Technoterm

ОГНЕЗАЩИТНЫЕ СОСТАВЫ И МАТЕРИАЛЫ
Высокоэффективные огнезащитные составы и материалы для металла, воздуховодов, ж/б конструкций от производителя. Огнезащита материалов, изделий, конструкций.

Главная Новости Продукция Услуги Публикации Контакт
Огнезащита железобетонных перекрытий, усиленных в нижней зоне композиционным материалом на основе углеродных волокон

Наши публикации

Огнезащита железобетонных перекрытий, усиленных в нижней зоне композиционным материалом на основе углеродных волокон [ Лысов В.С., генеральный директор ООО «Технотерм Групп» - декабрь 2008 год]

Огнезащита железобетонных перекрытий, усиленных в нижней зоне композиционным материалом на основе углеродных волокон

При оценке огнестойкости строительных конструкций, за основные принимаются положения следующих нор­мативных документов:

СНиП 21-01-97* "Пожарная безопасность зданий и сооружений";

ГОСТ 30247.0-94 "Конструкции строительные. Методы испытания
на огнестойкость. Общие требования";

ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы испытаний
на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции".

     В настоящей публикации рассматривается случай когда из-за недостатка несущей способности конструкции монолитных железобетонных пере­крытий они в нижней зоне усиливаются композиционным материалом на основе  углеродных волокон и эпоксидной композицией с температурной стойкостью выше 100˚С и к которым установлены требования по обеспечению заданных пределов огнестойкостей.

     Согласно ГОСТ 30247.1-94 "Конструкции строительные. Методы ис­пытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции" уста­навливаются следующие предельные состояния и обозначения пределов огнестойкости строительных конструкций:

R - потеря несущей способности (обрушение) конструкции;

Е - потеря целостности вследствие образования в конструкции сквоз­ных отверстий, через которые на необогреваемую поверхность могут про­никать пламя и продукты горения.

I - потеря теплоизолирующей способности вследствие повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции, в сравнении с начальной температурой, более чем на 140 °С;

     Пределы огнестойкости строительных конструкций определяются по ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94. За фактический предел огнестойко­сти конструкции принимается время в минутах от начала температурного воздействия до достижения одного или нескольких предельных состояний конструкции.

     На основании анализа имеющихся в нашем распоряжении теоретических и экспериментальных данных, возможно оце­нить огнестойкость рассматриваемой конструкции перекры­тия без проведения огневых испытаний, а также определить необхо­димую толщину дополнительного слоя огнезащиты.

     В качестве примера рассмотрим случай повышения огнестойкости монолитных железобетонных плит перекрытия толщиной 250 мм с  усилениями в нижней зоне, выполненными из углепластика толщиной 0,23 мм с температурной стойкостью 150˚С с требуемыми пределами огнестойкости не менее REI 60 и REI 150.

     Определение огнестойкости данной системы производилось на основании результатов сертификационных испытаний железобетонной плиты перекрытия, с огнезащитным составом СОТЕРМ-1Б, а также   в соответствии с "Методическими рекомендациями по расчету огнестойко­сти и огнесохранности железобетонных конструкций" [1].

     За предел огнестойкости конструкции перекрытия при­нимается время нагревания при воздействии стандарт­ного температурного режима T-T0 =345 lg (8t +1), °C - (ГОСТ 30247.0-94), по истечении которого наступит предельное состояние конструкции по несущей способности, определяемое по дости­жению критической температуры слоя усиления из углепластика Tкр, равной 150 °С.

     Совершенно очевидно, что до температуры 150 °С тонкий слой углепластика, толщиной в пределах одного мм, без использования огнезащитного покрытия прогреется за несколько минут огневого воздействия (на 5-й минуте температура газовой среды достигнет 576 °С).

     Таким образом, можно констатировать, что фактический предел ог­нестойкости рассматриваемой конструкции монолитной железобетонной плиты перекрытия усиленной в нижней зоне углепластиком, по признаку потери несущей способности, будет существенно менее требуемых.

     На основании имеющихся экспериментальных и расчетных данных для типовых железобетонных перекрытий установлено, что за время огневого воздействия (в пределах 150 мин.) достижения предельного состояния конструкции по признаку потери целостности (Е) в результате образования сквозных трещин или отверстий зафиксировано не будет, при условии, что влажность бетона монолитной плиты перекрытия не будет превышать 2 процентов, что может быть обеспечено в случае нахождения данного перекрытия в помещениях с относительной влажностью не более 75 процентов. Чем больше влажность бетона, тем больше опасность его возможного хрупкого разрушения во время пожара при прогреве до температуры выше 220 °С. Для случаев, когда влажность бетона превышает 75 процентов, для предотвращения его взрывного разрушения, бетон может быть защищен покрытием на основе вермикулитовой штукатурки толщиной 20 – 40 мм [1].

     Согласно п. 2.27 Пособия [2] за 150 мин прогрева плиты перекрытия толщиной 140 мм температура на ее необогревае­мой поверхности, в сравнении с начальной температурой (принимаемой равной 20 °С), повысится не более чем на 160 °С и не превысит 180 °С. Естественно, при толщине монолитной железобетонной плиты равной 250 мм эта температура будет существенно ниже  максимально допустимой и равной 160 мм.

     Таким образом, применяемая плита перекрытия толщиной 250 мм будет иметь фактиче­ский предел огнестойкости по признаку потери теплоизолирующей спо­собности выше -I 150.

     На основании вышеизложенного, для обеспечения требуемых пределов огнестойкости по несущей способности (R60 и R 150) необходимо применить покрытие, позволяющее в условиях стандартного пожара на заданных временных интервалах  обеспечить температуру на защищаемых поверхностях, не превышающую по величине критическую, равную 150 ˚С

     В качестве материала для такого покрытия предлагается огнезащитный состав СОТЕРМ-1Б. Он входит в группу водосодержащих составов на гидравлическом вяжущем (в данном случае портландцементе) с термостойкими наполнителями, включая вспученный вермикулит.

     Рассмотрим типовую схему, соответствующая нашему случаю, рис 1. На рисунке схематично представлен наиболее общий случай, когда внутри покрытия присутствуют три характерные зоны: зона испарения дегидратации), ограниченная с одной стороны изотермой - Тs (фронт испарения конденсата) с подвижной координатой – хs(t), а с другой – границей свободной поверхности покрытия с координатой хw(t), зона конденсации, расположенная между координатами и хs(t) и и хв(t); зона, с полностью заполненной водой порами, расположенная между координатами хв(t) и хгр(t) [3, 4]

 

 

 

Тf – температура

заз. среды

αf, εf – коэфф-ты конвективного и лучистого  теплообменов между газовой средой и обогреваемой поверхностью соответственно

 

Те – температура необогреваемой поверхности

 

αe, εe –коэфф-ты

конвективного и лучистого  теплообменов

между необогреваемой поверхностью и окружающей средой соответственно

 

 

 

 

 

   

 

Рис.1 Расчетная схема стенки с водосодержащим огнезащитным покрытием­
на неорганической основе: 1 — огнезащитное покрытие; 2 - зона дегидра­тации; 3 - зона конденсации; 4 - зона насыщенного водой материала (нуле­
вой пористости); 5 - защищаемая стенка;       " - линия растекания пара,
выделяющегося в зоне дегидратации; ~ - фронт испарения адсорбционной­
влаги; ~ - наружная граница зоны насыщенного водой мате­
риала.

   

      И если в зоне испарения происходит поглощение  теплоты при дегидратации скелета и накопленной в порах влаги, то в зоне конденсации теплота выделяется. И этот процесс продолжается до полного испарения дегидратационной и накопленной в порах влаги, при этом, температура в зоне насыщенного водой материала (нулевой пористости) не будет превышать 100 °С.

     Из анализа результатов изменения температуры на обогреваемых поверхностях железобетонных плит под слоем огнезащитного покрытия на основе состава СОТЕРМ-1Б, выполненных при проведении сертификационных испытаний железобетонных плит перекрытия с огнезащитным составом СОТЕРМ-1Б в ЗАО «ЦСИ «Огнестойкость-ЦНИСК»  (рис 2 – 4) видно, что изотерма Ts, равная по величине 100 °С, достигнет границы между покрытием и защищаемой стенкой (координата хгр) через 60 мин. К этому времени практически вся адсорбционная и накопленная в порах влага испаряется.

     Легко посчитать, что средняя скорость  перемещения изотермы Ts           (толщина покрытия 25 мм) составит 0,42 мм/мин. Таким образом, при толщине покрытия 60 мм  температура Tгр достигнет 100 °С  ориентировочно через 140 мин.

     На основании анализа изложенного и экспериментальных данных, полученных при огневых испытаниях, установлено, что для обеспечения требуемых пределов огнестойкости конструкций железобетонных перекрытий, усиленных в нижней зоне углепластиком REI 60 и REI 150, средние толщины сухого слоя покрытия СОТЕРМ-1Б должны составлять 25 мм и 60 мм соответственно.

 

 

 

Рис. 2  Изменение средней температуры на обогреваемой поверхности железобетонной плиты перекрытия под слоем огнезащитного покрытия

 

Рис. 3 Изменение температуры на обогреваемой поверхности образца №1 под слоем огнезащитного покрытия (толстой линией показана средняя температура)

 

 

Рис. 4 Изменение температуры на обогреваемой поверхности образца №2 под слоем огнезащитного покрытия (толстой линией показана средняя температура)

 

 

 

 

На рис. 5 показана схема установки термопар и грузов на испытываемых плитах перекрытия.

 

 

 

Рис. 5  Схема установки термопар и грузов на образце

     Изложенное, в целом, не противоречит результатам исследований в области пожарной безопасности железобетонных конструкций, усиленных углепластиком, проведенным в США [6].

     Работы по устройству огнезащитного покрытия на железобетонных перекрытиях, усиленных в нижней зоне углепластиком включают следующие технологические операции:

- подготовка защищаемых поверхностей;

- приготовление рабочего состава покрытия;

- нанесение состава на защищаемые поверхности.

     Перед нанесением огнезащитного состава, защищаемые поверхности должны быть очищены от грязи, жировых и битумных пятен с применением моющих средств и механических приспособлений.

     После очистки защищаемых поверхностей на них монтируется металлическая сетка при помощи металлических  крепежных элементов в количестве, достаточном для того, чтобы провисание сетки не превышало 15 – 20 мм. Рекомендуемый тип сетки – сварная кладочная с 50х50х3 мм.

     Огнезащитный состав СОТЕРМ-1Б представляет собой легкую сухую штукатурную смесь, поставляемую в многослойных бумажных пакетах массой 20 кг. На строительной площадке сухую часть состава смешивают с водопроводной водой в соотношении 1: (1,4 – 1,8), вводя сухую смесь в отмеренное количество воды при перемешивании. Для получения покрытий с большой толщиной следует минимизировать содержание воды в растворе.

     Для обеспечения высокого уровня адгезии огнезащитного покрытия необходимо нанести грунтовочный слой (праймер), толщиной 3 – 5 мм на основе состава СОТЕРМ-1Б. При этом для повышения тиксотропности и клейкости, учитывая эпоксидную природу полимерной матрицы углепластика, рекомендуется вводить в состав акриловый латекс АКРЕМОС 512, либо клей ПВА в пропорции 1:5 – 1:7,5 по отношению к количеству воды.

     Покрытие толщиной 60 мм с целью уменьшения вероятности трещинообразования и повышения эксплуатационных характеристик необходимо дополнительно армировать легкой щелочестойкой штукатурной стеклосеткой с ячейкой 5х5 мм типа СТРОБИ.

     Нанесение огнезащитной пасты осуществляют с помощью агрегатов типа СО-150 или М-ТЕС DUO-MIX в условиях строительной площадки, защищающей обрабатываемые поверхности от атмосферных осадков при температуре не ниже 2°С в один или несколько слоев в зависимости от требуемого уровня огнезащитной эффективности. Температура основы должна быть выше точки росы как минимум на 2°С. Толщина одного слоя может составлять не более 10мм.

     Время межслойной сушки не менее 8 ч. При необходимости для улучшения внешнего вида или повышения влагостойкости покрытия на его поверхность рекомендуется наносить декоративное или защитное влагостойкое лакокрасочное покрытие. Окончательное формирование цементного камня в покрытии в обычных атмосферных условиях происходит не менее чем через 28 суток с постепенным нарастанием его прочности. Не рекомендуются механические контакты с покрытием в процессе сушки.                                         Для устранения незначительных дефектов (трещин, сколов) допускается проведение ремонта с нанесением состава СОТЕРМ-1Б вручную.

     Расход сухой части состава при толщине слоя 1 мм составляет 0,42-0,47 кг/м² без учета потерь.

     После окончания работ по нанесению покрытий оборудование промывают водопроводной водой.

 

     Литература:

  1. МДС 21-2.2000 «Методические рекомендации по расчету огнестойкости  и огнесохранности железобетонных конструкций» – М.: ГУП «НИИЖБ».
  1. Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов – М.: Стройиздат 1985.
  2. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Кузнецов Г.В., Рудзинский В.П. «Высокотемпературный тепломассоперенос в слое влагосодержащего огнезащитного материала» // «Теплофизика высоких температур» - 2000, Т. 38, №6, с. 75-82.
  3. Методика расчетов толщин огнезащитных покрытий на основе минеральных вяжущих для строительных конструкций из металла (на примере покрытия СОТЕРМ-1М) – М.: ЗАО «Теплоогнезащита», 2004
  4. Протокол №9ск-2006 сертификационных испытаний - М.: ЗАО «ЦСИ «Огнестойкость-ЦНИИСК» ИЦ «Огнестойкость», 2006.
  5. Повышение надежности железобетонных конструкций при ЧС (зарубежный опыт), журнал «Высотные здания», №3, 2007.


создание и продвижение сайта - Ti-Studio