Огнестойкость строительных конструкций и материалов

Огнестойкость строительных конструкций и материалов

Пожарная безопасность зданий и сооружений в значительной мере зависит от правильного выбора возгораемости и огнестойкости строительных конструкций.

Под возгораемостью понимают способность материала, подвергнутого местному воздействию высокотемпературного источника поджигания, самостоятельно гореть или тлеть при наличии этого источника или. после его удаления.

В соответствии со СНиП 11-2-80 «Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений» и стандартами СЭВ 382-76 и 2437-80 все строительные материалы и конструкции по возгораемости подразделяются на три группы: несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемыми называют материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. К ним относятся все естественные и искусственные неорганические материалы, гипсовые и гипсоволокнистые плиты при содержании органической массы менее 8%, минераловатные плиты при содержании синтетической, битумной или крахмальной связки менее 6 % по массе, а также применяемые в строительстве металлы. Конструкции, выполняемые из несгораемых материалов, называются несгораемыми.

Трудносгораемыми называют материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть или тлеть при наличии источника поджигания, а после его удаления горение или тление прекращается. К трудносгораемым относятся материалы, состоящие из негорючих и горючих составляющих, например асфальтобетон, гипсовые и бетонные детали с органическими заполнителями (более 8 % по массе), глиносоломенные материалы, при объемной (насыпной) массе не менее 900 кг/м3, цементный фибролит, древесина, подвергнутая глубокой пропитке антипиренами, войлок, вымоченный в глиняном растворе, пенопласт марки ФРП-1, минераловатные плиты на битумной связке при содержании ее от 7 до 15 % по массе и др.

Конструкции, выполненные из трудносгораемых материалов, и конструкции, выполненные из сгораемых материалов, но защищенные от возгорания штукатуркой или облицовкой из несгораемых материалов, называются трудносгораемыми.

Сгораемыми называют материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры воспламеняются или тлеют и продолжают гореть или тлеть после удаления источника поджигания. К ним относятся все органические материалы, не отвечающие требованиям, предъявляемым к несгораемым и трудносгораемым материалам (например, древесина, торф, битум, гудрон, войлок, бумага, картон, камышит, соломит, мипора, пенопласт ПС-4 и ПСБ-С, декоративно-строительные пластики и др.).

Конструкции, выполненные из сгораемых материалов, не защищенных от воздействия огня или высокой температуры, называют сгораемыми.

Другой важной характеристикой строительных конструкций является огнестойкость, под которой понимают способность сохранять свои несущие и ограждающие функции в условиях пожара. Продолжительность (в часах) сопротивления строительной конструкции воздействию высокой температуры при пожаре до исчерпания ею несущей и ограждающей способности принято называть пределом огнестойкости. Наступление предела огнестойкости характеризуется появлением любого из следующих признаков:

  • образованием в ограждающей конструкции (стена, перегородка, перекрытие, покрытие) сквозных отверстий или сквозных трещин, через которые могут проникать пламя или продукты горения;
  • повышением температуры на необогреваемой поверхности ограждающей конструкции в среднем более чем на 140°С или в любой точке этой поверхности более чем на 180°С (по сравнению с начальной температурой) или более чем на 220 °С независимо от начальной температуры конструкции;
  • потерей конструкцией несущей способности или устойчивости (обрушение).

Учитывая, что в современных несгораемых и трудносгораемых конструкциях применяют сгораемые отделочные, тепло — и звукоизоляционные материалы, в СНиП 11-2-80 введена новая характеристика — предел распространения огня (пламени) по строительным конструкциям. Этот показатель предусмотрено определять экспериментальным путем по методике ВНИИПО, изложенной в приложении 2 СНиП П-2-80. Предел распространения огня характеризуется способностью строительных конструкций с любыми сочетаниями слоев из несгораемых, трудносгораемых и сгораемых материалов к самостоятельному горению.

Предел распространения пламени (огня) измеряется в сантиметрах и представляет собой размер повреждения конструкции в контрольной зоне в течение 15 мин.

Обогрев конструкций производят по той же методике, что и при определении фактических пределов огнестойкости.

По степени распространения огня строительные конструкции разделяют на следующие группы:

первая — с нулевым пределом распространения огня, когда в процессе теплового воздействия и после него прекращения горение и тление не наблюдается, но допустимы частичные механические разрушения в зонах нагрева и контроля;

вторая — не распространяющая огонь за допустимые пределы, причем в этих конструкциях горение и тление в обогреваемой и контрольной зонах не выходят за пределы 40 см вверх для вертикальных конструкций и более 25 см в любую сторону для горизонтальных;

третья — распространяющие огонь за допустимые пределы, причем в этих конструкциях в процессе испытания или до их полного остывания наблюдается одно из следующих явлений: распространение горения с любой стороны за пределы зоны нагревания на расстояние более 40 см вверх для вертикальных и более 25 см в любую сторону для горизонтальных конструкций;

раскрытие швов, стыков и образование сквозных отверстий в наружной обшивке с последующим или предшествующим возгоранием среднего слоя из горючего материала.

Фактические пределы распространения огня содержатся в Руководстве по определению пределов огнестойкости, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов. Нормативные пределы распространения огня по конструкциям принимают согласно СНиП П-2-80.

В настоящее время пределы огнестойкости строительных конструкций определяются экспериментально, и расчетными методами. Их принято называть фактическими пределами огнестойкости Пф. Установленные нормами пределы огнестойкости для основных частей зданий и сооружений называются требуемыми пределами огнестойкости.

Условие пожарной безопасности применительно к строительным конструкциям формулируется следующим образом: фактическая группа возгораемости должна быть не выше требуемой, а фактические пределы распространения огня должны быть не ниже требуемых (минимальных).

Соблюдение приведенного выше условия безопасности при проектировании и строительстве зданий и сооружений является одной из важнейших предпосылок обеспечения их сохранности при пожаре определенной продолжительности.

Методы определения огнестойкости строительных конструкций. Одним из основных методов определения огнестойкости строительных конструкций является метод огневых испытаний конструктивных элементов натуральных размеров. Сущность эксперимента состоит в том, чтобы конструктивный элемент натуральных размеров подвергнуть воздействию нормативных нагрузок и реальных агрессивных факторов, которые имеют место в условиях пожаров, и фиксировать время с момента начала испытаний до момента появления одного из признаков наступления предела огнестойкости.

Исследование пределов огнестойкости в нашей стране производится при стандартном температурном режиме на огневых испытательных установках ВНИИПО согласно стандарту СЭВ 1000-78.

Огнестойкость отдельных видов строительных конструкций. Исследования позволили установить характер разрушения и пределы огнестойкости подавляющего большинства строительных конструкций.

Стальные конструкции при отсутствии защиты негорючими теплоизоляционными материалами быстро прогреваются до высоких температур и через 15. 20 мин от начала нагревания теряют прочность и устойчивость. Применение облицовок из негорючих теплоизоляционных материалов существенным образом увеличивает огнестойкость металлических конструкций. Так, если стальную колонну облицевать штукатуркой толщиной 25 мм (по сетке), то предел огнестойкости ее составит 45 мин, а при толщине облицовки до 50 мм он увеличивается до 2 ч.

В настоящее время в СССР и за рубежом применяют вспучивающиеся (огнезащитные) краски, которые повышают предел огнестойкости металлических конструкций до 35. 45 мин.

Каменные конструкции. Среди каменных конструкций наиболее огнестойкими являются конструкции из обыкновенного глиняного кирпича, разрушение которого происходит при температурах 900. 950°С, в то время как конструкции из обычного бетона в условиях пожара разрушаются при температурах 650. 700 °С (при таких же температурах разрушаются конструкции из силикатного кирпича). Конструкции из гранита разрушаются при температуре около 600. 650°С. Конструкции, выполненные из известняка, разрушаются при нагревании до 850. 900°С.

Железобетонные конструкции. Огнестойкость железобетонных конструкций зависит от назначения конструкции, размеров сечения, теплофизических свойств бетона, а также от вида применяемой арматуры. Огнестойкость центрально-сжатых колонн зависит только от размеров поперечного сечения и вида крупного заполнителя в бетоне. Гибкая арматура на огнестойкость колонн не оказывает влияния. Исключение составляют колонны, имеющие процент армирования более 3,5%, с жесткой или спиральной арматурой. Это происходит потому, что гибкая арматура при принятых в строительной практике величинах защитного слоя в условиях пожара быстро прогревается до критической температуры и выходит из строя, в то время как для прогрева бетона до 1 критической температуры требуется гораздо больше времени.

Огнестойкость пустотелых колонн значительно ниже огнестойкости колонн сплошного сечения.

Огнестойкость колонн с высоким процентом армирования (3,5% и более), применяемых в многоэтажных зданиях, определяется выходом из строя рабочей арматуры, вследствие чего такие колонны имеют более низкие пределы огнестойкости (в сравнении со слабоармированными).

Пределы огнестойкости внецентренно-сжатых колонн с малым эксцентриситетом существенно ниже пределов огнестойкости центрально-сжатых колонн, имеющих такие же размеры сечения и запасы прочности.

Огнестойкость балок, прогонов, ригелей и плит зависит от вида рабочей арматуры, толщины защитного слоя бетона и статической схемы работы. Более высокими пределами огнестойкости обладают статически неопределимые (неразрезные) конструкции, что обусловлено явлением перераспределения усилий при их нагревании. Предварительное напряжение арматуры снижает огнестойкость этих конструкций.

Огнестойкость железобетонных ферм определяется огнестойкостью одного из ее элементов, имеющего наименьшие размеры поперечного сечения и минимальный запас прочности. Большинство выпускаемых отечественными заводами железобетонных ферм имеет пределы огнестойкости 0,75. 1,5 ч.

Огнестойкость сплошных железобетонных стен и перегородок зависит от их толщины и вида бетона.

Огнестойкость стен и перегородок существенно снижается в том случае, если они выполнены с заполнением из горючих материалов. Панели с заполнением из горючих пенопластов считаются трудногорючими, хотя их скорлупы являются негорючими. Это объясняется тем, что даже непродолжительное нагревание конструкций при пожаре вызывает горение заполнителя и распространение огня по всему зданию.

Огнестойкость несущих стен современных зданий зависит от размеров сечения значительно в меньшей степени, поскольку их разрушение при пожаре определяется не прогреванием противоположной от огня поверхности до опасных температур, а изменением напряженного состояния в процессе нагревания. Это происходит потому, что в подавляющем большинстве случаев несущие стены крупнопанельных домов расположены внутри здания, не несут функций теплозащитного ограждения и имеют поэтому небольшую толщину (12. 14 см). Вследствие этого и пределы огнестойкости этих стен существенно снижаются.

Конструкции из дерева и пластических масс. Конструкция из дерева и большинство пластмасс являются сгораемыми. Сгораемыми являются также многие изоляционные, акустические и отделочные материалы с применением древесины и пластических масс: поропласт полиуретановый, минераловатные плиты на битумном связующем, древесноволокнистые и стружечные плиты, полистирольные плитки, полиэтиленовые и полихлорвиниловые пленки, стеклопластики, самоклеящиеся пленки и моющиеся обои. Большим недостатком конструкций и материалов из пластмасс является то, что при горении их выделяются высокотоксичные продукты термического распада, вдыхание которых человеком в условиях пожара вызывает сильное отравление, а нередко и смерть.

Для повышения сопротивляемости конструкций из дерева и пластмасс воздействию огня используют различные способы огнезащиты. Древесину подвергают поверхностной и глубокой обработке огнезащитными составами (окраска теплостойкими составами, оштукатуривание, глубинная пропитка жидкими огнезащитными составами). В некоторые виды пластических масс при их изготовлении вводят добавки, уменьшающие горючесть конструкций. Несмотря на горючесть деревянные конструкции также при пожаре в течение некоторого времени сохраняют несущую и ограждающую способность, т. е. обладают определенным пределом огнестойкости.

Выбор огнестойкости конструкций при проектировании зданий и сооружений производится с учетом условия, что фактический предел огнестойкости любого конструктивного элемента должен быть не менее величины требуемого предела огнестойкости. Выбор фактических пределов огнестойкости производится по приложению Руководства по определению пределов огнестойкости, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов (утверждено Госстроем СССР в 1982 г.).

Классификация зданий и сооружений по степени огнестойкости. Огнестойкость зданий или сооружений определяется огнестойкостью следующих основных частей: противопожарных стен (брандмауэров), несущих стен, стен лестничных клеток, колонн, наружных стен из навесных панелей и наружных фахверковых стен, несущих конструкций междуэтажных и чердачных перекрытий, несущих конструкций покрытий, внутренних ненесущих стен (перегородок), несущих элементов лестниц.