Рекомендации по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре

ИСТОРИЯ ИЗМЕНЕНИЙ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ АКТОВ

flowchart LR
  n0["Рекомендации по защите бетонных и железобетонных конструкций..."]:::rst
  click n0 "https://bukva.ai/docs/rekomendatsii-po-zaschite-betonnyh-i" "Рекомендации по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре"
  n1["СТО 36554501-006-2006"]:::doc
  click n1 "https://bukva.ai/docs/standart-sto-36554501-006-2006" "СТО 36554501-006-2006. Стандарт организации. Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций (утв. и введен в действие Приказом ФГУП'НИЦ'Строитель"
  n0 --> n1
classDef rst fill:#FFEBEB,stroke:#8B0000,color:#000;
classDef doc fill:#EBFFEB,stroke:#006400,color:#000;
classDef notEnt fill:#FFFFEB,stroke:#FF8C00,color:#000;

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЗАЩИТЕ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПРИ ПОЖАРЕ

Рекомендованы к изданию решением секции теории бетона и железобетона Ученого совета НИИЖБ Госстроя СССР.

Рекомендации содержат основные положения по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре. Рассмотрены причины этого вида разрушения, методы оценки хрупкости бетона при нагреве; приведена методика проверки возможности хрупкого разрушения бетона, бетонных и железобетонных конструкций при пожаре, а также технологические и конструктивные мероприятия по их защите от хрупкого разрушения.

Предназначены для инженерно-технических работников проектных и научно-исследовательских организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В последние годы при пожарах все чаще наблюдается хрупкое разрушение бетона в бетонных и железобетонных конструкциях. Объясняется это тем, что в строительстве шире стали применяться конструкции из бетонов повышенной прочности или прошедших тепловлажностную обработку, с тонкостенными и предварительно напряженными элементами.

В связи с этим в нашей стране (в НИИЖБ, ВНИИПО, НИПИсиликатобетон, ВНИИстром, МИСИ) и за рубежом были проведены значительные экспериментальные и теоретические исследования по изучению хрупкого разрушения бетона при пожаре.

Рекомендации разработаны на основании результатов этих исследований НИИЖБ Госстроя СССР (доктором техн. наук профессором К.Д. Некрасовым, канд. техн. наук В.В. Жуковым и инж. В.Ф. Гуляевой).

Целью настоящей работы является оказание помощи специалистам при разработке новых видов бетонных и железобетонных конструкций, в которых возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре была бы уменьшена или исключена. Рекомендации могут быть использованы также для анализа причин хрупкого разрушения бетона при огневых испытаниях и при пожаре.

Замечания и предложения просьба направлять по адресу: Москва, 109389, 2-я Институтская, д. 6, НИИЖБ.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. При пожаре в зданиях и сооружениях, в которых применяются бетонные и железобетонные конструкции, возможно хрупкое разрушение бетона. Разрушение бетона происходит внезапно, быстро и поэтому является наиболее опасным.

1.2. Хрупкое разрушение бетона начинается, как правило, через 5 — 20 мин от начала огневого воздействия и проявляется как откол от нагреваемой поверхности конструкции кусков бетона в виде лещадок площадью примерно от 1 см2 до 0,5 — 1 м2 и толщиной от 1 мм до 5 см. Разрушение бетона может продолжаться в течение всего огневого воздействия до полного разрушения конструкции.

Хрупкое разрушение бетона может сопровождаться звуковым эффектом в виде легкого хлопка, треска различной интенсивности или «взрыва». При хрупком разрушении бетона возможен разлет кусков весом до нескольких килограммов на расстояние до 10 — 20 м.

1.3. Хрупкое разрушение бетона при пожаре может очень быстро привести к разрушению бетонных или железобетонных конструкций. В этом случае предел огнестойкости конструкций может оказаться значительно ниже требуемого вследствие уменьшения размера бетонного сечения конструкции, уменьшения толщины или полной ликвидации защитного слоя рабочей арматуры, а также образования 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 (рис. 1).

при одностороннем воздействии огня

\text{Т}_{\text{п}_{2}} — то же, в момент \tau_{2}

Уменьшение толщины или откол защитного слоя несущей арматуры в железобетонных балках приводит к быстрому прогреву этой арматуры до критической температуры (500 — 700 °C) и разрушению конструкции (рис. 2).

огнестойкости несущей железобетонной балки

разрушения бетона

Уменьшение толщины ограждающей конструкции приводит к резкому увеличению температуры ее ненагреваемой поверхности до критической (180 — 220 °C) и в результате — к достижению предела огнестойкости конструкции.

Вследствие хрупкого разрушения бетона в ограждающей конструкции сразу или через некоторое время может появиться сквозное отверстие и конструкция не будет являться преградой распространению огня из одного помещения в другое (рис. 3). При появлении сквозного отверстия в конструкции достигается предел ее огнестойкости.

огнестойкости ограждающей железобетонной конструкции

помещения Б, когда нет хрупкого разрушения бетона

1.4. При пожаре очень часто начало хрупкого разрушения бетона не совпадает с разрушением всей конструкции, происходящим значительно позже. В ряде случаев, несмотря на хрупкое разрушение бетона, конструкция еще длительное время может сопротивляться воздействию огня. При этом предел ее огнестойкости может быть вполне достаточным и удовлетворять требованиям нормативных документов.

При оценке последствий хрупкого разрушения бетона при пожаре и влияния его на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций необходимо в каждом конкретном случае рассматривать возможность разрушения и предел огнестойкости каждой отдельной конструкции.

1.5. 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. Особое внимание следует обратить на возможность хрупкого разрушения бетона несущих колонн и панелей нижних этажей и подвалов многоэтажных зданий.

1.6. Причиной хрупкого разрушения бетона при пожаре является переход уже существующих до нагрева или вновь образовавшихся при нагреве трещин в структуре бетона из равновесного состояния в неравновесное и спонтанное их развитие (рис. 4) под действием напряжений.

вызывающей откол бетона при его хрупком разрушении

нагрузки; h — толщина элемента

1.7. Хрупкость бетона характеризуется величиной \Delta R_{\text{у}} (рис. 5), равной разности относительных напряжений в параметрических точках О.Я. Берга <*> на диаграмме состояния бетона

\Delta R_{x} = R_{\text{т}}^{\nu} - R_{\text{т}}^{\text{о}} , (1)

где \Delta R_{x} — характеристика хрупкости бетона;

R_{\text{т}}^{\text{о}} — относительное напряжение в начале образования новых трещин;

R_{\text{т}}^{\nu} — относительное напряжение в начале развития магистральных трещин.

<*> Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. М., Госстройиздат, 1962.

Гвоздев А.А. Структура бетона и некоторые особенности его механических свойств. — В кн.: Прочность, структура, изменения и деформации бетона. М., Стройиздат, 1978.

Рис. 5. Диаграмма состояния бетона

• относительные деформации

Чем меньше величина \Delta R_{x} , тем больше опасность хрупкого разрушения бетона при пожаре. Следовательно, чем раньше в бетоне появляются новые трещины (т.е. чем меньше величина R_{\text{т}}^{\text{о}} ), тем бетон менее хрупок.

Наиболее хрупкой составляющей бетона является цементный камень. Мелкий и крупный заполнители делают бетон менее хрупким, так как способствуют появлению мелких трещин на стадии изготовления, транспортирования и хранения конструкций и препятствуют развитию крупных магистральных трещин при загружении внешней нагрузкой (включая и собственный вес конструкции) и нагреве.

1.8. При анализе хрупкого разрушения бетона при пожаре можно использовать основные положения механики хрупкого разрушения. В этом случае характеристикой бетона при его хрупком разрушении является коэффициент псевдоинтенсивности напряжений в устье трещины (K_{1}) , равный

K_{1}\prime = K_{1} + b , (2)

где K_{1} — коэффициент интенсивности напряжений однородного материала, \text{Мн} \cdot \text{м}^{- 3/2} ;

K_{1}\prime — коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, \text{Мн} \cdot \text{м}^{- 3/2} ;

b — положительная функция, учитывающая влияние заполнителей в бетоне на развитие трещины (аналогично влиянию зоны пластичности в пластичных материалах), \text{Мн} \cdot \text{м}^{- 3/2} .

Чем больше значение K_{1}\prime , тем материал лучше сопротивляется развитию в нем трещин.

Для экспериментального определения величины K_{1}\prime можно пользоваться существующей методикой <*>.

<*> Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. Изд. «Наука», М., 1974 (с. 192, табл. 4.1, п. 4);

Kiyoshi Okada and Wataru Koyanagi. Effect of aggregate on the fracture process of concrete. Proc. Int. Conf. Mech. Behav. Mater. Kyoto, 1972, vol. 4, p. 72 — 83.

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений (K_{1}\prime) пропорционален характеристике хрупкости бетона (\Delta R_{x}) ; оба эти показателя связаны с эффективной поверхностной энергией и вязкостью разрушения бетона. Эти параметры являются характеристиками, оценивающими сопротивление бетона (как материала) хрупкому разрушению.

1.9. Хрупкое разрушение бетона является также следствием действия на него напряжений, вызванных нагревом и внешней нагрузкой и приводящих к переходу трещины из равновесного в неравновесное состояние.

При пожаре наибольшее влияние на хрупкое разрушение бетона оказывают: собственные температурные напряжения от градиента температуры по сечению элемента, напряжения от статической неопределимости конструкции, от внешней нагрузки и от фильтрации пара через структуру бетона.

1.10. Хрупкому разрушению бетона при пожаре может способствовать раскол при нагреве крупных заполнителей.

При анализе причин разрушения бетона и подборе состава бетона, который бы не разрушался при пожаре, необходимо проверить возможность разрушения крупного заполнителя по методике, приведенной в Прил. 1.

1.11. Хрупкое разрушение тонкостенных элементов железобетонных конструкций при нагреве может произойти вследствие потери устойчивости, которая связана с наличием в диаграмме состояния бетона падающей ветви. Эта потеря устойчивости происходит при жестких ребрах или элементах заделки, окружающих тонкостенный элемент, а также при местном нагреве тонкостенной конструкции, когда ненагретые участки играют роль жесткой обоймы.

Такой особый вид потери устойчивости в характерной точке II на диаграмме состояния бетона (см. рис. 5) известен из литературы <*>. Как правило, он сопровождается быстро протекающим хрупким разрушением материала с характерным сильным звуком, часто напоминающим взрыв.

<*> Dougill T.W. The relevance of the established method of structural fire testing to reinforced concrete. Applied materials research. October. 1966, p. 235 — 239.

Для предотвращения при пожаре хрупкого разрушения бетона тонкостенных конструкций необходимо ограничивать их толщину в соответствии с указаниями третьего раздела настоящих Рекомендаций.

1.12. Хрупкое разрушение бетона при пожаре зависит от структуры бетона, его состава, влажности, температуры, граничных условий конструкции и внешней нагрузки, т.е. оно зависит как от материала (бетона), так и от вида бетонной или железобетонной конструкции.

1.13. Необходимо контролировать возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре и влияние его на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций, предусматривать в случае необходимости меры по борьбе с хрупким разрушением бетона и конструкции в целом.

Опасность хрупкого разрушения бетона практически может быть сведена к минимуму при выполнении специальных мероприятий.

2. ОБЩАЯ ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА ПРИ ПОЖАРЕ

2.1. При разработке новых составов бетонов или усовершенствовании уже существующих необходимо оценить возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре.

2.2. Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре для бетонов нормального твердения оценивается по величине критерия хрупкого разрушения (F), который определяется по формуле

F = a\_\_\_\_ \frac{\alpha_{\text{б}t}E_{\text{б}t} \cdot \rho}{K_{1}\prime\lambda\text{П}^{\text{о}}} \_\_\_\_W^{\text{э}} , (3)

где \alpha_{\text{б}t} — коэффициент линейной температурной деформации бетона, 1/град;

E_{\text{б}t} — модуль упругости нагретого бетона, Мн/м2;

\rho — плотность бетона в сухом состоянии, кг/м3;

a — коэффициент пропорциональности, равный 1,16·10^{- 2}\text{Вт }·\text{м}^{5/2}/\text{кг} ;

K_{1}\prime — коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, \text{Мн} \cdot \text{м}^{- 3/2} ;

П — общая пористость, м3/м3;

\lambda — коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м x град);

W_{\text{о}}^{\text{э}} — объемная эксплуатационная влажность бетона, м3/м3.

Значения коэффициентов \alpha_{\text{б}t} , E_{\text{б}t} , \rho , \lambda определяют по таблицам Прил. 2 для средней температуры бетона 200 — 300 °C.

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений (K_{1}\prime) принимают по данным табл. 1 в зависимости от вида и количества заполнителей (для бетона на портландцементе).

Таблица 1

Примечания: 1. В таблице приведены значения K_{1}\prime для бетонов с наибольшей крупностью заполнителя 10 мм. При крупности заполнителя более 10 мм значения K_{1}\prime следует умножать на 1,14.

2. Приведены данные для бетона нормального твердения. Для бетона тепловлажностной обработки значения K_{1}\prime следует уменьшать в 1,4 раза.

3. Значения K_{1}\prime для составов с расходом заполнителя < 50% и > 20% принимаются по линейной интерполяции.

2.3. Эксплуатационная объемная влажность бетона (W_{\text{о}}^{\text{э}}) с плотными заполнителями определяется как его средняя равновесная влажность по формуле

W_{\text{о}}^{\text{э}} = W_{\text{в}}\rho \cdot 10^{- 3} , (4)

где W_{\text{в}} — равновесная влажность бетона по массе, кг/кг;

\rho — плотность бетона в сухом состоянии, кг/м3.

Влажность бетона по массе (W_{\text{в}}) принимается по табл. 2 в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха (\varphi) , при которой будет эксплуатироваться рассматриваемая конструкция, и от расхода цемента.

Таблица 2

Примечание. Промежуточные значения W_{\text{в}} принимаются по линейной интерполяции.

При применении пористых заполнителей влажность бетона следует увеличить на величину

W_{\text{о}}^{\text{з}} = V_{\text{з}}W_{\text{в}}^{\text{з}}\rho \cdot 10^{- 3} , (5)

где W_{\text{о}}^{\text{з}} — часть эксплуатационной объемной влажности бетона, обусловленная наличием в нем крупного пористого заполнителя, м3/м3;

V_{\text{з}} — относительный объем заполнителя в бетоне;

W_{\text{в}}^{\text{з}} — равновесная влажность заполнителей по массе, кг/кг;

\rho — плотность бетона в сухом состоянии, кг/м3.

Для обычно применяемого керамзита среднюю величину влажности заполнителя по массе (W_{\text{в}}^{\text{з}}) можно принимать в зависимости от расчетной влажности воздуха (\varphi) помещения, где будут эксплуатироваться бетонные или железобетонные конструкции:

\varphi , %

     15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,006
     25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,0075
     50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,012
     75 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,015
    100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,028

2.4. Относительную расчетную влажность воздуха (\varphi) в помещениях жилых зданий можно принимать 75%.

Относительная расчетная влажность воздуха в помещениях промышленных зданий принимается:

Влажность воздуха в помещении

     60 - 90% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  75%
     30 - 60% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  45%
     10 - 30% . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  15%

2.5. По значению величины F устанавливают возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре.

При F <= 4 бетон не будет разрушаться. Никаких дополнительных проверок или мероприятий по защите конструкций из него не требуется.

При F > 4, < 6 бетон может разрушаться в конструкциях, имеющих напряжения сжатия от длительной нормативной нагрузки в крайнем сжатом волокне бетона или в элементах толщиной менее 4 см. Необходима дальнейшая проверка возможности хрупкого разрушения бетона в конструкции в соответствии с разд. 3 настоящих Рекомендаций.

При F >= 6 бетон будет разрушаться. Необходимо применение специальных мероприятий в соответствии с разд. 4 настоящих Рекомендаций.

2.6. Вывод о возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре в ненесущих конструкциях можно сделать также на основании средних величин критической влажности бетонов по массе (W_{\text{в}}^{\text{кр}}) , равной:

    для тяжелого бетона с крупным заполнителем из гранита . . . . . . .  3%
    для тяжелого бетона с крупным заполнителем из карбонатных пород . .  4%

для легкого конструктивного бетона с крупным пористым

заполнителем  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  5%
    для тяжелых силикатных бетонов  . . . . . . . . . . . . . . . . . .  2%
    приготовленных по "кетелочной" технологической схеме  . . . . . . .

Если эксплуатационная влажность бетона (W_{\text{о}}^{\text{э}}) будет меньше критической влажности бетона по массе, умноженной на плотность бетона, т.е. W_{\text{о}}^{\text{э}}<W_{\text{в}}^{\text{кр}}\rho \cdot 10^{- 3} , то бетон не будет хрупко разрушаться.

3. ПРОВЕРКА ВОЗМОЖНОСТИ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ БЕТОНА В КОНСТРУКЦИИ ПРИ ПОЖАРЕ

3.1. Бетон, имеющий значения F больше 4 или меньше 6, проверяют на возможность его хрупкого разрушения в конструкции при пожаре, если в процессе эксплуатации от длительной нормативной нагрузки в этой конструкции имеются сжимающие напряжения в крайнем волокне бетона со стороны возможного огневого воздействия.

3.2 Методика оценки возможности хрупкого разрушения бетона в конструкции

1. От длительной нормативной нагрузки определяют величину сжимающих напряжений (\sigma_{\text{сж}}) в крайнем сжатом волокне бетона, которое при пожаре может подвергнуться воздействию огня.

2. Вычисляют значение объемной критической влажности бетона W_{\text{о}}^{\text{кр}} по формуле

где c — коэффициент пропорциональности, равный 0,58 Вт x м/(Мн x град);

П — общая пористость бетона, м3/м3;

R_{\text{р}}^{\text{н}} — нормативное сопротивление бетона осевому растяжению, Мн/м2;

\lambda — коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м x град);

\sigma_{\text{сж}} — сжимающее расчетное напряжение от длительной нормативной нагрузки на поверхности конструкции, которая при пожаре может подвергнуться воздействию огня, Мн/м2.

Для бетонов, прошедших тепловлажностную обработку, полученную величину W_{\text{о}}^{\text{кр}} следует уменьшить в 1,4 раза.

3. Величину W_{\text{о}}^{\text{кр}} сравнивают с величиной объемной эксплуатационной влажности W_{\text{о}}^{\text{э}} , определяемой в соответствии с п. 2.3 настоящих Рекомендаций.

4. Если W_{\text{о}}^{\text{э}}>W_{\text{о}}^{\text{кр}} , то бетон в конструкции будет хрупко разрушаться при пожаре. Необходимо применить специальные мероприятия для защиты бетона от хрупкого разрушения в соответствии с разд. 4 настоящих Рекомендаций или снизить сжимающие напряжения в бетоне до величины \sigma_{\text{сж}}n .

Значения коэффициента n в зависимости от относительных сжимающих напряжений в крайнем волокне бетона приведены ниже.

    0   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  1
    0,1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,95
    0,3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,85
    0,5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,8
    0,7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,7
    0,9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  0,65

Если W_{\text{о}}^{\text{э}}<W_{\text{о}}^{\text{кр}} , то бетон данной конструкции не будет разрушаться при пожаре.

3.3. Для оценки хрупкого разрушения бетона в несущих конструкциях при пожаре можно также использовать средние значения критической весовой влажности бетона, как указано в п. 2.5 настоящих Рекомендаций. При этом величину критической весовой влажности бетона следует умножить на соответствующее значение коэффициента n в зависимости от относительных сжимающих напряжений (при длительной нормативной нагрузке) в крайнем волокне бетона, которое может быть подвергнуто воздействию огня.

3.4. Если бетон имеет значения F больше 4 или меньше 6, то минимальная толщина элементов конструкции принимается в зависимости от относительных сжимающих напряжений.

Минимальная толщина элементов приведена ниже.

Относительные сжимающие напряжения (\frac{\sigma_{\text{сж}}}{R_{\text{пр}}^{\text{н}}})

      0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  4 см
    0,2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  5 "
    0,4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6 "
    0,6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  7 "
    0,8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8 "
    0,9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  9 "

4. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ БЕТОННЫХ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ХРУПКОГО РАЗРУШЕНИЯ ПРИ ПОЖАРЕ

4.1. Мероприятия по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре подразделяют на 3 группы:

I — ликвидирующие хрупкое разрушение бетона при пожаре;

II — снижающие вероятность хрупкого разрушения;

III — профилактические.

4.2 К I группе мероприятий относятся:

1. противопожарные мероприятия в виде водяных завес, спринклерных и других устройств, обеспечивающих защиту бетонных и железобетонных конструкций от воздействия огня;

2. снижение влажности в помещении до величины, при которой в случае пожара хрупкого разрушения бетона не произойдет;

3. установка в поверхностном нагреваемом слое конструкции проволочной сетки с ячейками размером 3 — 15 мм и диаметром проволоки 0,7 — 1 мм;

4. нанесение теплоизоляционной штукатурки толщиной 1 — 2 см из легкого бетона по поверхности конструкции <*>;

5. применение жаростойких бетонов с шамотным заполнителем;

6. дисперсное армирование бетона у нагреваемой поверхности конструкции на глубину 1 — 2 см асбестом, стекловолокном или металлическим волокном (5 — 7% от массы вяжущего).

<*> Руководство по выполнению огнезащитных и теплоизоляционных штукатурок механизированным способом. ЦНИИОМТП. М., Стройиздат, 1977.

Эти мероприятия необходимы при использовании бетонов с F >= 6, а также бетонов с F больше 4 и меньше 6.

При проведении мероприятий первой группы можно не проводить контрольных огневых испытаний.

4.3 Ко II группе мероприятий относятся:

1. установка в балках или плитах (в защитном слое) арматурной сетки с ячейками 10 x 10 см из арматуры диаметром 3 мм на расстоянии от нагреваемой поверхности не более 0,5 — 1 см;

2. применение в поверхностном нагреваемом слое бетона полимерной добавки в количестве 5 — 10% массы вяжущего;

3. применение крупных заполнителей с низкими коэффициентами линейного температурного расширения (известняка, базальта, диабаза, доменного шлака вместо гранита);

4. замена части (не менее 1/3) или полностью природного песка песком из известняка, базальта, диабаза, сиенита или диорита;

5. использование составов бетонов с ограниченным расходом вяжущего (портландцемента не более 400 кг на 1 м3 бетонной смеси) и повышенными значениями В/Ц отношения (не менее 0,5);

6. использование бетонов с легкими заполнителями;

7. поризация цементного камня;

8. применение шлакопортландцемента;

9. использование тонкомолотых добавок из доменных и литых шлаков.

Эти мероприятия применяются для бетонов с F меньше 4 и больше 6, но их полная эффективность пока еще требует выборочной проверки огневыми испытаниями. Эти испытания проводятся с целью проверки соответствия предела огнестойкости конструкций требованиям СНиП II-А.5-70* «Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений».

4.4 К III группе мероприятий относятся:

1. применение в железобетонных конструкциях арматуры той же площади, но из стержней меньшего диаметра;

2. применение поперечных сечений конструкций без выступающих углов (например, колонн круглого поперечного сечения или со срезанными углами вместо колонн прямоугольного или квадратного поперечного сечения).

1. От партии крупного заполнителя, применяемого для изготовления бетонной смеси, отбирают пробу весом 4 кг.

2. Высыпав пробу на ровную поверхность, делят ее на 4 равные части.

3. Отобранную часть пробы (~= 1 кг) помещают в сосуд с водопроводной водой так, чтобы весь заполнитель был покрыт водой. Выдерживают не менее суток.

4. Заполнитель извлекают из сосуда с водой, поверхность каждого куска заполнителя промокают материей.

5. От общего количества пробы отбирают три наиболее крупных куска, замеряют их длину и ширину.

6. В разогретую до температуры 800 °C печь помещают крупный заполнитель и в течение 30 — 60 мин проводят наблюдение. При этом три отобранных крупных куска помещают в печь отдельно от остальной массы заполнителя.

7. В процессе испытания в журнале наблюдений регистрируют появление треска, хлопков, «взрывов», запахов.

8. Через 30 — 60 мин заполнитель извлекают из печи, осматривают, замеряют длину и ширину трех наиболее крупных кусков заполнителя.

9. При осмотре заполнителя в журнале регистрируют раскол отдельных кусков, изменение их цвета и формы поверхности.

10. На основании результатов проведенных испытаний можно сделать выводы:

а) если нагревание заполнителя не сопровождалось треском, хлопками, «взрывами», не отмечалось появления запахов, а при осмотре и замерах отдельных кусков заполнителя не наблюдалось изменения их величины и формы, то заполнитель пригоден для применения в любых видах бетонных и железобетонных конструкций;

б) если нагревание заполнителя сопровождалось звуковыми эффектами, а при осмотре отмечались его расколы, то такой заполнитель в бетонных и железобетонных конструкциях применять не рекомендуется;

в) если при нагревании из заполнителя выделялись газы, особенно газы, имеющие запах, необходимо сделать химический анализ этих газов на предмет их токсичности. Кроме того, выделяющиеся из заполнителя газы могут служить причиной откола небольших кусков от поверхности бетонной или железобетонной конструкции. В этом случае отколовшиеся куски, как правило, имеют форму конуса, у основания которого находится разрушившийся заполнитель;

г) если заполнитель при нагревании изменил только цвет, это является основанием для его повторного испытания.

1. Коэффициент линейной температурной деформации (\alpha_{\text{б}t}) бетона нормального твердения в зависимости от вида и содержания в нем крупного заполнителя приведен в табл. 1.

Таблица 1

Значения \alpha_{\text{б}t} \cdot 10^{6} , 1/град

Примечание. Для бетона тепловлажностной обработки значения \alpha_{\text{б}t} увеличиваются в 1,1 раза.

2. Модуль упругости нагретого до 200 — 300° бетона в зависимости от проектной марки бетона на сжатие приведен в табл. 2.

Таблица 2

Значения E_{\text{б}t} \cdot 10^{- 4} , Мн/м2

Примечание. Для бетона тепловлажностной обработки при атмосферном давлении значения E_{\text{б}t} умножаются на 0,9, а для бетона автоклавной обработки — на 0,77.

3. Коэффициент теплопроводности бетона (\lambda) для средней температуры 200 — 300 °C в зависимости от вида и содержания крупного заполнителя приведен в табл. 3.

Таблица 3

Значения \lambda , Вт/(м x град)

4. Нормативные сопротивления бетона ( R_{\text{р}}^{\text{н}} и R_{\text{пр}}^{\text{н}} ) при проектной марке бетона по прочности на сжатие приведены в табл. 4.

Таблица 4

Значения R_{\text{р}}^{\text{н}} и R_{\text{пр}}^{\text{н}} , Мн/м2

5. Общая пористость бетона П плотным заполнителем в зависимости от В/Ц и расхода цемента приведена в табл. 5.

Таблица 5

Значение П, м3/м3

Примечание. Для бетона с пористым заполнителем общая пористость П' увеличивается на величину пористости заполнителя \text{П}_{\text{з}} , умноженную на относительное объемное содержание заполнителя в бетоне, т.е. в этом случае

\text{П}\prime = \text{П } + V_{\text{з}}\text{П}_{\text{з}} . (7)

Общую пористость бетона П с плотным заполнителем можно также определить по формулам:

для В/Ц >= 0,4

\text{П} = \text{Ц}(\text{В}/\text{Ц } - 0,2)10^{- 3} ; (8)

для В/Ц < 0,4

\text{П} = \text{В}/\text{Ц Ц } \cdot 0,8 \cdot 10^{- 3} , (9)

где П' — общая пористость бетона с пористым заполнителем;

V_{\text{з}} — относительное объемное содержание заполнителя в бетоне;

\text{П}_{\text{з}} — общая пористость заполнителя.

Приложение 3

БЕТОНА ПРИ ПОЖАРЕ

Пример 1

Конструкция выполнена из тяжелого бетона нормального твердения с кварцевым песком и крупным заполнителем из гранита; расход цемента Ц = 350 кг/м3, М400; \rho = 2200\text{кг}/\text{м}^{3} .

Следует определить, будет ли этот вид бетона хрупко разрушаться при пожаре в ограждающих ненесущих конструкциях жилых помещений с влажностью воздуха \varphi = 75\% .

1. Находим значение критерия хрупкого разрушения по формуле (3). По таблицам Прил. 2 определяем: П = 0,11 м3/м3; \alpha_{\text{б}t} = 9,2·10^{- 6}1/\text{град} ; E_{\text{б}t} = 2·10^{4}\text{Мн}/\text{м}^{2} ; \lambda = 2,1B\text{т}/(\text{м }·\text{град}) .

2. По табл. 1 определяем: K_{1}\prime = 0,53\text{Мн} \cdot \text{м}^{- 3/2} ; по табл. 2 - W_{2} = 0,025\text{кг}/\text{кг} .

3. Находим W_{\text{о}}^{\text{э}} = W_{\text{в}}\rho \cdot 10^{- 3} = 0,025·2200·10^{- 3} = 0,055\text{м}^{3}/\text{м}^{3} .

4. Вычисляем значение:

F = \_\_\_\_ \frac{1,16 \cdot 10^{- 2} \cdot 9,2 \cdot 10^{- 6} \cdot 2 \cdot 10^{4} \cdot 2200 \cdot 0,055}{0,11 \cdot 0,53 \cdot 2,1} \_\_\_\_ = 2,1 .

По данным п. 2.5 такой вид бетона не будет хрупко разрушаться при пожаре и может в данных условиях применяться в любых конструкциях.

Пример 2

Конструкция выполнена из тяжелого бетона нормального твердения с кварцевым песком и крупным заполнителем из гранита; расход цемента Ц = 500 кг/м3, М700, \rho = 2400\text{кг}/\text{м}^{3} .

Следует определить, будет ли этот вид бетона хрупко разрушаться при пожаре в промышленных зданиях с влажностью воздуха в помещении \varphi = 80\% и сжимающих напряжениях на поверхности конструкции, которая может подвергнуться воздействию пожара, равных 15 Мн/м2.

1. Находим значение относительной расчетной влажности помещения (п. 2.4) 75%. По табл. 2 определяем влажность бетона по массе для данных условий окружающей среды, W_{\text{в}} = 0,038\text{кг}/\text{кг} .

2. По таблицам Прил. 2 определяем: П = 0,15; \alpha_{\text{б}t} = 9,1·10^{- 6}1/\text{град} ; E_{\text{б}t} = 2,3·10^{4}\text{Мн}/\text{м}^{2} ; \lambda = 1,6B\text{т}/(\text{м }·\text{град}) ; R_{\text{р}}^{\text{н}} = 2,35\text{Мн}/\text{м}^{2} .

3. Из табл. 1 находим: K_{1}\prime = 0,46\text{Мн} \cdot \text{м}^{- 3/2} ; W_{\text{о}}^{\text{э}} = W_{\text{в}}\rho \cdot 10^{- 3} = 0,038·2400·10^{- 3} = 0,09\text{м}^{3}/\text{м}^{3} .

4. Определяем величину F по формуле (3):

F = \_\_\_\_ \frac{1,16 \cdot 10^{- 2} \cdot 9,1 \cdot 10^{- 6} \cdot 2,3 \cdot 10^{4} \cdot 2400 \cdot 0,09}{0,15 \cdot 0,46 \cdot 1,6} \_\_\_\_ = 4,75 .

5. По данным п. 2.5 настоящих Рекомендаций такой вид бетона необходимо дополнительно проверить на возможность его хрупкого разрушения в условиях воздействия пожара и внешней нагрузки в соответствии с положениями разд. 3 настоящих Рекомендаций.

Для этой цели находим по формуле (6) величину критической влажности бетона

W_{\text{о}}^{\text{кр}} = \_\_\_\_ \frac{0,58 \cdot 2,35 \cdot 0,15}{1,6(1 + 0,15 \cdot 15/2,35)} \_\_\_\_ = 0,066\text{м}^{3}/\text{м}^{3} .

Сравниваем W_{\text{о}}^{\text{э}} с W_{\text{о}}^{\text{кр}} и приходим к выводу, что W_{\text{о}}^{\text{э}}>W_{\text{о}}^{\text{кр}} .

6. Следовательно, необходимо уменьшить расчетные сжимающие напряжения на нагреваемой поверхности конструкции в соответствии с рекомендациями п. 3.2.

Снизить величину сжимающих напряжений следует в зависимости от \frac{\sigma_{\text{сж}}}{R_{\text{пр}}^{\text{н}}} . Находим по Прил. 2 величину R_{\text{р}}^{\text{н}} = 39\text{Мн}/\text{м}^{2} , вычисляем отношение \frac{\sigma_{\text{сж}}}{R_{\text{пр}}^{\text{н}}} \_\_\_\_ = 0,38 и по п. 3.2 Рекомендаций принимаем значение коэффициента n, учитывающего уменьшение расчетных сжимающих напряжений, равным 0,83. В соответствии с этим расчетные сжимающие напряжения в конструкции уменьшаем до величины 15 x 0,83 = 12,5 Мн/м2. Можно не изменять величину сжимающих напряжений, но в этом случае необходимо использовать специальные мероприятия для защиты бетона от хрупкого разрушения при пожаре в соответствии с положениями разд. 4 настоящих Рекомендаций.