Разработка составов термостойких бетонов для получения огнезащитных покрытий строительных конструкций

Разработка составов термостойких бетонов

для получения огнезащитных покрытий строительных конструкций

A. А. Леденев, канд. техн. наук, доцент Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

Т. В. Загоруйко, ст. преподаватель, А. А. Бондарь, курсант Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

B. Т. Перцев, д-р техн. наук, профессор

Воронежский ГАСУ, г. Воронеж

Повышение огнестойкости строительных конструкций является одной из основных задач направленных на обеспечение пожарной безопасности зданий и сооружений в целом [1]. В современном строительстве существуют тенденции к применению большепролетных тонкостенных железобетонных конструкций, изготавливаемых из высокопрочного бетона, для возведения зданий повышенной этажности. Такие конструкции имеют небольшие сечения, что при пожаре приводит к быстрому прогреву арматуры до критической температуры и, как следствие, потере несущей способности.

Анализ существующих технических решений показал, что для повышения огнестойкости тонкостенных железобетонных конструкций перспективным является применение огнезащитных покрытий из термостойких материалов. Применение таких материалов позволит существенно увеличить огнестойкость тонкостенных конструкций, что в свою очередь обусловит повышение пожарной безопасности в строительстве в целом и даст существенный экономический эффект [2].

Одним из факторов, определяющих эффективность термостойких огнезащитных материалов, является плотность. Требования, предъявляемые к огнезащитным материалам по плотности, неоднозначны. Ряд авторов рекомендует применять материалы с малой плотностью (300-500 кг/м ), другие исследователи считают, что она должна быть значительно выше. Неоднозначность требований к огнезащитным материалам объясняется необходимостью обеспечения прочного сцепления покрытия с несущей конструкцией и, соответственно, прочностью самого композиционного материала. Вместе с тем, высокая плотность и соответственно теплопроводность покрытия не обеспечивает эффективного снижения воздействия теплового потока на несущие конструкции при пожаре.

Таким образом, целью данных исследований является разработка состава композиционного термостойкого бетона, имеющего улучшенные физико-механические характеристики, высокую стойкость к растрескиванию и отслоению, обладающего хорошей адгезией к поверхности и позволяющего повысить предел огнестойкости железобетонных конструкций.

Анализ ранее выполненных исследований показал, что для реализации поставленной цели следует использовать следующие материалы. Для повышения предела прочности термостойкого бетона при растяжении была реализована идея его микроармирования с использованием хризотил-асбестового волокна. При выборе вяжущего термостойкого бетона исходили из того, что применение портландцемента высокой марки обеспечит повышенную прочность бетона, а также улучшенное сцепление с поверхностью конструкций. Для создания несущего каркаса и снижения усадочных деформаций при твердении и огневом воздействии использовался гранулированный шлак. Для обеспечения тепло- и огнезащитных свойств была реализована идея применения шунгита. Из теоретических предпосылок следует, что введение в состав предлагаемого композиционного термостойкого бетона тонкомолотых частиц шунгита, вспучивающихся при нагреве будет способствовать формированию теплоизолирующего слоя (экрана) с низким показателем теплопроводности, что обеспечит меньший прогрев и увеличение предела огнестойкости железобетонных конструкций.

По результатам испытаний был подобран рациональный состав композиционного термостойкого бетона (с расходом материала на 1 м бетона): портландцемент - 400 кг; молотый шунгит - 45 кг; асбест -13 кг; гранулированный шлак - 900 кг; вода - 295 л.

Результаты испытаний показали, что разработанное огнезащитное покрытие имеет высокую прочность на сжатие 12,3 МПа и на изгиб 2,5 МПа, обеспечивающие хорошее сцепление (адгезионную прочность) с железобетонными конструкциями.

Испытания проведенные при температурах 700, 900 и 1100 °С показали, что предлагаемый состав композиционного бетона обладает улучшенной термостойкостью. Бетон с добавкой шунгита является более стойким к воздействию высоких температур (табл. 1).

Таблица 1

Влияние добавки шунгита на термостойкость композиционного бетона

Прочность на сжатие Количество

Состав Температура обжига, °С после температурного воздействия (в течение 60 мин), МПа теплосмен до полного разрушения

1. Контрольный (без шунгита) 700 8,9 3

900 8 2

1100 -* 1

700 11,2 17

2. С шунгитом 900 10,6 12

1100 5,1 6

* — образец разрушился

Сравнительные данные по определению теплопроводности образцов прошедших испытания на термостойкость показали, что в бетоне, содержащем шунгит, наблюдается снижение коэффициента теплопроводности по сравнению с составом без шунгита (табл. 2). При этом визуально наблюдалась поризация структуры термостойкого бетона за счет вспучивания шунгита. При этом образцы с шунгитом, подвергающиеся температурному воздействию сохраняли целостность и не имели поверхностных трещин.

Таблица 2

Изменение теплопроводности композиционного термостойкого бетона после температурного воздействия

Состав Температура обжига, °С Плотность, кг/м3 Коэффициент теплопроводности, X, Вт/

1. Контрольный (без шунгита) 700 1435 0,336

900 1410 0,261

1100 1365 -*

2. С шунгитом 700 1425 0,313

900 1370 0,295

1100 1310 0,243

* — образцы разрушились

Таким образом, полученные составы композиционных материалов отличаются улучшенными физико-механическими характеристиками, высокой термостойкостью. При этом введение в состав композиционного бетона тонкомолотых частиц шунгита, вспучивающихся при нагреве (при воздействии пожара) будет способствовать формированию теплоизолирующего слоя с более низким показателем теплопроводности, что обеспечит меньший прогрев и, следовательно, увеличение огнестойкости железобетонных конструкций.

Библиографический список

1. Кожевников А. Е. Прогрессивные технологии огнезащиты - надежное предотвращение пожаров // Строительные материалы - 2002. - № 6. -С. 8 - 9.

2. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре: учеб. / В. Н. Демехин [и др.]. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. — 656 с.