Тема 6. Вогнестійкість будівельних конструкцій

2. Способи вогнезахисту

Для підвищення ступеню вогнестійкості сталевих конструкцій до нормованих значень сьогодні застосовуються наступні способи вогнезахисту: тепловідведення та теплоізоляція.

Спосіб тепловідведення полягає в охолодженні пустотних сталевих конструкцій циркулюючою рідиною або заповнення пустотних колон бетоном.

Водою заповнюють трубчаті або інші пустотні конструкції, які мають герметичні властивості і розраховані на додаткові напруження від гідравлічного тиску води.

Теплоізоляція забезпечується нанесенням теплоізолюючого матеріалу на конструкцію. Це може бути вогнезахисна штукатурка, реактивна вогнезахисна фарба або мінеральні плити.

Рис. 6.1. Способи вогнезахисту сталевих несучих конструкцій

Вологий спосіб включає в себе протипожежну ізоляцію, яка використовує напилювальні мінеральні матеріали з неорганічними в’яжучими, вогнезахисні штукатурки, вогнезахисні реактивні фарби та покриття.

Вогнезахисні напилювальні мінеральні матеріали з неорганічними в’яжучими частіше всього застосовують у вигляді цементно-перлітових, цементно-вермикулітових, гіпсоперлітових та гіпсовермикулітових складів, які мають високу адгезійну властивість до металевих та бетонних поверхонь. Густина таких матеріалів складає 240-400 кг/м3.

Такі склади наносять на поверхню конструкцій механізованим способом. Товщина вихідного покриття складає 10-60 мм, в залежності від необхідного ступеня вогнезахисту конструкції.

Вогнезахисні штукатурки призначені для підвищення межі вогнестійкості різних будівельних конструкцій, таких як колони, балки, в'язі, стики і вузли, які використовуються на цивільних і промислових об'єктах різного призначення, в тому числі на об'єктах енергетики (теплові та атомні електростанції), об'єктах газової та нафтової промисловості, а також металургійних виробництвах під час їх будівництва, реконструкції або ремонту. Цей вогнезахисний матеріал здатний підвищити межу вогнестійкості несучих сталевих конструкцій до 240 хвилин.

Вогнезахисні штукатурки складаються з цементно-піщаного розчину. Склад розчину наступний: пісок та цемент марки не нижче 400 із співвідношенням 1 :4.5. Штукатурки поставляються у вигляді сухої суміші, яку необхідно змішати з водою безпосередньо перед застосуванням, та наноситься на поверхню конструкції, яку необхідно захистити, для утворення вогнезахисного шару. Такий шар (покрив) відносять до пасивних товстошарових вогнезахисних засобів, які захищають будівельні конструкції від дії високих температур під час пожежі за рахунок теплоізоляційних властивостей.

Товщина шару покриву визначається в залежності від приведеної товщини металу та необхідного класу вогнестійкості окремої конструкції. Штукатурка не є одночасно антикорозійним захистом, тому перед нанесенням штукатурки металеві конструкції необхідно обробити захистом від корозії. Також для підвищення стійкості до вологи та до дії агресивних середовищ та інших можливих зовнішніх чинників рекомендується після повного висихання штукатурки нанести захисні лакофарбові матеріали з попередньою обробкою поверхонь грунтовими засобами глибокого проникнення.

Вогнезахисна обробка штукатуркою полягає в нанесенні на підготовлену поверхню сталевих конструкцій антикорозійної грунтовки, адгезійної грунтовки та захисного лакофарбового покриття.

Одним із вологих способів вогнезахисту є оббетонування металевих конструкцій. Цей спосіб рекомендується у випадку, якщо процес оббетонування необхідний також для підсилення металевих конструкцій. Використовується в основному для вогнезахисту колон.

Рис. 6.2. Вогнезахист сталевих двотаврових колон оббетонуванням:
1 – захист по контуру перерізу колони;
2 – захист у вигляді коробчастого перерізу;
3 – захист у вигляді заливки перерізу бетоном

Вогнезахисні фарби призначені для підвищення вогнестійкості різних будівельних конструкцій, що використовуються на цивільних і промислових об'єктах різного призначення, включаючи об'єкти енергетики (теплові та атомні електростанції), об'єкти газової та нафтової промисловості, а також металургійні об'єкти під час їх будівництва, реконструкції або ремонту. Цей вогнезахисний матеріал здатний підвищити межу вогнестійкості несучих сталевих конструкцій до 120 хвилин.

Вогнезахисні реактивні фарби та покриття складаються з антипіренів, коксо- та газоутворювачів, наповнювачів у розчині полімеру в органічному розчиннику. Під впливом високих температур від пожежі вогнезахисний покрив створює теплоізоляційний спінений коксовий шар, який захищає конструкції від дії вогню. Вогнезахисна фарба відноситься до реактивних тонкошарових вогнезахисних виробів. Товщина шару покриву визначається в залежності від необхідного класу вогнестійкості сталевих конструкцій, зведеної товщини та проектної критичної температури конструкцій.

Вогнезахисні фарби після нанесення утворюють на поверхні захищеної конструкції тонкий непрозорий шар, ефективність якого заснована на ефекті спучування при досягненні відповідного рівня температури. При досягненні цього рівня товщина шару збільшується в 10-40 разів. Цей тип вогнезахисту наносять на поверхню сталевих конструкцій тонким шаром товщиною до 2 мм. При температурі 170-200°С фарба спучується, утворюючи пористий теплоізоляційний шар. Завдяки низькій теплопровідності пористий шар запобігає швидкому нагріванню елементів. Застосування реактивних фарб забезпечує збільшення ступеню вогнестійкості конструкцій до 120 хв.

Сухий спосіб нанесення вогнезахисту включає в себе укладання протипожежної ізоляції у вигляді вогнезахисних мінераловатних, базальтових або перліто-вермикулітних плит. Також можливе використання вогнезахисту у вигляді шкарлуп з армованих бетонних плит, які було виготовлено заздалегідь.

Дані плити призначені для підвищення межі вогнестійкості конструкцій різного призначення, в тому числі цивільних (склади, офіси, торгівельні центри), промислові та енергетичних споруд, а також споруд нафтогазової промисловості. Цей вогнезахисний матеріал здатний підвищити межу вогнестійкості несучих сталевих конструкцій до 180 хвилин.

Найбільш розповсюдженим є варіант перліто-вермикулітних плит. Ці плити виготовляють методом пресування перліту, вермикуліту та силікатного в’яжучого. Плити закріплюються до поверхні захищеної конструкції за допомогою спеціального термоклею та скріпляються між собою металевими скобами. Для забезпечення максимального ступеню вогнезахисту та зменшення теплового впливу на конструкцію, рекомендується залишати між вогнезахисною плитою та конструкцією повітряний прошарок.

Рис. 6.3. Схема вогнезахисту сталевих конструкцій за допомогою плит

Вогнезахисні плити відносяться до того ж самого класу, що і вогнезахисні штукатурки – пасивні товстошарові вогнезахисні засоби, які захищаються будівельні конструкції від високотемпературних впливів за рахунок теплоізоляційних властивостей.

Для закріплення таких плит на конструкції використовують металеві скоби або саморізи, а для герметизації щілин використовуються спеціальний термостійкий клей.

Товщина шару вогнезахисних плит визначається в залежності від необхідного класу вогнестійкості сталевих конструкцій, зведеної товщини та проектної критичної температури конструкцій.

Область застосування того чи іншого варіанту вогнезахисту визначається з урахуванням:

• необхідного ступеню вогнезахисту конструкції;
• типу конструкції, що необхідно захистити (колони, балки, ригелі, в’язі);
• виду та величини навантаження, яке діє на конструкцію;
• температурно-вологих умов експлуатації та проведення робіт по влаштуванню вогнезахисту;
• ступеню агресивності оточуючого середовища до вогнезахисного матеріалу а також ступеню агресивності матеріалу вогнезахисту по відношенню до матеріалу конструкції;
• збільшене навантаження на конструкцію від вогнезахисту;
• умов монтажу вогнезахисту (під час зведення будівлі або її реконструкції);
• експлуатаційних умов будівлі (токсичності вогнезахисних матеріалів);
• естетичних вимог до конструкцій.