Z vlastností betonu je jedním z nejdůležitějších parametrů požární odolnost, která odpovídá za odolnost materiálu vůči otevřenému ohni v případě požáru. V tomto článku se blíže podíváme na to, co je požární odolnost, na čem závisí a jaký může být tento ukazatel pro různé druhy betonu.
Přehled
Předně je třeba říci, že si lidé často pletou požární odolnost železobetonových konstrukcí s tepelnou odolností, a to jsou trochu odlišné pojmy:
- Požární odolnost – odolnost materiálu vůči krátkodobému působení otevřeného ohně v případě požáru
- Odolnost vůči teplu – jedná se o schopnost betonu udržet si své vlastnosti při dlouhodobém nebo i stálém vystavení vysokým teplotám při provozu tepelných jednotek.
V důsledku nevýznamné tepelné vodivosti materiálu se při krátkém vystavení vysoké teplotě beton a výztuž, která se nachází pod ochrannou vrstvou, nestihnou dostatečně zahřát.
Proto betonu mnohem více škodí, že se polije vodou, ke které dochází při hašení požáru. V tomto případě dojde k prasknutí materiálu, porušení ochranné vrstvy a v důsledku toho k obnažení výztuže.
Účinky vysokých teplot na beton
Pod vlivem vysokých teplot dochází v betonu k různým negativním procesům:
| 250 – 300 stupňů Celsia | Pevnost klesá, což je doprovázeno procesem rozkladu hydroxidu a oxidu vápenatého, v tomto případě je zničena struktura cementového kamene. |
| 550 stupňů Celsia | Při této teplotě začnou zrnka křemene, která se nacházejí v písku a drti na beton, praskat a křemen přechází do další instance – tridymitu. Praskání je způsobeno zvětšením objemu křemenných zrn. V tomto případě se ve struktuře formace objevují mikrotrhliny v místech kontaktu mezi cementovým kamenem a plnivem. |
| Přes 550 stupňů Celsia | S následným zvýšením teploty se ničí i další konstrukční prvky betonu. |
Na fotografii – žáruvzdorný beton
Žáruvzdorné betony
Údaje v tabulce se vztahují na běžné betony. V důsledku vědeckého a praktického výzkumu však byla objevena možnost vytvoření žáruvzdorného betonu na bázi portlandského cementu, který je schopen odolat teplotám 1100 stupňů a ještě vyšším.
K tomu se do složení materiálu zavádějí aluminosilikátové nebo křemičité jemně mleté přísady, které vážou hydroxid vápenatý, který se uvolňuje v důsledku hydratace cementu.
Kromě toho se jako plniva používají žáruvzdorné a žáruvzdorné materiály, jako jsou:
- Cihlová suť;
- Vysokopecní struska;
- tufa;
- šamot;
- andezit;
- Čedič;
- Chromová žehlička.
Maximální teplota, kterou takový beton vydrží, závisí na kamenivu. Například při použití šamotu je maximální teplota 1100-1200 stupňů Celsia. Pokud se konstrukce nebude zahřívat nad 700 stupňů, lze jako výplň použít hliněné cihly nebo vysokopecní strusku.
Žáruvzdorný beton si tak můžete připravit i vlastníma rukama na staveništi.
Poradenství!
Po postavení železobetonových konstrukcí je často nutné je opracovat.
V tomto případě se používá speciální zařízení s diamantovými tryskami.
Stavaři například často provádějí diamantové vrtání otvorů do betonu a také řezání železobetonu diamantovými kotouči.
Železobetonové konstrukce po požáru
Požární odolnost železobetonových konstrukcí
Požární odolnost železobetonových konstrukcí závisí na mnoha parametrech:
- Rozměry řezu konstrukce;
- Tloušťka ochranné vrstvy;
- Průměr a počet výztuže;
- Konstrukční zatížení.
S poklesem hustoty materiálu a zvýšením jeho tloušťky se zvyšuje požární odolnost. Je třeba také poznamenat, že tento ukazatel závisí na statickém schématu a typu podpory konstrukce. Proto před naléváním musí specialisté provést výpočet požární odolnosti železobetonových konstrukcí.
Vodorovně umístěné konstrukce
Volně podepřené jednopolové ohýbané prvky se při požáru ničí v důsledku ohřevu spodní podélné výztuže. Proto jejich mezní teplota závisí na třídě výztuže, tepelné vodivosti materiálu a také tloušťce ochranné vrstvy.
Tyto návrhy zahrnují následující typy produktů:
- Podlahové desky a panely;
- Trámové desky;
- běhy;
- Trámy atd.
Dávejte pozor!
U vaznic a trámů limit požární odolnosti také do značné míry závisí na šířce průřezu.
Je třeba také poznamenat, že při stejných parametrech je požární odolnost nosníků a desek odlišná, což je způsobeno tím, že nosníky se při požáru ohřívají ze tří stran.
Tenkostěnné ohýbané konstrukce se mohou vlivem požáru předčasně zřítit podél šikmého úseku u podpěr. Této destrukci se zabrání instalací svislých rámů o délce ¼ rozpětí na nosných sekcích.
Flexibilní tenkostěnné konstrukce zahrnují:
- Žebrované a duté panely;
- Nosníky a příčky;
- Podlahy atd.
Desky podepřené podél obrysu mají mnohem větší limit požární odolnosti než ohýbatelné prvky. Takové desky jsou vyztuženy ve dvou směrech, takže jejich požární odolnost závisí na poměru délky výztuže v dlouhých a krátkých otvorech.
Pro čtvercové desky je kritická teplota 800 stupňů Celsia, s nárůstem jedné ze stran kritická teplota klesá a mez požární odolnosti se odpovídajícím způsobem snižuje. Pokud je poměr stran větší než čtyři, pak je požární odolnost desek stejná jako u konstrukcí, které jsou podepřeny ze dvou stran.
Dávejte pozor!
Z hlediska požární odolnosti je nejodolnější betonářská ocel 25G2S třídy A-III.
Jeho kritická teplota je 570 stupňů Celsia.
Je třeba říci, že cena kování z takové oceli je poměrně vysoká.
Sloupce
Požární odolnost konstrukcí, jako jsou sloupy, závisí také na řadě faktorů:
- Zatížení na nich (centrální a excentrické);
- Rozměry průřezu;
- Typ velkého kameniva;
- Procento zesílení;
- Tloušťka ochranné vrstvy podélné výztuže. Proto při nalévání konstrukce je třeba přísně dodržovat pokyny.
Ke zničení sloupů pod vlivem otevřeného ohně dochází v důsledku poklesu pevnosti betonu a výztuže. Excentrické zatížení navíc snižuje jejich požární odolnost.
V případech, kdy dochází k zatížení s velkou excentricitou, závisí požární odolnost konstrukce na tloušťce ochranné vrstvy v oblasti tahové výztuže. Jinými slovy, povaha provozu sloupů při vytápění je podobná jako u jednoduchých nosníků. Pokud dojde k zatížení s malou excentricitou, pak může konstrukce odolat účinkům požáru, stejně jako centrálně stlačeným sloupům.
Dávejte pozor!
Požární odolnost sloupů z malty na drcené žule je o 20 procent menší než u sloupů na drceném vápně.
Příklad – požární odolnost pórobetonu
Požární odolnost pórobetonu
Jak bylo uvedeno výše, čím nižší je hustota materiálu, tím je odolnější vůči ohni. Mez požární odolnosti pórobetonových tvárnic a jiných pórobetonových výrobků je proto vyšší.
Podle četných studií, které provedla Švédská technická univerzita a také Finské technické centrum, se pevnost pórobetonu při zahřátí mění takto:
- Zvýšení teploty na 400 stupňů – pevnost materiálu se zvýší až o 85 procent.
- Zahřívání až na 700 stupňů – pevnost je snížena na původní hodnoty.
- Zahřívání až na 1000 stupňů – pevnost klesne o 86 procent a tento ukazatel se stabilizuje.
Mez požární odolnosti pěnobetonových bloků je tedy asi 900 stupňů. Pro srovnání, běžný beton při teplotě asi 400-700 stupňů ztrácí většinu své pevnosti.
Proto je tento materiál široce používán při stavbě budov, ve kterých je plánováno zvýšené nebezpečí požáru.
Výkon
Jak jsme zjistili, požární odolnost a tepelná odolnost betonu závisí na řadě faktorů, od materiálového plniva až po vlastnosti betonových konstrukcí. Proto je třeba tomuto ukazateli věnovat pozornost ve všech fázích výstavby.
Více informací o tomto tématu můžete získat z videa v tomto článku.
V případě požáru se vlastnosti železobetonových konstrukcí projevují požární odolností a tepelnou odolností. Teplota tání betonu je 1100–2000 °C v závislosti na vnitřním složení přidávaném do roztoku. Od 200 °C dochází ke snížení pevnosti a praskání, ale materiál je poměrně žáruvzdorný a pomalu se upravuje kvůli nízké rychlosti povrchového ohřevu. Teplo se uvolňuje během odpařování vody, když je narušena celistvost cementu, což mu umožňuje odolávat krátkodobým účinkům vysokých teplot. Pro stavbu se doporučuje použít beton s tepelně odolnými vlastnostmi.
Účinky vysokých teplot na beton
K destrukci materiálu dochází vrstva po vrstvě v důsledku oslabení pevnosti a tlaku par pronikající do pórů konstrukce. Struktura se mění v důsledku vysoké teploty v různých rozsazích:
- Pokud teplota požáru nedosáhne 200 °C, konstrukce se nestlačí. Při 250 °C a nízké vlhkosti nastává stadium křehkého lomu.
- Při působení tepla do 350 °C se na povrchu betonu tvoří smršťovací trhliny.
- Při teplotách do 450 °C vznikají trhliny již v závislosti na složení cementu a jeho vlastnostech.
- Teploty nad 573 °C ničí strukturu betonové vrstvy v důsledku změny vlastnosti α-křemene na β-křemen a zvětšují objem.
- Teplotní podmínky od 750 °C vedou k úplné destrukci betonu.
Betonové díly v případě požáru by se neměly zalévat, protože to vede k praskání materiálu se zničením horní vrstvy ochrany a odkrytím výztuže.
Teplota tání betonových konstrukcí
V závislosti na teplotě, která materiál ovlivňuje, dochází k deformaci a změně barvy.
Časopis Civil Engineering v roce 2010 publikoval metody pro stanovení kritických teplot a napětí pro řešení problémů s požární odolností. Podle toho se tavenina každého prvku, který je součástí cementového kamene, liší v závislosti na přítomnosti i malého množství nečistot. Podle vnějšího stavu se určuje bod tání:
- Před dosažením 300 °C se barva struktury stává růžovou a saze ulpívají na vrchní vrstvě.
- Při 600 °C zčervená, saze vyhoří.
- Při vyšších teplotách beton bledne.
Nejzranitelnějšími částmi v případě požáru jsou ohýbací prvky: nosníky, desky a příčky. Výztuž v těchto konstrukcích je pokryta tenkou vrstvou betonu. Proto se tato část rychle zahřeje na kritické teploty a zhroutí se. Podle informací stavební dokumentace o výpočtu požární odolnosti a požární bezpečnosti železobetonových konstrukcí je jeho zbytková pevnost po standardním požáru považována za přijatelnou při zachování hlavních charakteristik. Výpočet se provádí na základě návrhového zatížení, únosnosti betonové vrstvy a výztuže. Při stavbě se často vyrábí podlaha odolná proti jiskření. Potaženo epoxidem nebo polyuretanem.
Vlastnosti žáruvzdorného betonu
Žáruvzdorný beton se vyrábí z materiálů, které nemění své vlastnosti pod vlivem vysokých teplot. Pro zvýšení tepelné odolnosti se používají následující metody:
- S výjimkou tavení, spalování a jiné destrukce se do roztoku zavádějí hliníkové a křemíkové složky.
- Pro dosažení standardní hustoty až 600 MPa / cm² se do kompozice přimíchá portlandský cement.
- Do směsi se přidávají porézní vulkanické nebo umělé žáruvzdorné horniny.
Složení pórobetonu zahrnuje minerální plnivo na bázi křemíku. Vzhledem k tomu, že křemík má vlastnost redukce tepla, je tento materiál nejčastěji používán ve stavebnictví se zvýšenými požadavky na nebezpečí požáru. Kromě toho se ohnivzdorné typy používají pro výrobu spalovacích komor, tepelných elektráren a tak dále.
Úroveň požární odolnosti železobetonových konstrukcí a sloupů
RC konstrukce s tenkými stěnami obecně nemají jediné monolitické spojení s ostatními díly. Jsou schopny odolat teplotě plamene a plnit své základní funkce po dobu 1 hodiny. Maximální úroveň požární odolnosti je dána rozměry průřezu konstrukce, typem výztuže, kvalitou třídy betonu, zvoleným druhem kameniva, ochrannou betonovou vrstvou a zatížením, které konstrukce unese.
Hranice trvanlivosti podlah, stěn a sloupů závisí na kvalitě cementové malty, jejích vlastnostech a tloušťce konstrukcí. Za nejpevnější je považována ocel s teplotním zatížením do 1570 °C. Oheň naklání stěny na stranu při požárech kvůli zahřívání na jedné straně. Čím větší je zatížení a čím menší je tloušťka vrstvy, tím nižší je úroveň odporu. Sloupy mohou odolat porušení v důsledku působení zatížení (středového nebo mimostředového), množství a kvality hrubého kameniva, objemu výztuže a ochranné vrstvy betonu.
