ПОЛИМЕРБЕТОНЫ

Огнестойкость полимербетонных конструкций

Практика показала, что испытания экспресс-методом •в керамической трубе и методом калориметрии могут [служить только в качестве предварительной оценки го - ; рючести материалов. Окончательные данные об огнестой - : кости конструкций можно получить только при испыта­нии натурных конструкций под нормативной нагрузкой.

Для огневых испытаний были изготовлены четыре ко - : лонны сечением 400X400 мм и длиной 3,5 м. Арматура ; колонн состояла из четырех продольных стержней перио - ! дического профиля диаметром 16 мм из стали класса A-II, , связанных между собой хомутами из арматурной прово­локи диаметром 8 мм класса A-Ісшагом 300 мм. На при-

■ опорных участках на длине 320 мм были установлены

Г

Сетки с шагом 60 мм из проволоки 8 мм с ячейками 70Х

Х70 мм.

При изготовлении колонн использовали полимербе­тон ФАМ следующего состава, %: смола фурфуролаце- тоновая ФАМ—10; бензолсульфокислота БСК— 2; му­ка андезитовая — 12; песок кварцевый — 23, щебень гра­нитный— 53; кремнефтористый натрий—1,5 по массе смолы.

Испытание контрольных кубов показало, что средняя прочность полимербетона у трех колонн составила 72,5 МПа, а у четвертой колонны из-за некачественного изготовления — 50 МПа. Поэтому в дальнейшем только первые три колонны были испытаны на огневое воздей­ствие.

Методика огневых испытаний основывалась на требо­ваниях максимального приближения условий экспери­мента к реальным условиям работы конструкции при по­жаре. Испытания проводили в специальных печах при температурном режиме, определяемом стандартной кри­вой «температура — время пожара». Одновременно с на­гревом создали условия опирання и нагружения, соот­ветствующие условиям эксплуатации их в сооружениях.

Колонны имели шарнирное опирание по концам и ис - пытывались на центральное сжатие под нормативной нагрузкой, приложенной в геометрическом центре их по­перечного сечения.

Измерение температуры печи производилось термо­парами, расположенными у обогреваемой поверхности колонн. Показания термопар регистрировались с интер­валом 5 мин с начала и до конца испытаний.

Визуальное наблюдение через смотровое окно печи в процессе испытаний показало, что все три колонны имели одинаковый характер результатов на огневое воздейст­вие, через 4—8 мин происходило загорание продуктов разложения полимербетона на поверхности; через 5— 10 мин начиналось взрывообразное разрушение поверх­ностного слоя, которое сопровождалось легким потрески­ванием и образованием воронок диаметром 6—8 и глу­биной 5—7 мм. В некоторых местах обнажался крупный заполнитель, разрушение продолжалось 15—25 мин, не представляя опасности для несущей способности конст­рукции в целом. Через 20—35 мин с начала испытаний на поверхности образовалась коксовая корка и появилась сетка трещин, раскрытие которых увеличивалось в про­цессе дальнейших испытаний. Горение продолжалось вдоль трещин до конца испытаний. После окончания ог­невого воздействия процесс горения продуктов распада полимербетона продолжался вдоль трещин в течение 15—20 мин.

Первые две колонны испыгывались под нормативной нагрузкой 130 т, которая соответствовала четырехкрат­ному запасу длительной прочности. Огнестойкость, опре­деляемая временем до потери несущей способности, у этих двух колонн оказалась практически одинаковой (2 ч 7 мин и 2 ч 6 мин), следовательно, они могут быть рекомендованы для промышленных зданий 2-й степени огнестойкости.

Третью колонну испытывали в тех же условиях при нагрузке 100 т, при которой колонна выдержала огне­вые испытания 3 ч 2 мин. Минимальный предел огнестой­кости несущих конструкций для зданий 1-й степени огне­стойкости составляет 2,5 ч.

Таким образом, результаты испытаний на огневое воз­действие несущих колонн из сталеполимербетона ФАМ подтвердили их достаточно высокую огнестойкость и по­казали, что такие конструкции могут применяться для промышленных зданий первой и второй степени огне­стойкости.

По аналогичной методике в МИИТе были проведены испытания на огневое воздействие изгибаемых элемен­тов. Балки (рис. 61) сечением 150X500X3200 мм гото­вили из полимербетона ФАМ следующего состава, %: смола фурфуролацетоновая ФАМ — 8; бензолсульфокис- лота БСК — 2; мука андезитовая—10; песок кварце­вый — 28; щебень гранитный — 52. Средняя прочность контрольных призм 70X70X280 мм составляла 70,9 МПа.

Испытания армополимербетонных балок показали, что в зависимости от толщины защитного слоя и армиро­вания огнестойкость составляет от 80 до 135 мин. Так, увеличение защитного слоя полимербетона на 10 мм по­зволило повысить предел огнестойкости с 80 до 100 мин, т. е. на 25%, а повышение армирования в 2 раза увели­чило предел огнестойкости до 135 мин, т. е. в 1,7 раза.

Кроме армополимербетонных балок, были испытаны комплексные балки с жестким трубобетонным арочным вкладышем (см. рис. 61). Однако применение жестко­го трубчатого вкладыша не оправдало возлагаемых на. дежд. Огнестойкость такой конструкции составила 80 мин, Сравнительно низкую огнестойкость комплекс

Ной конструкции, вероятно, можно объяснить неудачно выбранной толщиной полимер бетонного защитного слоя — 11 мм [140].

Таким образом, лабораторные и натурные испытания полимербетонных конструкций позволили выявить прин­ципиальные особенности характера их разрушения в про­цессе температурного и огневого воздействия.

Снижение прочности цементных бетонов начинает за­метно сказываться при температуре 300—400°С и выше. При этой температуре начинаются необратимые измене­ния в цементном камне в результате дегидратации и раз­ложения гидросиликатов и гидроалюминатов кальция и других новообразований.

У полимербетонов при 100—150°С, а для полимербе­тонов на полиэфирных смолах при 80—100°С, проявля­ется различие коэффициентов температурных деформа­ций у полимерного связующего и минеральных компонен­тов полимербетона и существенно повышаются высоко­эластические и вязкого течения деформации. Далее при 150—200°С начинаются процессы деструкции полимерно­го связующего. При этом выделяется значительное коли­чество горючих газообразных продуктов, и процесс горе­ния, а следовательно, и разрушения полимербетонов сти­мулируется за счет экзотермического эффекта термо­окислительной деструкции полимерной составляющей связующего.

Рис. 62. Зависимость призменно& прочности Rnр полимербетонов на

Пр

Основе полиэфирных и фурановых смол от температуры

І — на смоле ПН-1; 2 — на смоле НПС-609-2ІМ; 3 — иа смоле ГТН-63; 4 — на смоле ФАМ

В то же время следует отметить, что малая теплопро­водность полимерного связующего и интенсивное газо­выделение в поверхностном слое снижают время прогре­ва глубинных слоев и препятствуют горению в толще ма­териала. В результате в наружном слое, непосредственно подвергающемся тепло-огневому воздействию, происхо­дит разложение, а затем и выгорание полимерного свя­зующего. После этого процесс горения распространяется на более глубокие слои до полного выгорания и потери прочности полимербетона.

Выполненные экспериментальные исследования, пред­ложенные методики расчета предела огнестойкости армо­полимербетонных балок и прогибов изгибаемых элемен­тов с учетом изменения модуля упругости и упругопла - сгических свойств арматуры и полимербетона в резуль­тате воздействия высокой температуры позволяет более обоснованно проектировать такие конструкции и назна­чать категорию их огнестойкости.

В Липецком политехническом институте под руковод­ством В. Е. Беляева и Л. Т. Оболдуева выполнены зна­чительные исследования по изучению влияния повышен­ной температуры и огневого воздействия применительно к полимер бетонам на основе различных полиэфирных смол (34, 991.

У полимербетонов на основе полиэфирных смол типа ПН-1 наблюдалось резкое снижение прочности даже при незначительном повышении температуры (рис. 62), и интенсивное горение при испытании образцов в огневой трубе. При использовании в качестве связующего поли­эфирных смол типа ПНС-609-21М, ПН-63; ПН-62 и не­которых других, по данным [99], наблюдается менее ин­тенсивное снижение прочности под действием повышен­
ной температуры, а при огневом испытании в керамиче­ской трубе образцы практически не изменили массы и внешнего вида.

На основании этих данных полимербетоны на поли­эфирных смолах ПНС-609-21М, ПН-63, ПН-62 могут быть рекомендованы для использования в несущих конструк­циях на промышленных предприятиях с температурой ок­ружающей среды не выше 60°С.

Для более правильного расчета полимербетонных конструкций в условиях температурно-огневого воздей­ствия А. Т. Оболдуев предложил ввести оценку термо­устойчивости полимербетонов в конструкции путем оп­ределения величины деструктирующего слоя на первом этапе горения.

При таком подходе повышение тепло - и огнестойко­сти полимербетонных конструкций достигается путем компенсации неизбежной потери несущей способности в наружной части сечения в процессе горения соответству­ющим увеличением сечения на толщину деструктиру­ющего слоя.

Анализ результатов температурных и огневых испы­таний, выполненных различными исследователями прак­тически по единой методике, позволил В. Е. Беляеву разработать теорию расчета армополимербетонных кон­струкций. с учетом одновременного воздействия нагру­зок и температур, а А. Т. Оболдуеву и В. С. Федорову внести соответствующие уточнения в методику расчета армополимербетонных конструкций с учетом возможного огневого воздействия при пожаре.