Co je požární odolnost betonu?

* Pro budovy vyšší než 100 m je limit požární odolnosti obecně stanoven na R 240.

** Pro budovy nižší než 100 m je limit požární odolnosti stanoven na REI 180, EI 180.

*** Limit požární odolnosti E 60 je stanoven pouze pro venkovní stěny.

Budovy a stavby s nosnými konstrukcemi ze železobetonu se klasifikují podle stupně požární odolnosti:

— speciální — polyfunkční, výškové budovy a komplexy budov;

— I stupeň — obvodové konstrukce jsou železobetonové a jsou použity deskové a deskové nehořlavé materiály;

— II stupeň — nátěry jsou vyrobeny z ocelových konstrukcí;

— III. stupně — používají se dřevěné podlahy chráněné omítkou nebo nehořlavým plechem nebo deskovým materiálem, dále pro rámové budovy s rámovými prvky z ocelových konstrukcí a s obvodovými konstrukcemi z profilovaných plechů nebo jiných nehořlavých materiálů s nízko hořlavou izolací skupiny G1.

4.3 Limit požární odolnosti požárních přepážek (stěn a stropů) pro stavby se zvláštním stupněm požární odolnosti stanoví REI 180; pro budovy nad 100 m výšky – REI 240; pro budovy stupně požární odolnosti I, II a III – REI 150.

4.4 Limit požární odolnosti železobetonových konstrukcí se bere jako doba v minutách od začátku standardního požárního zatížení do vzniku některého z mezních stavů požární odolnosti:

– ztrátou únosnosti R konstrukce a celky (zřícení nebo nepřijatelné vychýlení v závislosti na typu konstrukce);

– podle tepelně izolační schopnosti I — zvýšení průměrné teploty na nevyhřívaném povrchu na 160 °C nebo na jakémkoli jiném místě na tomto povrchu na 180 °C ve srovnání s teplotou konstrukce před zahřátím nebo zahřátím na 220 °C bez ohledu na teplotu konstrukce před vystavením požáru (GOST 30247.1);

– podle integrity E — vytvoření průchozích trhlin nebo průchozích otvorů v konstrukci, kterými pronikají produkty spalování nebo plamen.

U nosných železobetonových konstrukcí (nosníky, vaznice, příčníky, sloupy) je mezním stavem požární odolnosti ztráta únosnosti konstrukce. R .

U železobetonových konstrukcí, kde je pozorováno křehké porušení stlačeného betonu (sloupy s nízkou excentricitou, ohybové armované prvky), se za ztrátu únosnosti považuje úplné zničení konstrukce při požáru.

Ohýbané, excentricky stlačené a napínané prvky s velkou excentricitou se vyznačují vznikem velkých nevratných deformací výztuže a betonu a za ztrátu únosnosti se považuje vývoj průhybu ještě dříve, než dojde k úplné destrukci.

4.5 Výpočet meze požární odolnosti železobetonové konstrukce na základě ztráty únosnosti R se skládá z tepelné a statické části.

Tepelnětechnický výpočet musí zajistit dobu meze požární odolnosti, po jejímž uplynutí se výztuž ohřeje na kritickou teplotu nebo se průřez betonové konstrukce při vystavení standardnímu teplotnímu režimu sníží na mezní hodnotu.

Statický výpočet musí zajistit ochranu železobetonové konstrukce před destrukcí i před ztrátou stability při kombinovaném působení normového zatížení a standardních teplotních podmínek.

4.6 Mez požární odolnosti železobetonové konstrukce pro tepelně izolační schopnost I musí být opatřeny tepelně technickým výpočtem. Hodnoty teploty zjištěné na nevytápěném povrchu musí být nižší než maximální přípustná teplota ohřevu (viz část 4.4).

4.7 Limit požární odolnosti pro integritu E (tvorba průchozích děr nebo průchozích trhlin) se vyskytuje v železobetonových konstrukcích z těžkého betonu s vlhkostí nad 3,5 % a lehkého betonu s vlhkostí nad 5,0 % a hustotou nad 1200 kg/m3, dále v deskách, stěnách a I-nosníkových stěnách při oboustranném ohřevu betonu v konstrukční části nad jeho kritickou teplotu.

Ztráta celistvosti křehkým porušením betonu prudce snižuje mez požární odolnosti železobetonové konstrukce, proto je vhodné použít beton s omezenou spotřebou cementu, nízkou W/C a s nižším koeficientem tepelné roztažnosti plniva.

4.8 Zkoušky ukázaly, že k destrukci železobetonových konstrukcí při vysokoteplotním požárním ohřevu dochází podle stejných zákonitostí jako za normálních teplot. Pro výpočet meze požární odolnosti na základě ztráty únosnosti železobetonové konstrukce se proto používají stejné rovnice rovnováhy a deformace, ze kterých jsou odvozeny vzorce pro statické výpočty.

Statický výpočet meze požární odolnosti pro ztrátu únosnosti vychází z obecných požadavků na výpočet železobetonových konstrukcí pro mezní stavy první skupiny podle SNiP 52-01, SP 52-101, při standardním zatížení a standardních únosnostech betonu a výztuže při požáru a s přihlédnutím k dalším pokynům uvedeným v této normě.

4.9 Za standardní zatížení se považuje krátkodobý účinek stálých a dočasných dlouhodobých zatížení se součinitelem bezpečnosti zatížení g _f = 1 (SNiP 2.01.07), které významně ovlivňují napjatost železobetonové konstrukce při požáru. V případech, kdy není možné určit hodnotu sil ze standardního zatížení, je dovoleno vzít je rovny 0,7 vypočtených. Výpočtové schéma pro uplatnění normového zatížení musí odpovídat návrhu.

4.10 Únosnost železobetonových konstrukcí při požáru závisí na změně vlastností betonu a výztuže se zvyšující se teplotou. V mnoha případech se při stanovení meze požární odolnosti počítá se silou, kterou průřez prvku odolá při požadované meze požární odolnosti. Pokud je tato síla rovna nebo větší než vypočtená, pak je zajištěna požadovaná mez požární odolnosti.

Řešení statického problému posouzení požární odolnosti se někdy redukuje na stanovení hodnoty kritické teploty ohřevu napínané výztuže, protože nezávisí na výsledcích tepelnětechnického problému.

Řešení problému tepelné techniky je proveditelné pouze pro určité časové intervaly od začátku vytápění. Zjištění podmínek mezního stavu je proto založeno na principu postupných aproximací pro předem známé časové intervaly. Mez požární odolnosti se tak určí buď graficky, nebo analyticky jako výsledek řešení rovnic mezního stavu.

Výpočtové limity požární odolnosti železobetonových konstrukcí nesmí být nižší než požadované hodnoty.

4.11 Při projektování multifunkčních výškových budov, komplexů a staveb souvisejících s první kritickou úrovní spolehlivosti, jejichž porucha po požáru může vést k vážným ekonomickým a ekologickým důsledkům, stejně jako u konstrukcí, jejichž obnova bude vyžadovat velké technické potíže a náklady, je nutné zajistit jejich požární bezpečnost po požáru.

Za požární odolnost železobetonové konstrukce se považuje její stav, kdy zbytková pevnost nebo nevratné deformace zajišťují spolehlivý provoz po standardním požáru. Výpočet požární odolnosti železobetonové konstrukce po požáru se provádí pomocí výpočtových zatížení a výpočtových odporů betonu a výztuže po požáru.

4.12 Mez požární odolnosti železobetonové konstrukce nastává, když je pracovní výztuž v konstrukci zahřátá na kritickou teplotu, stejně jako když je beton v návrhové části zahřátý nad svou kritickou teplotu.

Kritická teplota pro těžký beton na silikátovém plnivu je 500 °C, na karbonátovém plnivu – 600 °C a pro konstrukční keramzitbeton – 600 °C. Kritická teplota ohřevu výztuže t_{s , cr} charakterizuje fázi vzniku plastového závěsu v tahové zóně železobetonových konstrukcí a nástup meze požární odolnosti při požární expozici.

Kritická teplota ohřevu výztuže t_{s , cr} , u kterého se vytvoří plastový závěs a je dosažena mez požární odolnosti, je přibližně stejná jako u výztuže třídy:

A240, A300 – 510 °C,

A500, A540 – 520 °C,

VR1200 – VR1500, K1400 a K1500 – 410 °C.

4.13 Výpočet požární odolnosti a požární bezpečnosti se doporučuje provádět pomocí redukovaného průřezu, kdy je průřez prvku rozdělen na malé charakteristické části zahřáté na různé teploty a každá malá část je redukována na nezahřátý beton, s přihlédnutím k odpovídajícím redukčním charakteristikám pevnosti betonu. V tomto případě může být vypočtená plocha redukovaného průřezu betonu omezena izotermou kritických teplot topného betonu t_{b , cr} .

5 Vlastnosti betonu a výztuže při požáru a po něm

5.1 Normativní R_bn a výpočty R_b , R_{b , vidět} odolnost betonu proti osovému tlaku (prizmatická pevnost) a tahu R_btn , R_bt и R_t,ser , počáteční modul pružnosti E_b a modul přetvoření betonu pod tlakem E_{b t} by měly být brány v souladu s aktuálními regulačními dokumenty.

Při požáru jsou železobetonové konstrukce v zatíženém stavu vystaveny vysokoteplotnímu požáru, který mění vlastnosti betonu. Změna normové a výpočtové odolnosti betonu proti osovému tlaku s rostoucí teplotou je zohledněna koeficientem pracovních podmínek betonu g _bt :

R_bnt = R_bn g _bt ; R_b,tem = R_b g _bt ; R_b,ser,t = R_b,ser g _bt . (5.1)

Hodnota koeficientu provozních podmínek g _bt bere se podle průměrné teploty betonu při výpočtu pomocí vzorců:

stlačená zóna – (8.9, 8.10, 8.24-8.26, 8.39, 8.40);

stlačená police – (8.15, 8.16, 8.17);

stlačený okraj – (8.16, 8.17);

průřez – (8.22, 8.56);

teplotou vnějšího vlákna – (5.6, 5.7);

podle teploty v zóně kotvení – (8.14).

Hodnota součinitele pracovních podmínek betonu pro tlak g _bt je dovoleno brát rovnu jedné (g _bt = 1) při ohřevu betonu na kritickou teplotu (str. 4.12) a g _bt = 0 při zahřátí betonu nad kritickou teplotu.

Při výpočtu požární odolnosti a požární bezpečnosti pomocí deformačního modelu a počítačových programů je nutné vzít v úvahu změnu součinitele pracovních podmínek betonu g _bt v celém rozsahu teplot ohřevu betonu.

V tomto případě se výpočet provádí na základě geometrického řezu betonu. Hodnoty koeficientu pracovních podmínek betonu pro tlak g _bt brát podle tabulky. 5.1 v závislosti na teplotě betonu.

5.2 Normativní R_btn a výpočty R_bt и R_t,ser Mění se také pevnost betonu v tahu při vystavení požáru. Změna pevnosti betonu v tahu s rostoucí teplotou ohřevu je zohledněna koeficientem pracovních podmínek betonu v tahu g _Btt

R_bnt = R_btn g _Btt ; R_Btt = R_bt g _Btt ; R_t,ser,t = R_t,ser g _Btt . (5.2)

Při výpočtu příčné síly (vzorce 8.58, 8.62, 8.64) se hodnoty součinitele g _Btt odebíráno podle průměrné teploty betonové části; při výpočtu síly v zóně kotvení (8.14) – na základě teploty tyče kotvící výztuže. Hodnoty koeficientu g _tt přijato: při 50 °C – 0,80; 100 °C – 0,75; 150 °C – 0,70; 200 °C — 0,65; 300 °C — 0,50; 400 °C — 0,35; 500 °C — 0,20, 600 °C — 0,05.

Význam koeficientů g _bt , b _b a j _b,cr pro beton při teplotě °C

Požární odolnost betonu je schopnost betonu odolávat ohni nebo poskytovat ochranu před ohněm. To zahrnuje schopnost konkrétního konstrukčního prvku nadále plnit specifikovanou konstrukční funkci nebo omezovat požár.

Doba, po kterou může prvek, jako je trám, sloup, stěna, podlaha nebo střecha odolávat požáru, se nazývá hodnocení požární bezpečnosti.
Požární odolnost je řízena jak fyzikálními, tak tepelnými vlastnostmi konstrukčního prvku. Faktory ovlivňující vlastnosti konstrukce zahrnují úroveň napětí v betonu a oceli, krycí vrstvu betonu, tendenci k praskání kameniva a volné vlhkosti a podmínky bočního omezení.

Mezi parametry, které řídí tepelný výkon, však patří typ kameniva, volná vlhkost v betonu (jak nasáklé, tak kapilární) a objem betonu na metr čtvereční exponované plochy.

Mechanismus požární odolnosti betonu

Ohnivzdorné vlastnosti betonu jsou snadno pochopitelné. Složky betonu, jako je cement a kamenivo, jsou chemicky inertní, a proto do značné míry nehořlavé, a beton má nízkou rychlost přenosu tepla.
Právě tato pomalá rychlost vedení (výměny tepla) umožňuje betonu působit jako účinný protipožární štít nejen mezi sousedními prostory, ale také se chránit před poškozením ohněm.

Tímto způsobem určité betonové konstrukční prvky, jako jsou stěny v domě, fungují jako protipožární štít, který chrání přilehlé prostory před požárem a udržuje svou strukturální integritu navzdory vystavení intenzivnímu teplu.

Jak oheň ovlivňuje betonové konstrukce?

Při vysokých teplotách způsobených požáry hydratovaný cement v betonu postupně dehydratuje a vrací se zpět do vody (ve skutečnosti páry) a cementu. To vede ke snížení pevnosti a modulu pružnosti (tuhosti) betonu.

Některé požáry způsobují praskání betonu – úlomky betonu se odtrhávají od zbytku betonu, někdy i násilím. Většina požadavků na požární odolnost je určena stavebními předpisy v závislosti na typu budovy a její obsazenosti.

Požární klasifikace je uvedena v hodinách. Například požadované hodnoty požární odolnosti pro sloupy ve výškových nemocnicích jsou mnohem přísnější než pro jednopodlažní budovy používané ke skladování nehořlavých produktů nebo materiálů.
Ve výškových nemocnicích mohou sloupy vyžadovat čtyřhodinové hodnocení, zatímco v jednopodlažních budovách mohou vnější stěny vyžadovat pouze jednohodinové hodnocení.

Faktory ovlivňující požární odolnost betonu

1. Typ agregátu
Kamenivo používané do betonu lze rozdělit do tří tříd, a to: uhličitanové, křemičité a lehké. Vápenec, dolomit a vápenec se nazývají uhličitanové agregáty, protože se skládají z uhličitanu vápenatého nebo hořečnatého nebo jejich kombinací. Při vystavení ohni jsou tyto agregáty oxidu uhličitého odstraněny a zanechávají za sebou oxid vápenatý (nebo hořečnatý).
Protože kalcinace vyžaduje teplo, reakce absorbuje část tepla z ohně. Reakce začíná na povrchu vystaveném ohni a pomalu postupuje směrem k protější ploše. Výsledkem je, že uhličitanové agregáty se při požáru chovají o něco lépe než jiné agregáty normální hmotnosti.

Křemičité kamenivo zahrnuje materiály složené z oxidu křemičitého a zahrnuje žulu a pískovec. Lehké kamenivo se obvykle vyrábí topnou břidlicí, břidlicí nebo jílem. Beton obsahující lehké kamenivo a uhličitanové kamenivo si zachovává většinu své pevnosti v tlaku až do přibližně 650 °C.
Lehký beton má izolační vlastnosti a přenáší teplo nižší rychlostí než normální beton o stejné tloušťce, a proto obecně poskytuje zlepšenou požární odolnost.

2. Obsah vlhkosti
Obsah vlhkosti má komplexní vliv na chování betonu při požáru. Beton, který není dovoleno vyschnout, se může odštípnout, zejména pokud je beton velmi nepropustný, jako jsou betony vyrobené z oxidu křemičitého nebo latexu, nebo pokud má extrémně nízký poměr vody a cementu.

3. Hustota
Obecně platí, že betony s nižší měrnou hmotností (hustotou) mají při požáru lepší výkon než beton s normální hmotností.

4. Propustnost
Betony, které jsou propustnější, obvykle vyhovují, zvláště pokud jsou částečně suché.

5. Tloušťka
Čím je beton tlustší nebo masivnější, tím lépe se chová při působení ohně.