься может безвоздушным методом и кисточками. Внешне выглядит как декоративная отделка белого цвета. Прогрев и распространение огня при нанесении вспененного слоя на основе минеральных и коксовых элементов происходит медленнее, повышая их предел огнестойкости до 150 минут. Во время пожара ее слой увеличивается до 40 раз от первоначального, замедляя процесс нагрева бетона.

Основным из существующих сертифицированных производителей огнезащитной краски является фирма «Терма Люкс-БК». Состав соответствует требованиям ГОСТ 30247.0—94 для защиты ЖБ общественных, промышленных зданий с неагрессивной средой, без прямого попадания воды и при влажности воздуха до 80%. Краска сохраняет свои огнеупорные свойства до 15 лет. Невспучивающиеся составы после нанесения на бетонный слой затвердевают и не увеличиваются в объеме при нагреве. А красками на основе полимеров и вермикулита обрабатывают полы, стены, колонны как на производстве, так и в торговых продуктовых центрах.

Посмотреть «ГОСТ 30247.0-94» или cкачать в PDF (1006.6 KB)

Пропитки и добавки

Растворы с натриевым стеклом в своем составе используют для обеспечения материалов сохранять прочность в условиях пожара. Наносят на бетонную поверхность малярной кистью. А также существуют пропитки без содержания растворителей на водной основе с наполнителями (органическими и неорганическими), которые при значительном повышении температуры защищают покрытую поверхность от непосредственного воздействия огня вспененной структурой теплоизолирующего слоя. Сертифицированным представителем является «Пиро-сейф Фламмопласт СП-А2».

Другие способы огнезащиты

Чтобы повысить огнестойкость железобетонных конструкций еще при производственном процессе, в бетон добавляют фибру с температурой плавления от 160 °C. При этом процессе образуются поры и каналы в полости бетона, через которые высвобождается пар, тем самым снижая давление и напряжение внутри сооружения. А также для обеспечения показателей огнезащиты обрабатывают поверхность строительным материалом глубокой базальтовой переработки — минеральной ватой. Базальтовое волокно выдерживает температуру до 1000˚С и усиливает огнеупорные свойства бетонных конструкций, защищенных им. Предел его огнестойкости 240 минут, а гарантийный срок эксплуатации до 25 лет. Такой вид защиты представлен компанией ОАО «Тизол», стаж работы которой на рынке по огнезащите составляет 15 лет.

7.1.3. Определение температур огневого воздействия по следам пожара

7.1.3. Определение температур огневого воздействия по следам пожара

После ликвидации горения приходится определять температуры на участках повреждения строительных конструкций по следам пожара.

Вследствие огневого воздействия материалы, из которых изготовлены строительные конструкции и оборудование, оказавшиеся в зоне действия высоких температур, претерпевают различные изменения. Последние сопровождаются характерными признаками, которые выражаются в изменении физических, химических и механических свойств веществ и материалов, в развитии деформации, разрушении или в полном уничтожении (выгорании) частей здания. При этом вещества и материалы, зафиксировавшие воздействие температуры на них, выступают в качестве естественных термоиндикаторов (термосвидетелей).

Естественные термоиндикаторы подразделяют на меняющие цвет при определенной (критической) температуре, плавящиеся, выкипающие или выгорающие при заданной температуре, характеризующие определенное состояние частей здания, строительных конструкций и оборудования после огневого воздействия соответствующей мощности.

Некоторые естественные термоиндикаторы обладают свойствами «запоминать» температуры по сечению, длине и высоте строительных конструкций. К ним относятся распространенные строительные материалы — бетон, дерево, пластмассы.

Во время пожара возможны различные сочетания факторов, влияющих на температурный режим и поведение строительных конструкций. К числу основных факторов, определяющих разрушительные последствия пожара на здание, относятся пожарно-техническая характеристика здания; размер нагрузок на элементы строительных конструкций; длительность воздействия пламени или высокой температуры; температурный режим по участкам здания (с учетом условий газообмена в зонах горения и охлаждающего действия огнетуша-щих средств).

Характерные признаки, свидетельствующие о воздействии на конструкции высокой температуры, определяются, с одной стороны, конкретными условиями горения и зависят в основном от характеристики и длительности воздействия теплового импульса, а с другой — от вида термоиндикатора.

Рассмотрим приемы определения температур, которым подверглись при пожаре материалы и конструкции. Поведение бетона при нагреве определяется изменением его составляющих: заполнителя и цементного камня. К наиболее общим признакам, по которым можно судить о температуре, действовавшей на бетон, относятся изменение цвета и закопчение; снижение тона звука при простукивании; отслаивание и отколы; взрывообразные и местные разрушения; изменение прочностных и деформативных характеристик, физико-химических свойств; оплавление и следы огневой эрозии бетона.

Цвет бетона изменяется в зависимости от вида заполнителя и вяжущего. При температуре до 300 °С тяжелый бетон принимает розовый оттенок, при 400—600 °С — красноватый, при 900—1000 °С -бледно-серый.

В зоне интенсивного горения с температурами более 800 °С сильной закопченности бетона, как правило, не бывает, так как сажа полностью выгорает. В зоне действия повышенных и умеренно высоких температур (100—400 °С) может происходить значительное оседание сажи.

При простукивании молотком можно установить степень повреждения огнем структуры бетона. Неповрежденный бетон имеет высокий тон звука, с увеличением степени разрушения бетона звук становится глухим. После воздействия температур более 600 °С молоток при ударе сминает бетон на поверхности образца. Часть сечения образца, прогретая свыше 500 °С, при ударе средней силы откалывается.

При воздействии умеренно высоких (200—400 °С) и высоких температур (400—800 °С) разрушение бетона носит или относительно спокойный, или взрывообразный характер.

При относительно спокойном разрушении происходит температурное расшатывание бетона. Это объясняется тем, что в тяжелом бетоне коэффициент линейного температурного расширения заполнителей изменяется в больших пределах, вследствие чего сцепление заполнителей с цементным камнем при умеренно высоких температурах резко снижается. Микротрещины в бетоне образуются при температуре 300—400 °С. При дальнейшем росте температур возникают макротрещины. После нагрева бетона до 500 °С трещины увеличиваются настолько, что становятся видны невооруженным глазом. Ширина тем-пературно-усадочных трещин при этом менее 0,1 мм.

После воздействия температур 400—800 °С трещины развиваются интенсивнее. Ширина раскрытия поверхностных трещин 0,5—1 мм. Образцы, прогретые до центра сечения температурами свыше 700 °С, после охлаждения разрушаются. Увлажнение образцов бетона, нагретого до 600 °С, приводит к их полному разрушению.

Взрывообразное разрушение бетона в период пожара происходит в статически неопределимых, преднапряженных и тонкостенных элементах, а также в железобетонных конструкциях, изготовленных из автоклавных, пропаренных и высокопрочных бетонов. В условиях пожара бетон взрывается через 10—20 мин после начала интенсивного огневого воздействия на железобетонные конструкции. Взрывообразное разрушение может происходить непрерывно в радиусе очага пожара на поверхности конструкций, подверженных воздействию огня. Взрыв наиболее поражает участки железобетонных конструкций, на которые непосредственно воздействует пламя. Взрывообразное разрушение бетона возникает, как правило, при быстром нагреве поверхности элемента (непосредственное воздействие пламени, жесткий температурный режим, высокая плотность теплового потока). При этом температура на поверхности бетона 700—900 °С. В случае умеренного повышения температуры взрыв бетона происходит при 1000-1200 °С и выше.

Конструкции, находившиеся под воздействием повышенных и высоких температур (до 700 °С), можно определить по изменению

скорости распространения ультразвука (рис. 7.8) при известной прочности поврежденного бетона и длительности огневого воздействия

. Поведение железобетонных конструкций в условиях пожара

Температуру нагрева свыше 200 °С в зависимости от изменения физического состояния бетона или его химического состава можно определить методом термического анализа.

Во время затяжных пожаров с высокой плотностью теплового потока возможно оплавление некоторых составляющих бетона. Так, при температуре 1100—1150 °С происходит оплавление керамзита, при 1300—1500 °С — полевых шпатов, входящих в состав гранитного заполнителя, при 1700—1710 °С — кремнезема; при 2000—2050 °С — глинозема.

На развитие термической эрозии бетона существенное влияние оказывает огневое воздействие с высокими 400—800 °С, а еще большее — умеренно яростными температурами 800—1200 °С. При температуре свыше 1200 °С защитный слой бетона интенсивно растрескивается, легкоплавкие и тугоплавкие составляющие бетона плавятся. Во время огневого воздействия со сверхвысокими температурами огневая эрозия бетона принимает катастрофический характер. Это явление происходит вследствие плавления не только тугоплавких, но и огнеупорных составляющих бетона.

Таким образом, по следам термической эрозии бетона можно судить о степени его нагрева после пожара:

200—400 . Умеренная — снижение прочностных и деформативных

400—800 . Ускоренная — нарушение структуры

800—1600 . Быстрая — оплавление неогнеупорных составляющих

Более 1600 . Сверхбыстрая — оплавление огнеупорных составляющих

К наиболее характерным признакам, по которым судят о температуре нагрева, действовавшей на строительные стали, относят: обгора-ние горючих и вспучивание огнезащитных красок; изменение цвета стали и характер закопчения конструкций; степень деформации элементов металлических конструкций; образование светлой окалины на поверхности металла; оплавление и расплавление металла; термическую эрозию, испарение металла, «прогары» тонких сечений элементов металлических конструкций.

Металлические не защищенные от огня элементы тонкостенных строительных конструкций особенно чувствительны к тепловому потоку. Наиболее ярко это проявляется у стальных ферм покрытия. Массивные сечения металлических колонн имеют температурные деформации обычно в верхней надкрановой части.

Краски, нанесенные на строительные стали, обгорают при температуре, соответствующей температуре воспламенения конкретного вида краски. По характеру обгорания красок легко установить места наибольшей интенсивности горения.

После воздействия повышенных температур на строительные стали их поверхность получает характерную окраску, а сама сталь — синеломкость. Появление цветов побежалости происходит после закалки с самоотпуском при температуре 200—300 °С. Это явление объясняется возникновением на чистой металлической поверхности тонких слоев окислов. Цвет слоя окисла зависит от его толщины (табл. 7.7).

Таблица 7.7. Классификация побежалости стали

Цвета побежалости стали Толщина слоя окислов, мк Температура нагрева, °С
Светло-желтый 0,04 261-280
Синий (синеломкость) 0,07
Повреждения конструкций Максимальные температуры, °С, при длительности огневого воздействия, ч
0,1-0,5
Слабые 500 (+ 50) 400 (±50) 300 (±50)
Средние 700 (± 100) 600 (±50)
Сильные 1000 (± 100) 800 (± 100) 700 (± 100)
Аварийные 1200 (± 100
Разрушение Более 1300 Более 1200

О воздействии высоких температур на кирпичную кладку и деревянные конструкции можно судить по изменению их состояния (табл. 7.9)

Таблица 7.9. Состояние кирпичной кладки и деревянных конструкций при воздействии температур

Температура, °С
Силикатный кирпич
300 Возрастание прочности до 60 % первоначальной
600 Начало снижения прочности
700 Снижение прочности в два раза, образование трещин
900 Снижение прочности в пять раз, интенсивное образование трещин
Глиняный кирпич
800-900 Возникновение малых поверхностных трещин, более сильное образование трещин в цементно-песчаном растворе
900-1000 Незначительные отколы углов кирпичей, выступающих на поверхность, шелушение поверхности раствора
1000-1200 Сильное повреждение слоя кладки на 10—15 мм, откалывание ле-щадок, выкрошивание раствора на 15—20 мм
1200-1350 Размягчение легкоплавких глин на толщину прогрева
Гипсовая штукатурка
200-300 Образование частых волосных трещин (остаточная прочность 30 % начальной)
Интенсивное раскрытие трещин (остаточная прочность менее 20 % начальной)
Разрушение гипсового камня после охлаждения, вторичная гидратация окиси кальция
400-600 Возникновение розового опенка
800-900 Образование бледно-серого оттенка
Известковая штукатурка
600-800
Более 900 Отслаивание толстых слоев штукатурки (в течение двух-трех недель после пожара)
Древесина
110 Высыхание с выделением летучих веществ
110-150 Пожелтение
Материал Применение Температура, °С Состояние после пожара
Свинец и баббит
Цинк Монтаж внутреннего водопровода 400-430 Оплавление с образованием капель
Алюминий и его сплавы Мелкие детали машин, детали строительных конструкций 600-650
Стекло литое Остекление больших проемов, посуда 700-750 Оплавление
Стекло листовое Обычное остекление. Армированное стекло 800-850
Серебро Детали машин, посуда 950-960
Медь и бронза Оконные рамы. Звонки. Электрические провода и кабели 1000-1100 »
Чугун Трубы, радиаторы. Станины машин 1100-1200 Образование капель

Примечания: 1. Данные о максимальных температурах огневого воздействия по участкам здания следует принимать с учетом поправок на наличие и характер теплоотвода при пожаре.

2. Степень нагрева продуктов горения, омывающих конструкции зданий, могут характеризовать следующие температуры плавления несгоревших материалов: парафина 40—60, полистирола, полиэтилена 100—130, каучука 125, полиуретана 180, олова 232, нейлона и лавсана 250 «С.

Источник

Повреждения конструкций при пожарах

Повреждения конструкций при пожарах происходят в результате воздействия высоких температур. При этом ухудшаются эксплуатационные качества конструкций, снижается прочность материала, сила сцепления арматуры с бетоном, уменьшаются размеры рабочего сечения. Из-за неравномерного температурного нагрева может изменяться расчётная схема элементов, работающих в составе неразрезных систем.

При пожарах большой интенсивности и длительности деревянные и металлические конструкции как правило приходят в негодность, в то время как железобетонные и каменные конструкции частично сохраняют эксплуатационные качества.

Рассмотрим более подробно поведение железобетонных конструкций при пожарах.

Бетон является несгораемым и достаточно огнестойким материалом. Однако под воздействием высоких температур снижаются его прочность и защитные свойства по отношению к заключённой в нём арматуре. Кроме того, при продолжительном пожаре сильно нагревается сама арматура, в которой появляются значительные пластические деформации. В результате этого изгибаемые элементы получают недопустимые прогибы и чрезмерно раскрытые трещины, а внецентренно сжатые элементы теряют устойчивость.

По некоторым данным при температуре пожара 1000-1100 0 C в течение одного часа арматура, расположенная в бетоне, на глубине 2,5 см может нагреваться до температуры 550 0 С, при этом модуль упругости снижается на 40…60%.

В соответствии с «Рекомендациями по оценке состояния и усилению строительных конструкций зданий и сооружений» степень повреждения железобетонных конструкций после пожара характеризуется показателями, приведёнными в табл. №10.

По итогам анализа повреждений принимаются решения о ремонте или усилении конструкций. Так, например, консрукции, имеющие слабую степень повреждений, подвергают косметическому ремонту, при средней степени повреждений конструкции ремонтируют путём инъецирования трещин или наращиванием сечения бетона, при сильной степени повреждений конструкции усиливают введением дополнительных опор, наращиванием сечения бетона и арматуры или другими методами, обеспечивающими прочность, жёсткость и долговечность конструкции. При полной степени повреждений состояние конструкций считается аварийным и восстановление их нецелесообразно. Конструкции в этом случае требуют полной или частичной замены.

Таблица № 10. Повреждения конструкций после пожара

Степень повреждения Характеристика повреждений
Слабая Средняя Сильная Повреждения, не снижающие несущей способности конструкций: наличие следов сажи и копоти; шелушение отдельных слоёв поверхности бетона; незначительные сколы бетона Повреждения, снижающие несущую способность конструкций: изменение серого цвета бетона до розового и буро-жёлтого; элементы, полностью покрытые сажей и копотью; наличие сколов бетона по углам; обнажение арматурной сетки на плоских элементах площадью около 10%; обнажение угловой арматуры в пределах прямоугольной формы; отделение наружных слоёв бетона без их обрушения; трещины шириной до 0,5 мм. Повреждения, значительно снижающие несущую способность конструкции: цвет бетона – жёлтый, сколы бетона – до 30% сечения элемента; обнажение арматурной сетки в плоских элементах на площади более 10%; обнажено более 50% рабочей арматуры прямоугольных элементов; выпучен один стержень арматуры элемента; отвалились поверхностные слои бетона; трещины шириной до 1 мм. Повреждения, свидетельствующие о критическом состоянии конструкции: цвет бетона – жёлтый; сколы бетона – от 30 до 50% площади сечения элемента; обнажено до 90% арматуры; выпучилось более одного стержня арматуры; нарушена анкеровка, сцепление арматуры с бетоном; нагрев арматуры свыше 300 0 C; отрыв закладных и опорных деталей; зыбкость конструкции; прогибы свыше 1/50 пролёта; трещины шириной более 1 мм.

В процессе проектирования усиления определяется температура нагрева поверхности конструкций, а также оценивается прочность бетона и арматуры. При этом температура нагрева бетона в зависимости от его цвета и других характерных признаков определяется по показателям, приведённым в табл. 11, или опытным путём, на основании физико-химических исследований проб бетона массой 100-200 г, изъятых с поверхностей слоёв конструкций, по методике . Температуру нагрева арматуры, как правило, принимают равной температуре нагрева бетона в исследуемой зоне.

Таблица № 11. Определение температуры нагрева бетона по цвету и другим характерным признакам

Цвет бетона Максимальная температура нагрева, 0 C Возможные дополнительные эффекты
Нормальный Нет
Розовый до красного 300-600 Начиная с 300 0 С – поверхностные трещины, с 500 0 С – глубокие трещины, с 572 0 С – раскол или выкал заполнителей, содержащих кварц
Серовато-черноватый до тёмно-жёлтого 600-950 700-800 0 С – отколы бетона, обнажающие в ряде случаев арматуру, 900 0 С – диссоциированный известняковый заполнитель и цементный дегидратированный камень сыплются, крошатся
Тёмно-жёлтый Более 950 Много трещин, отделение крупного заполнителя от растворной части

Таблица № 12. Определение величины снижения прочности бетона после пожара

Вид и условия твердения Снижение прочности, %, при максимальной температуре нагрева, 0 С
Тяжёлый с гранитным заполнителем, естественное
То же, тепловлажностная обработка
То же, с известняковым заполнителем
Лёгкий с керамзитовым заполнителем, тепловлажностная обработка

Примечание: 1. После нагрева до температуры выше 500 0 С значения прочности бетона принимаются равными нулю. 2. Промежуточные значения прочности бетона устанавливаются линейной интерполяцией.

Таблица № 13. Определение величины снижения прочности арматуры после пожара

Положение арматуры в конструкции, наличие предварительного напряжения Класс арматуры Снижение прочности,%, при максимальной температуре нагрева, 0 C
За пределами зоны анкеровки независимо от преднапряжения A-I, A-II, A-III Нет нет нет
A-IV, A-V, A-VI то же
AТ-IV, AТ-V, AТ-VI -„-
B-II, Bp-II, K-7 -„-
В зоне анкеровки арматуры, ненапрягаемой A-II, A-III, A-IV -„-
A-V, AТ-III, AТ-IV -„-
AТ-V -„-
То же, предварительно напрягаемой A-IV, AT-IV -„-
A-V, AТ-V -„-
A-VI, AТ-VI -„-
Bp-II, K-7 -„-
B-II -„-

Особое внимание при исследованиях уделяют показателям прочности бетона и арматуры, которые определяют с помощью инструментов и приборов приведённых в табл. 1, или испытанием образцов, вырезанных из тела конструкций.

При отсутствии экспериментальных данных величину снижения прочности бетона и арматуры находят через понижающие коэффициенты , и , или в процентном выражении по данным табл. 12 и 13.

Источник