Каталог "Пожарная безопасность"-2021

ВЗРыВОЗАщищЕннОЕ ОбОРуДОВАниЕ. ОгнЕЗАщитныЕмАтЕРиАЛы, пОкРытия и РАбОты 2021 | ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ КАТАЛОГ www.secuteck.ru 57 4 РАЗДЕЛ Поведение бетона при пожаре Изучение последствий пожаров явно сви- детельствует о том, что в некоторых случаях разрушение конструкций произошло по причине оголения арматурного каркаса вследствие взрывообразного разрушения бетона (рис. 1). В наибольшей степени возникновение этого эффекта относится и к подземным конструкциям (рис. 2), что обусловлено практически повсеместной эксплуатацией конструкций в условиях повышенной влаж- ности. В результате пожара автомобиля постра- дало 14 человек, произошло обрушение 650 м обделки тоннеля. Видна оголившаяся арматура – результат взрывообразного (хрупкого) разрушения бетона. Общие по- тери составили более 60 млн евро. Рис. 3 показывает результат всего 30-ми- нутного возгорания ветоши и деревянной конструкции во временном подземном тон- нельном сооружении, однако видно практи- чески полное отсутствие защитного слоя бе- тона. И если бы не удалось остановить пожар в такое короткое время, то еще не- известно, выстояла ли бы эта конструкция в течение 60 или 90 минут огневого воздей- ствия. Еще в 1979 г. в диссертации Евгения Ме- шалкина "Исследование процесса разруше- ния бетонных изделий при пожаре с учетом их взрывообразной потери целостности" 2 было отмечено: "Несмотря на большой опыт исследований в области огнестойкости кон- струкций, практика продолжает ставить перед исследователями все новые про- блемы. Одной из таких проблем является взрывообразная потеря целостности бетон- ных изделий. …Внешнее проявление взры- вообразной потери целостности состоит в том, что во время пожара или при испыта- ниях на огнестойкость уже через 5–10 минут после начала теплового воздействия почти непрерывно от обогреваемой поверхности бетонных конструкций откалываются пла- стинки материала площадью 0,04–0,05 м 2 и толщиной 0,005–0,015 м. Куски откалы- вающегося бетона отлетают при этом с хлопками и треском на расстояние 10–15 м. В результате конструкции преждевременно утрачивают свою несущую способность: сжатые элементы (например, колонны) – в результате резкого уменьшения рабочего сечения, а изгибаемые элементы (плиты пе- рекрытий) – из-за быстрого нагревания рас- тянутой рабочей арматуры до критической температуры". Основными источниками информации о поведении бетона при пожаре являлись результаты реальных пожаров, а также стандартные испытания конструкций на огнестойкость. Результаты таких испыта- ний показали: n взрывообразная потеря целостности про- исходит начиная с 5–10-й минуты от на- чала высокотемпературного воздействия и часто продолжается до 40–50-й минуты; n повышенное влагосодержание бетона в конструкциях – один из основных факто- ров, определяющих склонность изделия к ВПЦ; n склонность бетона к взрывообразному разрушению определяется также типом применяемого заполнителя; n в нагруженном состоянии такое разруше- ние происходит при меньших значениях влагосодержания бетона, что говорит о су- щественном влиянии нагрузки на склон- ность изделия ко взрывообразному разру- шению. После пожара длительностью около 1 ч, как правило, наблюдается повреждение нижнего слоя бетона на глубину 60–80 мм, что превышает толщину защитного слоя бе- тона, нижняя арматурная сетка в перекры- тиях полностью выключается из работы, а сами конструкции таких перекрытий если и не разрушаются, то находятся в предава- рийном состоянии 3 . Наличие воды в порах бетона как взрывообразный фактор При изучении явления взрывообразной потери целостности железобетонных кон- струкций особое внимание уделяется влажности конструкции, при этом учитыва- ется, что вода пытается "выйти наружу" из бетона в сторону, противоположную сто- роне огневого воздействия. И хотя в на- чале воздействия в бетоне редко присут- ствуют сечения/области, насыщенные водой, однако через какое-то время кон- денсирующийся пар, движущийся с горя- чей стороны бетона, создает насыщенные слои, которые также двигаются по гради- енту давления. При нагревании сначала испаряется свободная капиллярная вода, а затем – химически связанная. Вместе они назы- ваются испаряющейся водой, которая об- разуется уже при 105 °С при нормальных условиях. Химически связанная вода на- чинает испаряться при 105 °С, и процесс завершается примерно при 800 °С. Тем- пература в 105 °С является границей, ко- торая часто используется для удобства, но она недостаточно точная. Тем не менее некоторые исследования показывают, что потери химически связанной воды при на- гревании бетона могут составить до 2,3% от веса бетонных образцов, при этом 90% испаряющейся воды "уходит" при темпе- ратурах от 100 до 250 °С. В случае высокопрочных бетонов вода на- чинает насыщать малочисленные суще- ствующие дефектные поры, и при темпера- туре около 200 °С давление пара в них может достичь 1,5–3 Мпа. Это происходит с одно- временным падением прочности бетона с обогреваемых сторон на растяжение (для плит) или на сжатие (для колонн). Считается, что при стандартном огневом воздействии взрывообразное разрушение бетона не начинается до тех пор, пока дав- ление пара не превысит прочность бетона на разрыв 4 , но, вероятнее всего, весовой коэффициент этого давления пара значи- тельно ниже весового коэффициента от при- ложенной нагрузки и возникающих по этой причине невидимых внутренних усилий в бе- тоне и его защитном слое. В любом случае, как отмечалось выше, на- личие физической воды в порах бетона яв- ляется одним из очень важных факторов для возникновения явления взрывообразного разрушения бетона при огневом воздей- ствии. Стоит также учесть, что, например, в очень маленьких капиллярах (с радиусом около 0,08 мкм) с капиллярным давлением 15 атм температура кипения воды составляет около 200 °С, и наоборот – закипание воды создает высокое давление. В случае возник- новения пожара наличие таких пор способ- ствует перепусканию водяного пара без на- капливания его в микродефектах конструк- s Рис. 2. Евротоннель между Велико- британией и Францией, 2008 г. s Рис. 3. Разрушение бетона в резуль- тате пожара в строящейся переходной камере метрополитена, январь 2019 г. s Рис. 1. Около 1200 м 2 бетона было повреждено во время пожара при строительстве моста через бухту Золотой Рог 2 Мешалкин Е.А. Исследование процесса разрушения бетонных изделий при пожаре с учетом их взрывообразной целостности. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1979. 3 Соломонов В.В., Кузнецов И.С., Пирогов Ю.М., Соколов М.С. Проблемы обеспечения пожарной безопасности при проектировании высотных зданий // Экспертиза. 2008. № 6. 4 McNamee R.J., Bostrom L. Fire Spalling in Concrete – The Moisture Effect, Part II. Matec Web Conferences, September 2013.