Огнестойкость строительных конструкций и методы ее повышения

Артем Разумов

Одним из важнейших параметров пожаробезопасности зданий, сооружений и инженерных коммуникаций является предел их огнестойкости. Данный показатель выражается периодом времени, в течение которого конструкция приобретает признаки нормируемых предельных состояний в условиях пожара, а именно:

• потеря несущей способности (обозначается R, указывается в минутах);
• нарушение целостности (Е, мин.);
• потеря теплоизоляционных характеристик (I, мин.)

Огнестойкость различных конструкций

Пределы огнестойкости R, E, I для различных видов конструкций регламентируются [1], [2] и могут находиться в пределах от 15 до 150 минут. В том числе, несущие элементы должны обладать степенью огнестойкости от R15 до R120, наружные ограждающие конструкции RE15-RE30, перекрытия REI15-REI60, внутренние перегородки REI45-REI120, лестничные площадки и марши R30-R60. Для сооружений повышенной ответственности могут требоваться более высокие пределы огнестойкости, например, для подземных сооружений эти показатели могут превышать 180 минут.

Огнестойкость различных материалов

Основными материалами, из которых изготавливаются строительные конструкции являются сталь, бетон (железобетон) и древесина. Каждый из этих материалов в незащищенном виде имеет свои пределы огнестойкости.

Металлоконструкции в незащищенном виде характеризуются наименьшими показателями огнестойкости. Этот показатель зависит от показателя приведенной толщины металла: при толщине 5 мм предел огнестойкости составляет 9 минут, при толщине 15 мм – 18 минут. Нормативная документация [1] [2] допускает использование конструкций из незащищенного металла в случаях, когда требования к ним по пределу огнестойкости R, E, I не превышают 15 минут. В иных случаях для повышения предела огнестойкости металла должна выполняться огнезащитная обработка.

Деревянные конструкции, используемые в современном строительстве, как правило, имеют заводские пропитки, снижающие их горючие свойства. Однако, пределы их огнестойкости, определяемые с учетом скорости обугливания в условиях пожара, характеризуются низкими показателями. Современные конструкции из клееной древесины имеют предел огнестойкости 30-45 минут.

Бетонные (железобетонные) конструкции имеют высокий предел огнестойкости,  показатель которого зависит от толщины защитного слоя бетона и конструктивных особенностей элементов. Как правило, дополнительной огнезащиты требуют пустотные и ребристые плиты, тонкослойные панели, элементы, армированные внешним способом, а также конструкции, выполненные из полимербетона.

Эти материалы по-разному ведут себя в условиях пожара. Например, в древесине протекают процессы термического разложения, в результате которого образуется пористый кокс. При этом снижается жесткость и прочность конструкции. Металл под воздействием высоких температур переходит в пластичное состояние. Бетон снижает свои характеристики в процессе дегидратации. Влажный бетон в условиях пожара подвергается взрывообразному разрушению.

Методы повышения предела огнестойкости

Для повышения предела огнестойкости конструкций и доведения его до заданных параметров в строительстве используются различные огнезащитные материалы. Они позволяют блокировать поверхность защищаемой конструкции от высокотемпературного воздействия огня и сохранять ее в рабочем состоянии в течение требуемого периода времени. Огнезащитные покрытия используются для обработки:

• строительных конструкций, предел огнестойкости которых регламентируется нормативной документацией, в том числе – колонн, рам, ферм, балок, плит покрытия, междуэтажных перекрытий;
• воздуховодов и газоходов, к которым предъявляются соответствующие требования;
• кабельных разводок, проходок через ограждающие конструкции огнестойкого типа;
• емкостей для хранения нефтепродуктов, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

Увеличение предела огнестойкости различных конструкций может выполняться конструктивными методами или окраской. В том числе, используются:

• штукатурка, отделка бетоном или кирпичом. Данный метод подходит для конструкций, допускающих дополнительное нагружение;
•  облицовка специальными плитами, монтаж защитных экранов;
• нанесение огнезащитных составов поверхностного типа;
• пропитка конструкций из древесины;
• комбинация нескольких методов.

Основные виды огнезащитных материалов

В состав огнезащитных систем могут входить: заполнители, стойкие к высоким температурам (вермикулит, керамзит, базальт и другие),  неорганические вяжущие (гипс, цемент и т.д.), некоторые полимерные вяжущие и добавки, повышающие общую сопротивляемость системы воздействию огня, увеличивающие ее срок службы, прочность и другие технические характеристики. Данные материалы могут использоваться по отдельности (например, гипс, базальтовые волокна) или в комбинации друг с другом.

Действие покрытий вспучивающегося типа на базе органических вяжущих основано на образовании слоя пенококса. Под воздействием огня покрытие постепенно выгорает, продлевая работоспособность конструкции. Покрытия на основе минеральных связующих позволяют блокировать тепловой поток за счет выделения массы пара из содержащейся в их составе связанной воды. Данный процесс замедляет повышение температуры защищаемой конструкции.

Огнезащитные составы вспучивающегося типа на минеральном вяжущем одновременно выделяют при нагреве пар и увеличивают свою толщину, что позволяет противостоять воздействию огня более эффективно. Пористые и волокнистые огнезащитные материалы, обладающие низкой теплопроводностью, монтируются конструкционным методом и способны поглощать теплоту, не изменяя своей исходной формы. Огнезащитные материалы композиционного типа представляют собой конструкционные элементы, обладающие, при этом, эффектом терморасширения, что позволяет достичь максимального эффекта повышения огнестойкости.

Популярные огнезащитные материалы и составы, представленные на Российском рынке

В соответствии с требованиями нормативной документации (НПБ 236-97, НПБ 251-98 и другие) вся огнезащитная продукция, применяемая в строительстве, должна пройти испытания и иметь соответствующие сертификаты. Сегодня на рынке РФ представлено множество отечественных и зарубежных материалов и составов, повышающих пределы огнестойкости стальных, деревянных и железобетонных конструкций. Наиболее популярными являются следующие представители.

• компания Promat, предлагающая огнезащиту различных типов для несущих металлических и деревянных конструкций, железобетона, кабельных каналов, воздуховодов, газоходов;
• компания КРОЗ – производитель комплексных систем огнезащиты всех типов строительных конструкций и инженерных коммуникаций на базе окрасочных составов и конструкционных решений;
• Огнеза – популярный отечественный производитель огнезащитных красок, лаков, пропиток, герметиков и конструкционных элементов на основе базальта. Компания выпускает материалы для защиты металла, дерева и воздуховодов, а также муфты и кабельные проходки;
• корпорация ТехноНИКОЛЬ предлагает решения на базе каменной ваты для повышения предела огнестойкости стальных и железобетонных конструкций, профлиста и трубопроводов;
• всемирно известный бренд ROCKWOOL предлагает фирменную огнезащитную систему ROCKFIRE на базе материалов из каменной ваты и специального клея. Компания предоставляет решения для защиты воздуховодов, кабельных каналов, проходок труб и кабелей через стены, огнестойкие кровельные системы, системы огнезащиты металлоконструкций, древесины и бетона;
• Эковер – отечественная компания, выпускающая огнезащитные материалы конструкционного типа на базе базальтовых плит для повышения огнестойкости металла и железобетона до REI 240;
• финская компания PAROC производит огнезащитные материалы на основе каменной ваты;
• международная группа Saint-Gobain предлагает конструкционную огнезащиту Gyprock Glasroc F на базе плит, состоящих из гипса и стеклополотна. Используется для повышения огнестойкости металлоконструкций и облицовки ограждающих элементов зданий;
• немецкая компания KNAUF реализует различные решения по огнезащите металлоконструкций и устройству противопожарных перегородок со степенью огнестойкости до R240 на базе обычных гипсовых листов, суперлистов, "аквапанелей" и плит "файерборд";
• HILTI – предоставляет решения по огнезащите кабельных проходов, противопожарные пены и герметики;
• Walraven – производитель огнестойких крепежных систем, пен и герметиков для заделки пустот, противопожарных муфт и проходок для инженерных коммуникаций.

Литература:

[1]   СП 2.13130.2012 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты

[2]   СНИП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений