ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ КОНСТРУКЦИЯ ПОВЫШЕННОЙ ОГНЕСТОЙКОСТИ

Техническое решение относится к области строительства, в частности к области производства железобетонных конструкций, обладающих повышенной огнестойкостью в условиях пожара по критерию целостности (E).
В современном строительстве все шире стали применяться конструкции из бетонов повышенной прочности или прошедших тепло-влажностную обработку, с тонкостенными и предварительно напряженными элементами.
Ярко выраженным недостатком высокопрочного бетона является потеря своих высоких физико-механических свойств при воздействии высоких температур. В связи с этим в нашей стране и за рубежом были проведены значительные экспериментальные и теоретические исследования по изучению хрупкого разрушения бетона при пожаре.
Характерной особенностью высокопрочного бетона является его взрывообразное разрушение, что может привести к частичному или полному разрушению конструкции. Хрупкое (взрывообразное) 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 в конструкциях и обделках тоннельных сооружений.
Разработка мероприятий по защите высокопрочного бетона от такого разрушения позволит защитить несущие железобетонные конструкции и, следовательно, обеспечит требуемую огнестойкость при воздействии высоких температур пожара.
В результате высокотемпературного огневого воздействия во время пожара в цементной матрице бетона происходят физико-химические процессы, изменяющие его механические свойства. Таким образом, причиной хрупкого разрушения бетона при пожаре является образование трещин в структуре бетона и их переход в неравновесное спонтанное развитие под воздействием внешней нагрузки, неравномерного нагрева и фильтрации пара по толщине сечения элемента. При влажности бетона выше 3,5 процентов в условиях одностороннего нагрева через 5…20 мин в тонкостенных железобетонных конструкциях толщиной 40…200 мм это приводит к образованию сквозных отверстий и трещин. В конструкциях толщиной более 200 мм происходят отколы кусков бетона толщиной до 50…100 мм, что уменьшает поперечное сечение элемента.
В СТО 36554501-006-2006 «ПРАВИЛА ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ОГНЕСТОЙКОСТИ И ОГНЕСОХРАННОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ» в разделе «Расчет предела огнестойкости по целостности» в качестве одной из рекомендаций по предотвращению хрупкого разрушения предлагается осуществлять дополнительное конструктивное армирование поверхностного слоя бетона со стороны нагрева арматурной сеткой с ячейками 25...70 мм и диаметром арматуры 0,5…1,0 мм.
С другой стороны, в Европе руководствуются стандартом EN 1992-1-2:2004 «Проектирование железобетонных конструкций. Часть 1-2. Общие правила определения огнестойкости». В стандарте рассматриваются методы пассивной противопожарной защиты, которые распространяется на проектирование конструкций, выполняющие требуемые функции (несущую и/или ограждающую) в течение установленной продолжительности регламентируемого воздействия пожара при заданном уровне нагрузки. Приведены дополнительные правила для конструкций из высокопрочного бетона и отмечены действия высоких температур с учетом характеристик бетона, включая риск хрупкого разрушения. Одним из эффективных, рекомендуемых методов является добавление в бетонную смесь полипропиленовых волокон (метод D).
В условиях эксплуатации бетонные и железобетонные конструкции находятся в состоянии равновесной влажности, величина которой зависит от параметров их капиллярно-пористой структуры. При нагреве в этих порах накапливается пар под высоким давлением, приводящим к растрескиванию и разрушению бетона. Выгорающие волокна, в бетонах, армированных полипропиленовыми волокнами, изготовленные из низкоплавкого полимера, при нагреве образуют как открытую, так и условно-замкнутую пористость, приводящую к снижению внутриструктурного парового давления.
К основным недостаткам использования арматурной сетки относятся:
- ограниченная применимость, невозможно реализовать при заливке бетона в опалубку (особенно криволинейного профиля);
- необходимость анкеровки этой сетки, чтобы избежать возможности ее выпучивания из тела бетона в результате температурных деформаций.
Недостатками добавления в бетонную смесь полипропиленовых волокон с целью предотвращения хрупкого разрушения сопряжено с перерасходом волокна так как оно распределяется по всему объему железобетонной конструкции, а не локализуется только в области защитного слоя, в котором и происходит хрупкое разрушение. А также усложняется процесс приготовления бетонной смеси, так как введение в нее достаточно большого количества волокна уменьшает ее подвижность.
Технический результат: получение железобетонных конструкций повышенной огнестойкости, обладающих высокой стойкостью к хрупкому разрушению в условиях воздействия высоких температур, являющихся следствием пожара, лишенных указанных выше недостатков.
Этот результат достигается тем, что в поверхностную область защитного слоя со стороны обогрева внедрен волокнистый наполнитель в виде мата толщиной 10…40 мм из тонких полимерных нитей с температурой плавления 130-150 град типа геомат «МакМат». При необходимости может быть использован геомат типа «МакМат R», обладающий повышенной устойчивостью к сдвиговым нагрузкам за счет армирования мата стальной сеткой или тканной георешоткой.
Внедрение указанного мата в защитный слой железобетона осуществляется следующими способами:
1. Для случая бетонирования в опалубку - мат соответствующим способом закрепляется на внутренней поверхности опалубки с обогреваемой стороны заливаемой конструкции. При этом, в процессе заливки с вибрированием пространство, в котором зафиксирован мат, также заполняется раствором бетона, образуя монолитную структуру.
2. Для случая бетонирования торкретированием - мат внедряется в тело бетона сразу после достижения его проектной толщины посредством затирки или вибрирования в его еще достаточно жидкий верхний слой.
На фиг. 1 изображена железобетонная конструкция, включающую бетон - 1, стальную арматуру - 2, мат из тонких полимерных нитей - 3