Огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, с комбинированным защитным слоем

Техническое решение относится к области строительства, в частности, к области производства огнестойких бетонных конструкций, армированных композитной арматурой. Предел огнестойкости бетонных конструкций, армированных композитной арматурой, по потере несущей способности (R) определяется временем от начала стандартного пожара до момента наступления ее предельного состояния, то есть временем нагрева композитной арматуры до температуры 100°C. В свою очередь, температура композитной арматуры зависит от толщины защитного слоя бетонной конструкции, армированной этой арматурой. Традиционным подходом к формированию защитного слоя для композитной арматуры, имеющей низкую теплостойкость, решить задачу повышения огнестойкости бетонных конструкций, армированных этой арматурой нерационально, так как толщина защитного слоя для этого должна быть очень большой. Предлагаемая огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, имеет защитный слой, который представляет собой комбинацию из двух частей, первая из того же материала, что и тело бетона, толщиной достаточной для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном и вторую, из паропроницаемого легкого бетона на основе минеральных вяжущих толщиной, достаточной для обеспечения необходимой огнестойкости конструкции. В условиях пожара во внешней части защитного слоя, из легкого бетона на основе минеральных вяжущих начинает происходить дегидратация с образованием пара. С повышением температуры пар диффундирует сквозь слой из легкого паропроницаемого бетона и конденсируется на поверхности раздела между паропроницаемой и паронепроницаемой частями защитного слоя. Таким образом, температура на поверхности раздела между разными частями защитного слоя (паропроницаемой и паронепроницаемой) в течение времени до полного испарения воды с этой поверхности не превысит температуру ее кипения и композитная арматура не нагреется до температуры превышающей 100°C. При этом, толщины слоев обеих частей защитного слоя подбираются такими, чтобы обеспечить необходимую огнестойкость конструкции из бетона, армированного композитной арматурой.

Техническое решение относится к области строительства, в частности, к области производства огнестойких бетонных конструкций, армированных композитной арматурой.

В современном строительстве все шире стали применяться конструкции из бетона, армированного композитной арматурой. Это обусловлено целым рядом преимуществ такого бетона по сравнению с железобетоном.

Среди них:

- долговечность за счет высокой коррозионной стойкости композитной арматуры;

- меньший вес конструкции при равной несущей способности за счет меньшей в 4 раза плотности стеклопластиковой арматуры по сравнению со стальной;

- устойчивость к трещинообразованию в условиях значительных перепадов температур за счет практически одинакового коэффициента теплового расширения у бетона и композитной арматуры;

- радиопроницаемость и магнитоинертность и т.д.

Из предшествующего уровня техники известны бетонные конструкции, армированные композитной арматурой, применяемые в зданиях и сооружениях, к которым не предъявляются требования по пожарной безопасности. Это обусловлено тем, что композитная арматура имеет низкую теплостойкость. Как следует из требований ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций», композитная арматура имеет предельную температуру эксплуатации 60°C. При этом допускается кратковременная эксплуатация при температуре 100°C.

Исходя из этого, предел огнестойкости бетонной конструкции, армированной композитной арматурой, по потере несущей способности (R), может быть определен временем от начала стандартного пожара до момента наступления ее предельного состояния, то есть временем нагрева композитной арматуры до температуры 100°C.

В свою очередь, температура арматуры в бетонной конструкции, армированной композитной арматурой, зависит в условиях пожара от толщины ее защитного слоя. В соответствие с требованиями СП 63.13330.2012. «Конструкции из бетона с композиционной неметаллической арматурой. Правила проектирования», Москва 2013, защитный слой бетонной конструкции, армированной композитной арматурой должен обеспечивать:

- совместную работу арматуры с бетоном;

- анкеровку арматуры в бетоне и возможность устройства стыков арматурных элементов;

- сохранность арматуры от воздействий окружающей среды;

- огнестойкость конструкций.

Путем традиционного наращивания толщины защитного слоя задача повышения огнестойкости бетонных конструкций, армированных композитной арматурой, не решается.

В приложении А, СТО 36554501-006-2006 «Методические рекомендации по расчету огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций» МДС 21-2.2000 - М.: ГУП «НИИЖБ», 2006 приведены данные прогревов бетона в различных типовых железобетонных конструкциях в условиях стандартного пожара. Они показывают, что на глубину 4050 мм бетон прогревается до температуры 100°С менее чем за 30 мин. Таким образом, даже при таких немалых толщинах защитного слоя рассматриваемых конструкций, их полноценную огнестойкость обеспечить не удается.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в расширении применяемости бетонных конструкций, армированных композитной арматурой, за счет повышения огнестойкости посредством комбинированной конструкции их защитных слоев.

Данная задача достигается тем, что часть защитного слоя, толщиной достаточной для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном и анкеровки ее в бетоне, остается из того же бетона, что и тело конструкции, а внешняя часть защитного слоя, необходимая для обеспечения огнестойкости, выполняется из легкого паропроницаемого бетона, получаемого на основе минеральных вяжущих (цементных, гипсовых, магнезиальных, жидко стекольных).

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение огнестойкости бетонной конструкции, армированной композитной арматурой, без значительного увеличения габаритов, массы и, как следствие, стоимости за счет комбинированного защитного слоя, посредством применения в его внешней части легкого паропроницаемого бетона, получаемого на основе минеральных вяжущих.

Техническое решение поясняется фиг. 1, на которой изображено поперечное сечение бетонной конструкции в виде плиты, армированной композитной арматурой.

Она включает тело бетона 1, композиционную арматуру 2, часть защитного слоя из тяжелого бетона 3, внешнюю часть защитного слоя из легкого паропроницаемого бетона на основе минеральных вяжущих 4.

Данная конструкция защитного слоя функционирует таким образом, что в условиях пожара во внешней части защитного слоя из легкого бетона начинает происходить дегидратация с образованием пара.

С повышением температуры пар диффундирует сквозь слой из легкого паропроницаемого бетона и конденсируется на поверхности раздела между паропроницаемой и паронепроницаемой частями защитного слоя.

Таким образом, температура на поверхности раздела между разными частями защитного слоя (паропроницаемой и паронепроницаемой) в течение времени до полного испарения воды с этой поверхности не превысит температуру ее кипения и композитная арматура не нагреется до температуры превышающей 100°C.

При этом толщины обеих частей защитного слоя подбираются такими, чтобы обеспечить необходимую огнестойкость конструкции из бетона, армированного композитной арматурой.

Как показывают результаты экспериментов, поверхность конструкции из тяжелого бетона под паропроницаемым покрытием на основе цементно-вермикулитовой смеси типа «Сотерм» отечественного производства плотностью около 500 кг/м³ в условиях стандартного пожара нагревается до температуры 100°C при толщине покрытия 15 мм через 40 мин, а при толщине 42 мм более чем через 120 мин.

С учетом части защитного слоя из тяжелого бетона, минимальная толщина которой должна быть не менее 10 мм, общая толщина защитного слоя, обеспечивающая необходимый предел огнестойкости по потере несущей способности в диапазоне от 15 до 120 мин, представляется приемлемой и вполне сопоставимой с толщинами защитных слоев конструкций из железобетона.

Огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, может изготавливаться различными способами.

Например, по технологии с несъемной опалубкой, при реализации которой опалубка монтируется из готовых плит или панелей, предпочтительно огнестойких, изготовленных на основе минеральных вяжущих.

Также возможно нанесение внешней части защитного слоя из легкого паропроницаемого бетона на основе цементно-вермикулитовых (типа «Сотерм» отечественного производства) и цементно-перлитовых смесей, торкретированием.

1. Огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, с комбинированным защитным слоем, характеризующаяся тем, что она включает тело бетона, композиционную арматуру, защитный слой, при этом защитный слой представляет собой комбинацию из двух частей: первая из того же материала, что и тело бетона, толщиной, достаточной для обеспечения совместной работы арматуры с бетоном, и вторуая, из паропроницаемого легкого бетона на основе минеральных вяжущих толщиной, достаточной для обеспечения необходимой огнестойкости конструкции.

2. Огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, с комбинированным защитным слоем по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве части защитного слоя из паропроницаемого легкого бетона на основе минеральных вяжущих применена древесно-стружечная плита.

3. Огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, с комбинированным защитным слоем по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве части защитного слоя из паронепроницаемого легкого бетона на основе минеральных вяжущих применена древесно-волокнистая плита.

4. Огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, с комбинированным защитным слоем по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве части защитного слоя из паропроницаемого легкого бетона на основе минеральных вяжущих применена плита из цементно-вермикулитовой смеси.

5. Огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, с комбинированным защитным слоем по п. 1, отличающаяся тем,

что в качестве части защитного слоя из паропроницаемого легкого бетона на основе минеральных вяжущих применена плита из цементно-перлитовой смеси.

6. Огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, с комбинированным защитным слоем по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве части защитного слоя из паропроницаемого легкого бетона на основе минеральных вяжущих применен стекломагниевый лист.

7. Огнестойкая бетонная конструкция, армированная композитной арматурой, с комбинированным защитным слоем по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве части защитного слоя из паропроницаемого легкого бетона на основе минеральных вяжущих применен гипсоволокнистый лист.