Огнезащита железобетонных конструкций: материалы и повышение предела огнестойкости

Железобетон при пожаре: мифы и реальность

Существует опасное заблуждение среди проектировщиков: «бетон не горит — огнезащита ЖБИ не нужна». Это полуправда, которая может стоить жизни людей. Да, бетон действительно не поддерживает горение и относится к группе НГ. Однако при температурах свыше +300°C в бетоне запускаются три параллельных процесса разрушения, каждый из которых снижает несущую способность конструкции.

Процесс первый — дегидратация цементного камня. Химически связанная вода (около 15–20% от массы цемента) при +300…+500°C выделяется из кристаллической решётки, разрушая структуру цементного камня. Прочность бетона падает на 30–40%. Процесс второй — термическое расширение заполнителей. Гранитный щебень при +573°C претерпевает полиморфное превращение кварца с увеличением объёма на 5,7%, что вызывает внутренние напряжения и растрескивание. Известняковый щебень разлагается при +800…+900°C с выделением CO₂ и полной потерей прочности. Процесс третий — потеря прочности арматуры. При +500°C сталь теряет 50% предела текучести, при +600°C — 70%, при +700°C — 90%. Оголение арматуры из-за спаллинга (взрывообразного отслоения защитного слоя бетона) ускоряет этот процесс кратно.

По данным огневых испытаний НИИЖБ им. Кучеренко, стандартная плита перекрытия толщиной 200 мм из тяжёлого бетона класса B25 без дополнительной огнезащиты теряет несущую способность R через 90–110 минут, целостность E — через 120–140 минут. Для зданий I степени огнестойкости (REI 60) этого достаточно с двукратным запасом. Но для высотных зданий > 75 м (REI 180) или уникальных объектов (REI 240) требуется дополнительная огнезащита.

Нормативная база: СП 2.13130, ГОСТ 30247.1, пособия НИИЖБ

СП 2.13130.2020 (раздел 5, приложение А) устанавливает требуемые ПО для ЖБИ в зависимости от степени огнестойкости здания. Для зданий I степени, К0: несущие стены — REI 120, колонны — R 120, перекрытия — REI 60, покрытия — REI 30. Для высотных зданий > 75 м требования повышаются: колонны — R 180, перекрытия — REI 90. ГОСТ 30247.1-94 определяет методику испытаний: нагрев в печи по стандартной температурной кривой (t = 345 lg(8τ + 1) + 20°C), критерии отказа — превышение температуры на необогреваемой поверхности на 140°C (I) или 180°C в точке, потеря несущей способности (R), образование сквозных трещин (E).

Пособие к СП 2.13130 (разработка НИИЖБ, 2021) содержит методику расчёта собственного предела огнестойкости ЖБИ без огнезащиты и методику расчёта требуемой толщины дополнительной огнезащиты. Ключевой параметр — глубина прогрева бетона до критической температуры +500°C (для арматуры). Для тяжёлого бетона на гранитном заполнителе скорость прогрева составляет примерно 30–35 мм за 60 минут, 45–50 мм за 120 минут, 65–70 мм за 240 минут.

Материалы: штукатурки, плиты, маты, краски — сравнительная таблица

Пример 1: плита перекрытия жилого дома, REI 90 → REI 120

Исходные: плита ПК 63-15-8 (220 мм, бетон B25, арматура А500С). Собственный ПО по расчёту (пособие НИИЖБ): R = 105 мин, E = 120 мин, I = 90 мин. Требуется REI 120 (здание I степени, К0, класс Ф1.3 — жилой дом выше 28 м). Необходимый прирост по I: +30 минут (с 90 до 120). Глубина прогрева до +500°C за 120 минут без защиты: 50 мм. С защитой: требуется увеличить время прогрева защитного слоя на 30 минут. Решение: цементно-вермикулитовая штукатурка толщиной 20 мм (по сертификату: +30 минут при 20 мм для тяжёлого бетона). Стоимость: 700 руб./м² (материал) + 900 руб./м² (монтаж) = 1 600 руб./м². Общая площадь перекрытий — 3 200 м². Бюджет: 5,12 млн руб.

Нормативные документы

1. СП 2.13130.2020 «Обеспечение огнестойкости объектов защиты»
2. ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции»
3. ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций»
4. Пособие по расчёту огнестойкости ЖБК (НИИЖБ им. Кучеренко, 2021)
5. СТО 36554501-006-2006 «Огнезащита железобетонных конструкций»