СП 468.1325800.2019 Бетонные и железобетонные конструкции. Правила обеспечения огнестойкости

9 Оценка предела огнестойкости по целостности
9.1 Предел огнестойкости по целостности Е характеризуется по образованию сквозных отверстий или трещин в бетоне железобетонных конструкций вследствие его хрупкого (взрывообразного) разрушения при пожаре либо за счет нарушения структуры бетона в конструкциях в результате прогрева бетона по толщине элемента до критической температуры.
Возможность наступления предела огнестойкости по целостности Е оценивается экспериментально или аналитически.
9.2 В плитах, стенах и стенках двутавровых балок при двухстороннем нагреве предел огнестойкости по целостности с образованием сквозных трещин наступает при прогреве бетонного сечения по всей толщине элемента до критической температуры нагрева бетона, когда полностью нарушается структура бетона. Оценка возможности потери целостности за счет возникновения прогрева бетона по сечению выше критической температуры при пожаре производится путем анализа температур прогрева элементов по всему сечению (приложения А, Б). Критические температуры нагрева бетона приведены в 8.7.
9.3 Хрупкое взрывообразное разрушение при пожаре возникает в бетонных и железобетонных конструкциях из тяжелого бетона на силикатном заполнителе с влажностью более 3,0%-3,5%, карбонатном заполнителе с влажностью более 4%, из легкого конструкционного керамзитобетона с влажностью более 5% и плотностью более 1200 кг/м³, высокопрочного бетона класса В60 и выше, а также в плитах, стенах и стенках двутавровых балок при двустороннем нагреве бетона в расчетном сечении выше критической температуры нагрева.
Хрупкое взрывообразное разрушение бетона начинается, как правило, через 5-15 мин от начала огневого воздействия, длится в течение 20-45 мин от начала огневого воздействия, проявляется в виде отколов от нагреваемой поверхности конструкции кусков бетона (лещадей) площадью от 1 см² до 0,5-1 м² и толщиной до 15 мм, сопровождается звуковым эффектом в виде треска различной интенсивности или "взрыва". Отрыв лещадей в одной и той же зоне конструкции может неоднократно повторяться с интервалом 5-15 минут, что приводит к уменьшению толщины сечения конструкции, интенсивному нагреву арматуры, выходу из плоскости и пережогу оголенных арматурных стержней.
9.4 Хрупкое взрывообразное разрушение бетона при пожаре приводит к снижению предела огнестойкости за счет:

• уменьшения размера бетонного сечения конструкции,
• увеличения напряжений в поврежденной части сечения,
• уменьшения толщины или полного разрушения защитного слоя бетона,
• интенсивного прогрева оголенной арматуры свыше критической температуры,
• образования трещин и сквозных отверстий в тонкостенных железобетонных конструкциях толщиной 40-100 мм (стенки двутавровых балок, плиты перекрытий и покрытий, полки ребристых плит).

Причиной хрупкого взрывообразного 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.
9.5 Хрупкое взрывообразное разрушение бетона при пожаре зависит от вида заполнителя, пористости, влажности, физических свойств бетона и скорости нагрева при пожаре.
9.6 При проектировании следует оценивать возможность возникновения хрупкого взрывообразного разрушения бетона при пожаре и его влияние на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций, предусматривать меры по борьбе с хрупким разрушением бетона конструкции в целом.
Опасность хрупкого разрушения бетона практически может быть сведена к минимуму при выполнении соответствующих мероприятий.
Оценку возможности возникновения хрупкого взрывообразного разрушения бетона в железобетонной конструкции при пожаре допускается производить по рисунку 9.1 по напряжениям сжатия независимо от вида бетона.

Общая оценка возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре
9.7 Общая расчетная оценка возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре может быть произведена только на стадии разработки и подбора его состава при известных сырьевых вещественных компонентах.
Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре для бетонов нормального твердения оценивается по значению критерия хрупкого разрушения F, который определяется по формуле

где а - коэффициент пропорциональности, равный 1,16·10⁻² Вт·м⁵⁄²/кг;

Значения коэффициентов αbt, Ebt и λ определяют по таблицам 9.1-9.3 для средней температуры бетона 200°С-300°С.
Коэффициент линейной температурной деформации бетона αbt нормального твердения в зависимости от вида и содержания в нем крупного заполнителя приведен в таблице 9.1.
Модуль упругости нагретого до температур 200°С-300°С бетона в зависимости от проектного класса бетона на сжатие приведен в таблице 9.2.
Коэффициент теплопроводности бетона λ для средней температуры 200°С-300°С в зависимости от вида и содержания крупного заполнителя приведен в таблице 9.3.
Общая пористость П бетона с плотным заполнителем в зависимости от В/Ц и расхода цемента Ц приведена в таблице 9.4.
Общую пористость бетона с плотным заполнителем П можно определять по формулам:

• для В/Ц ≥ 0,4

• для В/Ц < 0,4

Для бетона с пористым заполнителем общая пористость П" увеличивается на значение пористости заполнителя П₃, умноженное на относительное объемное содержание заполнителя в бетоне V₃, т.е. в этом случае

где П" - общая пористость бетона с пористым заполнителем;

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений K"₁ для бетона на портландцементе принимают по таблице 9.5 в зависимости от вида и количества заполнителей.
Эксплуатационная объемная влажность бетона Wэ с плотными заполнителями определяется как его средняя равновесная влажность по формуле

где Wb - равновесная влажность бетона по массе, кг/кг;

Влажность бетона по массе Wb принимается по таблице 9.6 в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха φ, при которой будет эксплуатироваться рассматриваемая конструкция, и от расхода цемента.
При применении пористых заполнителей влажность бетона следует увеличивать на значение

где Wээ - часть эксплуатационной объемной влажности бетона, обусловленная наличием в нем крупного пористого заполнителя, м³/м³;

Для керамзита среднюю равновесную влажность Wb3 по массе принимают по таблице 9.7 в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха φ помещения, где будут эксплуатироваться бетонные или железобетонные конструкции.
Относительную расчетную влажность воздуха φ в помещениях жилых зданий принимают равной 75%.
Относительную расчетную влажность воздуха в помещениях промышленных зданий принимают в зависимости от влажности воздуха в помещении по таблице 9.8.
При эксплуатации железобетонных конструкций во влажных условиях или в первый месяц влажного твердения бетона, когда все поры и капилляры заполнены водой, максимальную равновесную влажность бетона определяют по формуле

где П - пористость бетона;

Наибольшая влажность бетона наблюдается непосредственно после изготовления железобетонной конструкции, по мере твердения бетон высыхает. Поэтому необходимо рассматривать возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре как во время строительства и пуска объекта в эксплуатацию, так и в процессе эксплуатации сооружения в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха.
По значению критерия F устанавливают возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре.
При F ≤ 4 бетон не будет подвержен хрупкому взрывообразному разрушению при пожаре, и дополнительные мероприятия по защите конструкций от хрупкого разрушения при пожаре не требуются.
При 4 < F < 6 бетон подвержен хрупкому разрушению при пожаре в конструкциях с напряжениями сжатия от длительной нормативной нагрузки в крайнем сжатом волокне бетона или в элементах толщиной менее 4 см. Необходима дальнейшая проверка возможности хрупкого разрушения бетона в конструкции в соответствии с 9.9.
При F ≥ 6 хрупкое разрушение бетона при пожаре неизбежно. Необходимо проведение мероприятий в соответствии с 9.14, 9.15.
9.8 Вывод о возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре в ненесущих конструкциях делают на основании средних значений критической влажности бетонов по массе Wbᶜʳ, равных

• 3% - для тяжелого бетона с крупным заполнителем из гранита;
• 4% - для тяжелого бетона с крупным заполнителем из карбонатных пород;
• 5% - для легкого конструкционного бетона с крупным пористым заполнителем;
• 2% - для тяжелых силикатных бетонов.

Если эксплуатационная влажность бетона Wэ меньше критической влажности бетона по массе, умноженной на плотность бетона: Wэ < Wbᶜʳ · ρ · 10⁻³, то хрупкое разрушение бетона при пожаре не происходит.9 Оценка предела огнестойкости по целостности9 Оценка предела огнестойкости по целостности

Е

Е

• уменьшения размера бетонного сечения конструкции,
• увеличения напряжений в поврежденной части сечения,
• уменьшения толщины или полного разрушения защитного слоя бетона,
• интенсивного прогрева оголенной арматуры свыше критической температуры,
• образования трещин и сквозных отверстий в тонкостенных железобетонных конструкциях толщиной 40-100 мм (стенки двутавровых балок, плиты перекрытий и покрытий, полки ребристых плит).