Использование термостойких материалов на основе легких заполнителей для повышения огнестойкости строительных конструкций

УДК 624.012.45:699.81

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЛЕГКИХ

ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Т.В. Загоруйко, В.Т. Перцев

Приведены результаты исследований изменения структуры разработанных термостойких бетонов при различных величинах температурного воздействия. Показана взаимосвязь между свойствами структуры и физико -механическими показателями термостойкихматериалов. Применение предлагаемого состава позволяет повысить термостойкость бетона на порядок в интервале температур от 700 до 1100 0С. Полученный композиционный материал отличается высокой термостойкостью и, соответственно, может обеспечить высокую огнестойкость тонкостенных железобетонных конструкций.

Ключевые слова: предел огнестойкости конструкций, термостойкость, шунгит.

Особое значение в связи с применением эффективных тонкостенных конструкций в современном строительстве приобретает вопрос их огнестойкости.

По данным [1], предел огнестойкости незащищенных снизу армоцементных покрытий равен 30 - 36 мин. Тонкостенные железобетонные конструкции с толщиной стенки до 60 - 80 мм и армоцементные конструкции, как правило, не удовлетворяют требованиям СНиП 21-01-97* для зданий I и II степени огнестойкости.

Одним из решений повышения огнестойкости конструкций является применение защитных покрытий из термостойких материалов. Для разработки новых эффективных термостойких материалов требуется реализация современных подходов получения этих материалов. Одним из направлений в совершенствовании термостойкости, а следовательно, и повышения огнестойкости строительных конструкций, является использование новых видов материалов на основе легких заполнителей.

Очень часто при пожаре в бетонных и железобетонных конструкциях с повышенной влажностью (например, в подземных сооружениях -гаражах, складах, технических помещениях) возможно взрывообразное «хрупкое» разрушение бетона, которое приводит к преждевременному наступлению выхода конструкции из строя. Разрушение продолжается в течение всего огневого воздействия до полного разрушения конструкций

Взрывообразное разрушение бетона при пожаре наиболее опасно для несущих конструкций, особенно для конструкций с небольшим поперечным сечением (например, тонкостенные железобетонные конструкции), воспринимающих большие нагрузки. Их преждевременное разрушение вследствие потери устойчивости может вызвать обрушение других конструкций или сооружения в целом.

Загоруйко Татьяна Викторовна - ФГБОУ ВПО «Воронежский институт ГПС МЧС России», e-mail: tzagorniko@ mail.ru;

Перцев Виктор Тихонович - ВГАСУ, доктор технических наук, профессор, e-mail: perec_v@mail.ru.

В ФГУ ВНИИПО разработаны рекомендации по обеспечению огнестойкости строительных конструкций. В этих рекомендациях, в частности, изложены основные мероприятия по защите железобетонных конструкций от «хрупкого» разрушения.

Наиболее эффективной мерой, повышающей огнестойкость железобетонных конструкций, является защита конструкций термостойкими материалами [2].

Для огнезащиты строительных конструкций термостойкие материалы применяются в виде облицовки из плитных, листовых, штучных изделий, а также штукатурок и покрытий [4].

Целью работы является разработка термостойкого бетона для защиты железобетонных конструкций и повышения их огнестойкости за счет снижения «хрупкого» разрушения бетона при пожаре.

Анализ возможных способов повышения огнестойкости тонкостенных железобетонных конструкций показывает, что эффективным и экономичным будет защита конструкций термостойкими материалами в виде растворов и бетонов [5,6]. Проведенный анализ определил выбор исходных материалов для термостойкого материала, обеспечивающего повышение огнестойкости ж/б конструкций.

Для обеспечения прочности бетона применяется портландцемент, для повышения прочности бетона на растяжение - хризотил-асбестовое волокно, которое играет роль микроармирования, для обеспечения снижения по усадочной деформации при твердении и при огневом воздействии и для структурообразования -гранулированный шлак, для обеспечения изменения теплозащитных свойств бетона в процессе нагревания при пожаре используется шунгит, который должен в процессе огневого воздействия изменять свою плотность и тем самым понижать плотность, снижать теплопроводность и повышать термостойкость материала.

Вспучивание шунгита происходит в интервале температур 450°..ЛШ0°С Вспученный шунгит обладает высокой термостойкостью, прочностью, не токсичен, не подвержен гниению и препятствует распространению плесени, имеет высокую

температурную стойкость, огнестойкость, отражающую способность.

Ранее выполненные испытания [3] показали, что наилучшие результаты, с точки зрения прочности сцепления защитного слоя из термостойкого бетона с железобетонной конструкцией, составляют не менее 0,1 МПа, достигаются при плотности термостойкого бетона до 1500 кг/м3 и прочности при сжатии не менее 10 мПа. На основании оптимизации были выбраны составы термостойкого бетона с добавкой шунгита с заданными свойствами: прочность 10 мПа, плотность 1500 кг/м3.

Проводились испытания образцов термостойкого бетона с добавкой шунгита и без шунгита (эталонного бетона). Сравнительные испытания образцов показали следующее, что предлагаемый состав термостойкого бетона с добавкой шунгита позволяет повысить термостойкость бетона при 9000С в 12 раз, а при 11000С в 6 раз.

Нужно отметить, что образцы эталонного бетона в процессе обжига при температуре 11000С разрушились, в то время как на образцах термостойкого бетона с добавкой шунгита образовались трещины до 2 мм при сохранении целостности образца (рис. 1, 2).

Выполненные исследования на скалывание образцов дали следующие результаты: для образцов эталонного состава прочность составила 0,6-0,8 МПа, а для образцов с добавкой шунгита - 1 МПа в интервале температур 7000С до 11000С.

Образцы были исследованы на срезах, на которых видно, что в материалах с шунгитом существенных структурных изменений не произошло, мы имеем развитую поверхность и хорошее сцепление, что подтверждается на практике. Сравнение результатов испытаний образцов бетонов методом атомно-силовой микроскопии на срезах поверхности показали следующее (рис. 3). Вид шероховатости поверхности эталонных образцов при 7000С характеризуется наличием относительно сглаженных структур и соответственно не высоким сцеплением между слоями бетона, что приводит к снижению его прочности. В термостойком бетоне изменения характеристик структуры не значительны в диапазоне температур до 11000С, что находит косвенное подтверждение результатами механических испытаний прочности при сжатии, которая сохраняется практически без изменения, в то же время прочность эталонного бетона снижается на 30-40%.

Рис. 1. Образец эталонного бетона без добавки шунгита при температуре испытания 11000С

г *

Рис. 2. Образец термостойкого бетона с добавкой шунгита при температуре испытания 11000С

а)

б)

Рисунок 3. Снимки поверхности образцов бетона на срезах, полученные с помощью атомно- силовой микроскопии а) эталонный образец 700°С; б) термостойкий образец с шунгитом 11°° С

Вместе с тем при повышении температуры до 11000С происходит изменение элементного состава бетонов в районах зерен шунгита, так как в результате диффузии углерода происходит изменение состава углерода. После обжига при температуре 1100оС углерод, содержащийся в шунгите и практически находящийся в зерне шунгита, начинает взаимодействовать с другими компонентами.

Таким образом, за счет применения термостойкого бетона с добавкой шунгита обеспечивалось повышение сцепления во внутренних слоях материала бетона, выраженное в повышении прочности термостойкого бетона с добавкой шунгита по сравнению с эталонным бетоном во всем температурном диапазоне от 7000С до 11000С.

Литература

1. Бушев З.П. Огнестойкость зданий / З.П. Бушев, В.А Пчелинцев, В.С. Федоренко, А.И. Яковлев. М.: Стройихздат, 1970. 260 с.

2. Некрасов К.Д. Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях / К.Д. Некрасов, М.Г. Масленникова. М.: Стройиздат, 1982. 152 с.

3. Хежев Т.А. Технология армоцементных конструкций высокой огнестойкости с теплозащитным слоем из эффективного легкого бетона: автореф. дис. ... доктора техн. наук: 05.23.05. Ростов-на-Дону: Рост. гос. строит. ун-т, 2007. 39 c.

4. Кожевников А.Е. Прогрессивные технологии огнезащиты - надежное предотвращение пожаров // Стр. матер. 2002. №6. С. 8 - 9.

5. Голованов В.И. Обеспечение огнестойкости несущих строительных конструкций / В.И. Голованов, В.В. Павлов, А.В. Пехотиков // Пожарная безопасность. 2002. №3. С. 48 - 57.

6. Страхов В.Л. Огнезащита строительных

конструкций: современные средства и методы

оптимального проектирования / В.Л. Страхов, А.Н. Гаращенко // Строительные материалы. 2002. № 6. С. 2 - 5.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский институт Государственной противопожарной службы МЧС России»

Воронежский государственный архитектурно - строительный университет

THE USAGE OF HEAT-RESISTANT MATERIALS BASED ON LIGHT FILLINGS FOR BUILDING

STRUCTURES FIRE RESISTANCE

T.V. Zagoruiko, V.T. Pertsev

The results ofthe research of composition heat-resistant concrete changes at different temperatures are presented and the correlation ofthe structure characteristics and physic-mathematical indexes ofheat-resistant materials is shown. The use ofthe suggested compositions allows to increase heat resistance ofthe concrete by several times in the temperature interval of 700-1100 0С. The received composition material is characterized by high heat resistance and, consequently, can ensure greater fire resistance of thin-walled reinforced concrete constructions.

Key words: the breaking point of constructions’ fire resistance, heat -resistance, shungit.