Сергей АНТОНОВ, Федеральная Палата пожарно-спасательной отрасли
Требования российского противопожарного законодательства применительно к огнестойкости железобетонных строительных конструкций R или REI понятны всем, но при этом многим специалистам кажется надуманной необходимость применения каких-либо дополнительных огнезащитных решений для повышения огнестойкости бетонов. Зачем еще вкладывать деньги, если бетон и так не горит?
The requirements of the Ru ssian fire protection legislation in relation to the fire resistance of reinforced concrete building structures R or REI are clear to everyone, but at the same time, many specialists seem far-fetched to need to use any additional fire protection solutions to increase the fire resistance of concrete. Why else invest money if concrete does not burn anyway?
А нужно ли защищать бетон от пожара?
Если рассматривать этот вопрос с точки зрения законодательства, то Минстрой РФ и МЧС России считают, что в целом применительно к огнестойкости несущих, самонесущих и ограждающих строительных конструкций (включая железобетонные), законодательство достаточно гармонизировано. Указаны цели и есть инструмент для правоприменения в виде 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», обязательных и добровольных Сводов правил и ГОСТов к этим законам. Давайте попробуем разобраться, о чем говорят эти документы.
Во-первых, стоит учесть, что прошедшие в последнее время пожары как на территории РФ, так и в других странах показали, что при огневом воздействии железобетонные конструкции, к сожалению, разрушаются…
Одной из многих причин разрушения ЖБК является хрупкое (взрывообразное) разрушение бетона, которое начинается с защитного слоя обогреваемой поверхности. Данное явление взрывообразного разрушения основано на резком повышении внутреннего давления испаряющейся воды, находящейся в толще бетона, под действием нагрева, с большой скоростью, сопровождающимся высоким температурным градиентом. Визуально это сопровождается сильными хлопками и отколами бетона в виде лещадок размерами от 1 до нескольких десятков см. Взрывообразное послойное разрушение бетона происходит также вследствие проявления растягивающих напряжений от приложенной нагрузки при разупрочнении бетона в результате уменьшения коэффициентов условий его работы при нагреве. Данный вид разрушения приводит к резкому уменьшению защитного слоя бетона до несущей арматуры, что способствует ее быстрому ненормируемому прогреву и преждевременному наступлению предела огнестойкости конструкции по несущей способности. Вероятно, к предотвращению такого явления могли бы привести или применение бетонов с какими-то специальными добавками, или какая-то барьерная защита поверхности бетона от резкого прогрева.
Разрушению бетона способствуют также термические напряжения, различия в коэффициентах температурного расширения различных наполнителей бетона, химический процесс распад гидратов при нагреве бетона На его растрескивание оказывает влияние и миграция химически связанной воды в порах бетона, механизм которой изучен недостаточно.
Ниже на фотографиях видно, каковы последствия пожаров с участием железобетонных конструкций
Куда же смотрит российский законодатель?
В теории российское законодательство не делает различий между несущими, самонесущими или ограждающими конструкциями (будь они подземными или наземными или др.,) по признаку того, бетонные ли они, деревянные, стальные или еще какие-нибудь другие. Они все при проектировании для объектов строительства, реконструкции и при последующей эксплуатации должны иметь доказанные пределы огнестойкости. Об этом говорит 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» в статье 5.
«1. Безопасность зданий и сооружений, а также связанных со зданиями и с сооружениями процессов проектирования (включая изыскания), строительства, монтажа, наладки, эксплуатации и утилизации (сноса) обеспечивается посредством установления соответствующих требованиям безопасности проектных значений параметров зданий и сооружений и качественных характеристик в течение всего жизненного цикла здания или сооружения, реализации указанных значений и характеристик в процессе строительства, реконструкции, капитального ремонта (далее также – строительство) и поддержания состояния таких параметров и характеристик на требуемом уровне в процессе эксплуатации, консервации и сноса».
Более того, в последнее время пределы требуемой огнестойкости вписываются непосредственно в своды правил, в основном к 384-ФЗ. Например, СП 122.13330.2012 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» прямо указывает, какие параметры огнестойкости должны быть заданы для различных конструкций тоннелей в различных местах расположения.
А СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменением N 1) прямо указывает в п. 10.3.1
«Защитный слой бетона должен обеспечивать:
– совместную работу арматуры с бетоном;
– анкеровку арматуры в бетоне и возможность устройства стыков арматурных элементов;
– сохранность арматуры от воздействий окружающей среды (в том числе при наличии агрессивных воздействий);
– огнестойкость конструкций».
И, наконец, введен новый сод правил СП 468.1325800.2019 «Бетонные и железобетонные конструкции. Правила обеспечения огнестойкости и огнесохранности». Настоящий свод правил распространяется на проектирование, строительство, эксплуатацию, техническое обследование и реконструкцию после пожара зданий и сооружений, к которым предъявляются требования обеспечения огнестойкости и огнесохранности бетонных и железобетонных конструкций.
Свод правил устанавливает требования к проектированию и конструированию железобетонных конструкций с обеспечением требований огнестойкости и огнесохранности при воздействии стандартного температурного режима пожара. В нем предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций устанавливается по времени (в минутах) от начала огневого воздействия в условиях стандартных испытаний до наступления одного из нормируемых для данной конструкции предельных состояний (ГОСТ 30247.1):
– по потере несущей способности R конструкций и узлов (обрушение или недопустимый прогиб в зависимости от типа конструкций);
– по потере теплоизолирующей способности I (повышение средней температуры на необогреваемой поверхности более чем на 140°С или в любой другой точке этой поверхности более чем на 180°С в сравнении с температурой конструкции до испытания, или более 220°С независимо от температуры конструкции до испытания);
– по потере целостности Е (образование в конструкции сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или пламя).
Основные положения СП 468 по расчету огнестойкости железобетонной конструкции по потере несущей способности R требуют расчета предела огнестойкости железобетонной конструкции, состоящего из теплотехнической и статической частей.
Теплотехническим расчетом определяются температуры нагрева бетона и арматуры по сечению железобетонной конструкции при воздействии стандартного температурного режима для определения коэффициентов условий работы арматуры и бетона при нагреве.
Статический расчет должен обеспечить защиту железобетонной конструкции от разрушения, а также от потери устойчивости при совместном воздействии нормативной нагрузки и стандартного температурного режима. Статический расчет предела огнестойкости по потере несущей способности R производится на нормативные нагрузки и нормативные сопротивления бетона и арматуры при огневом воздействии, а также с учетом дополнительных указаний, изложенных в настоящем стандарте.
Расчетная оценка предела огнестойкости железобетонной конструкции по теплоизолирующей способности I производится теплотехническим расчетом. Расчетные значения температуры на необогреваемой поверхности должны быть менее предельно допустимой температуры нагрева.
Предел огнестойкости по целостности Е (образование сквозных отверстий или трещин) возникает в железобетонных конструкциях, в основном из тяжелого бетона, в плитах, стенах и стенках двутавровых балок при двустороннем нагреве бетона в расчетном сечении выше критической температуры нагрева.
Потеря целостности при хрупком взрывообразном разрушении бетона при пожаре резко снижает предел огнестойкости железобетонной конструкции за счет уменьшения сечений элементов и более интенсивного прогрева арматуры на участках взрывообразного разрушения бетонной поверхности
Указанные мероприятия по защите бетонных и железобетонных конструкций от хрупкого разрушения при пожаре подразделяют на следующие группы:
I – ликвидирующие хрупкое разрушение бетона при пожаре;
II – снижающие вероятность хрупкого разрушения;
III – профилактические.
К I группе мероприятий, ликвидирующих хрупкое разрушение бетона при пожаре, относятся:
1) проектное ограничение эксплуатационной влажности в помещении до величины, при которой в случае пожара хрупкое разрушение бетона не произойдет, и систематический контроль (мониторинг) влажности в помещениях и в бетоне в процессе эксплуатации здания или сооружения;
2) установка в поверхностном нагреваемом слое конструкции противооткольной сетки;
3) применение огнезащитных покрытий;
4) применение добавки полипропиленовой микрофибры в бетон в количестве не менее 1 кг/м3.
К II группе мероприятий, снижающих вероятность хрупкого разрушения, относятся:
1) применение крупных заполнителей с низкими коэффициентами линейного температурного расширения;
2) замена части (не менее 1/3) или полностью природного песка на песок из известняка, базальта, диабаза, сиенита или диорита;
3) применение бетонов с шамотным заполнителем;
4) применение составов бетонов с ограниченным расходом вяжущего и повышенными значениями В/Ц отношения (не менее 0,5);
5) применение бетонов с легкими заполнителями;
6) применение бетонов на основе шлакопортландцемента;
К III группе профилактических мероприятий относятся:
1) повышение уровня пожарной безопасности путем обеспечения возможности ликвидации пожара на начальной стадии;
2) применение в железобетонных конструкциях арматуры той же площади, но из стержней меньшего диаметра;
3) применение поперечных сечений конструкций без выступающих углов (например, колонн круглого поперечного сечения или со срезанными углами вместо колонн прямоугольного или квадратного поперечного сечения).
Так вот, по моему мнению, проблема с доказательствами огнестойкости кроется в том, что 384-ФЗ ( в том числе и СП 468.1325800.2019) разрешает практически все параметры конструкций, а именно: долговечность, сейсмостойкость, коррозионостойкость и в том числе огнестойкость.- доказывать только расчетным способом (см. ст. 16.6 384-ФЗ или ГОСТ 54257-2010 «Надежность строительных конструкций и оснований», включенный в перечень обязательных стандартов и сводов правил к этом у федеральному закону).
Но выполнение только теоретических расчетов не соответствует требованиями 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» в части доказательства огнестойкости, в частности, ст.87, ч 9 и 10 требуют или проведения огневых испытаний под проектной нагрузкой, или если и расчетов, то на основании ранее проведенных таких испытаний с аналогичными конструкциями. Проведите испытания, убедитесь, как конструкции себя ведут во время огневого воздействия, получите требуемый предел огнестойкости, проведите расчеты на аналогичные конструкции.
Так вот, 123-ФЗ не противоречит Техническому регламенту о безопасности зданий и сооружений. Если вы требуете, например, применительно к 384-ФЗ и СП 120 «Метрополитены» предел огнестойкости для обделки перегонных тоннелей – R90, то 123-ФЗ не возражает. Только докажите этот параметр, опираясь на требования 123-ФЗ.
123-ФЗ. Статья 1. Цели и сфера применения технического регламента
1. Технические регламенты, принятые в соответствии с Федеральным законом от 27 декабря 2002 года N 184-ФЗ «О техническом регулировании» (далее – Федеральный закон «О техническом регулировании»), не действуют в части, содержащей требования пожарной безопасности к указанной продукции, отличные от требований, установленных настоящим Федеральным законом.
Еще раз требования 123-ФЗ о способах доказательства огнестойкости.
В ст. 87 ч. 9 123-ФЗ указано, что «пределы огнестойкости и классы пожарной опасности строительных конструкций должны определяться в условиях стандартных испытаний». В ч.10 этой же статьи разрешается определять огнестойкость и расчетно-аналитическим способом, но только для «строительных конструкций, аналогичных по форме, материалам, конструктивному исполнению строительным конструкциям, прошедшим огневые испытания».
Исходя из того, что это – «прямые требования технических регламентов», можно сделать вывод, что только 2 документа могут доказывать огнестойкость конструкции, здания или сооружения:
– отчет об испытаниях на огнестойкость;
– заключение об огнестойкости, сделанное на основании испытаний аналогичных конструкций.
Только в этих двух документах появляются в заключении буквы REI.
Как проводить такие испытания? Как делать такие расчеты?
Внимательно изучив 123-ФЗ и перечень стандартов и сводов правил к нему, вы увидите, что для выполнения закона требуется проведение огневых испытаний для строительных конструкций. Все несущие и самонесущие конструкции должны пройти огневые испытания согласно ГОСТ 30247.1 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции», а именно с учетом того, что в п.7.2.1. указано: «Образцы несущих и самонесущих конструкций должны испытываться под нагрузкой»;
Зачем нужны испытания под нагрузкой? Понятно, что не для того, чтобы узнать критическую температуру стальной арматуры в бетоне при данной нагрузке. Это – расчетные данные.
Испытания под нагрузкой проводятся с целью получения экспериментальных данных о влиянии напряженно-деформированного состояния конструкции на изменение поведения бетона (также взрывообразное разрушение) или о поведении огнезащитного покрытия при воздействии на него деформируемого защищаемого элемента конструкции.
Так, например, в последние годы была проведена серия испытаний на определение огнезащитной эффективности различных конструктивных плит, а также на то, насколько эти плиты реально повышают огнестойкость конструкции. Так вот, стекломагнезитные плиты показали очень высокую огнезащитную эффективность – более 180 минут при проведении испытаний на небольших элементах железобетонных конструкций 600х600 мм, без нагрузки.
Но как только они были смонтированы в виде огнезащиты на железобетонных плитах 2×4 м, и плиты были нагружены нагрузкой 800 кг/м2 – после этого железобетонная плита прогнулась всего на 1 мм, но при этом практически все стекломагнезитные плиты покрылись микротрещинами, а с последующим небольшим прогибом железобетонной плиты стекломагнезитные плиты вообще обрушились.
Таким образом, уже разрабатывая проектное решение, конструктор должен быть уверен, что огнестойкость еще только проектируемых конструкций соответствует законодательству. Ведь это его обязанность. Градостроительный Кодекс РФ № 190-ФЗ от 29.12.2004 говорит в Статье 48. «Архитектурно-строительное проектирование…
11. Подготовка проектной документации осуществляется на основании задания застройщика или технического заказчика (при подготовке проектной документации на основании договора), результатов инженерных изысканий, информации, указанной в градостроительном плане земельного участка, или в случае подготовки проектной документации линейного объекта на основании проекта планировки территории и проекта межевания территории в соответствии с требованиями технических регламентов, техническими условиями, разрешением на отклонение от предельных параметров разрешенного строительства, реконструкции объектов капитального строительства».
А что же по факту с доказательствами огнестойкости бетонов?
Что мы в результате имеем сейчас на российском противопожарном рынке? Все 100% применяемых при строительстве огнезащитных материалов сертифицированы по ГОСТ Р 53295—2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности». И наличие такого сертификата об огнезащитной эффективности покрытий является обязательным. Но это всего лишь метод идентификации покрытия. Его нельзя применять для расчетов огнестойкости. При этом испытания конструкций под проектной нагрузкой никто не проводит! 99% построенных за последние 10 лет зданий и сооружений покрыты какими-то материалами с какими-то сертификатами, но при этом сами конструкции не имеют юридически доказанных пределов огнестойкости!
Одной из причин написания данной статьи мы считаем тот повод, что последние огневые испытания железобетонных конструкций (блоков тоннельной обделки, плит перекрытий, железобетонных колонн), проведенные в 2016-2022 годах во ВНИИПО МЧС России, показали подверженность таких конструкций взрывообразному разрушению. То есть, возвращаясь к началу, при проектировании мы рассчитываем, что защитный слой бетона будет предохранять арматурный каркас от нагрева в течение 60 или, например, 150 минут, а по факту арматура оголяется уже через 25-30 минут!
Ниже на фотографиях видно состояние железобетонной колонны после закончившихся на 25-й минуте огневых испытаний под нагрузкой. Второе фото свидетельствует, что оголение арматурного каркаса произошло уже на 15-й минуте.
Можно сказать, что сейчас доказательство огнестойкости железобетонных конструкций почти выведено из правового поля с его требованиями по проведению огневых испытаний. Все проектные и экспертные организации принимают в виде доказательства огнестойкости конструкций только теплотехнические и статические расчеты. А расчеты, сделанные без ссылки на протоколы огневых испытаний, являются всего лишь теоретическим трудом по определению ожидаемого предела огнестойкости.
А зданию нужна ФАКТИЧЕСКАЯ степень огнестойкости, а не ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ.
Нам строят метрополитены, тоннели, мости, подземные паркинги и т.д., создают под них специальные технические условия с высочайшими требованиями по огнестойкости (R120-R240), а по сути никто не знает, какая же фактическая огнестойкость у этой конструкции.
Как приятное исключение следует отметить, что в последнее время Правительство Москвы, «МОСИНЖПРОЕКТ» осуществили ряд программ по огневым испытаниям железобетонных конструкций, а на некоторых испытаниях присутствовали специалисты Могорэкспертизы
Однако в целом по России сложилась такая ситуация:
* все специалисты в этой области знают, что почти никто из производителей огнезащитных покрытий не проводит испытания под нагрузкой для доказательства повышения огнестойкости стальных конструкций. Но различные огнезащитные покрытия как применялись, так и продолжают применяться для огнезащиты бетона и металла на основании ничтожных (ничего не значащих) сертификатов об огнезащитной эффективности,
* почти все специалисты знают, что бетон может разрушаться во время огневого воздействия, но закрывают на этот факт глаза и продолжают «доказывать» его огнестойкость только расчетами;
* Минстроем РФ и МЧС России законодательство разработано, требования определены;
* органы экспертизы и строительного надзора в большинстве случаев «отбиваются» от вопросов о необходимости затребования ими доказательств огнестойкости железобетонных конструкций.
Я думаю, что эти вопросы помогут продолжить дискуссию об огнестойкости железобетонных конструкций.
ООО «ПРОЗАСК» предлагает технологии для повышения огнестойкости железобетонных конструкций
Стресс-напряжения в бетоне из-за приложенной нагрузки, разупрочнение бетона под действием термических напряжений, различия в коэффициентах температурного расширения различных наполнителей бетона, миграция химически связанной воды в порах бетона, механизм которой изучен недостаточно, а также резкое повышение внутреннего давления испаряющейся воды, находящейся в толще бетона, под действием его нагрева с большой скоростью, сопровождающееся высоким температурным градиентом, приводят к хрупкому (взрывообразному) разрушению бетона.
Результаты проведенных во ВНИИПО МЧС России огневых испытаний показали, что применение в композициях тяжелых и мелкозернистых бетонов нашей т.н. огнезащитной фибры PROZASK IGS позволяет предотвратить взрывообразное разрушение бетона при высокотемпературном воздействии, а тем самым – повысить огнестойкость железобетонных конструкций до требуемых значений.
ООО «ПРОЗАСК» предлагает плиты огнезащитные на цементном связующем с легким минеральным наполнителем, армированные с двух сторон стеклосеткой с односторонним защитным покрытием «ПРОЗАСК Файерпанель» (Россия) и огнезащитные плиты PS AESTUVER T (Германия).
Плиты прошли серию российских физико-механических и огневых испытаний, имеют заключения ВНИИПО МЧС России о повышении огнестойкости строительных конструкций до R240 и уже нашли свое применение на десятках ответственных объектов в России.
107564, г. Москва, ул. Краснобогатырская, д. 42, с. 1
Тел. раб.: +7 (499) 519-04-10; тел. моб.: +7 (903) 107-61-52
www.prozask.ru; e-mail: info@stalprotect.ru
