Огневые испытания строительных конструкций. Порядок проведения. Требования к образцам

Огневые испытания строительных конструкций проводятся с целью определения огнестойкости и класса пожарной опасности. Под огнестойкостью следует понимать способность здания и конструкции выполнять свои несущие и ограждающие функции при пожаре в продолжение определенного времени, по истечении которого функциональные свойства конструкций утрачиваются и происходит обрушение элементов (покрытий, стен, перекрытий) или разрушение здания в целом.

В основу пожарно­технической классификации строительной продукции – зданий, конструкций и материалов – положено четкое разделение их свойств по огнестойкости и пожарной опасности. Огнестойкостью конструкций характеризуется огнестойкость здания. В СНБ 2.02.01–98 “Пожарно­техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов” классифицируются здания по степени огнестойкости, там же выделены “Несущие элементы здания” (табл. 1). К данным конструкциям предъявляются наиболее высокие требования по огнестойкости, но только в отношении утраты ими несущей способности (если речь идет об ограждающих функциях, то требования значительно ниже). При этом возникает необходимость в различных требованиях к огнестойкости одной и той же конструкции по разным признакам достижения предельных состояний. Особенности, обусловленные принципиальными вышеприведенными положениями, изложены в ГОСТ 30247.0–94 “Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования” и ГОСТ 30247.1–94 “Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции”, введенных в действие взамен СТ СЭВ 1000–78 и СТ СЭВ 50G2–85.

Таблица 1

Степень огнестойкости здания

Предел огнестойкости и класс пожарной опасности строительных конструкций

Несущие элементы здания

Самонесущие стены

Наружные ненесущие стены

Перекрытия междуэтаж­ные (в т.ч. чердачные и над подвалами)

Элементы бесчердачных покрытий

Лестничные клетки

Настилы, в т.ч. с утеплителем

Фермы, балки, прогоны

Внутренние стены

Марши и площадки лестниц

I

R 120­KO

RЕ 90­KO

E 60­KO

REI 90­KO

RE 30­КО

R 30­КО

REI 120­KO

R 60­KO

II

R 120­KO

RЕ 75­KO

E 30­КО

REI 60­KO

RE 30­КО

R 30­КО

REI 120­KO

R 60­KO

III

R 90­KO

RЕ 60­KO

E 30­КО

REI 60­KO

RE 30­КО

R 30­КО

REI 105­KO

R 45­KO

IV

R 60­KO

RЕ 45­KO

E 30­K1

REI 45­KO

RE 15­K1

R 15­K1

REI 90­KO

R 45­KO

V

R 45­K1

RЕ 30­K1

E15  K2

REI 45­K1

RE 15­K1

R 15­K1

REI 60­KO

R 45­KO

VI

R 30­K2

RЕ 15­K2

E15 ­K2

REI 30­K2

RE15­K2

R15­K2

REI 45­KO

R 30­K1

VII

R 15­K3

RЕ 15­K3

E 15­K3

REI 15­K3

RE 10­K3

R 10­K3

REI 30­K1

R 15­K2

VIII

H.H.­K3

H.H.­K3

H.H.­K3

H.H.­K3

H.H.­K3

H.H.­K3

Н.Н.­K1

Н.Н.­K2

Здание в целом характеризуется функциональной и конструктивной пожарной опасностью. Понятие функциональной пожарной опасности определяется непосредственно в СНБ 2.02.01–98 “Пожарно­техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов”. Следует отметить, что само название “функциональная пожарная опасность” дает представление, о чем идет речь. Например, количеством и контингентом находящихся в них людей, участвующих в процессе эксплуатации здания, режимом эксплуатации помещений.

Конструктивная пожарная опасность здания определяется пожарной опасностью составляющих конструкций, которой при проектировании противопожарной защиты зданий противопоставляется их огнестойкость. В СНБ 2.02.01–98 “Пожарно­техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов” предложена раздельная классификация зданий по огнестойкости и пожарной опасности, что дает возможность увеличить вариантность оценки пожарно­технических свойств конструктивной части зданий.

ГОСТ 30247.0–94 “Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования” открывает серию стандартов, в которых установлены методы и критерии оценки огнестойкости различных типов конструкций.

В ГОСТ 30247.1–94 “Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции” регламентированы методы испытаний на огнестойкость несущих и ограждающих конструкций. Вслед за ним следуют стандарты на методы испытаний различных видов конструкций и инженерного оборудования (дверей, ворот и люков, воздуховодов, подвесных потолков и других конструктивных элементов здания).

Основополагающий ГОСТ 30247.0–94 “Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования” распространяется на все виды строительных конструкций. В нем приведены общие положения, в том числе определения терминов, используемых при установлении огнестойкости конструкций, формулировка сущности методов испытания на огнестойкость, общие требования к испытательному оборудованию, температурному режиму, образцам и процедуре проведения испытаний. В этом же стандарте перечислены основные виды предельных состояний конструкций по огнестойкости, основные положения по оценке результатов испытаний, требования к образцам, протоколу испытаний и технике безопасности при проведении работ.

Одним из положений данного стандарта является установление для одной и той же конструкции различных пределов огнестойкости по парным признакам наступления предельного состояния. Так, испытания стены на огнестойкость могут быть продолжены до полного ее разрушения, а в процессе испытаний установлены пределы ее огнестойкости по признаку потери теплоизолирующей способности и по признаку потери целостности в зависимости от того, где установлена несущая стена. Требования по ее теплоизолирующей способности могут быть следующими: для межквартирной стены – 0,5 ч, межсекционной – 0,75, внутриквартирной – 0,25 ч. Но по несущей способности она должна выдерживать 2 ч.

В связи с этим в стандарте появился специальный раздел “Обозначения пределов огнестойкости конструкций”, при составлении которого использованы рекомендации Комитета европейского нормирования. Обозначение предела огнестойкости состоит из условных обозначений предельных состояний (по признаку потери несущей способности – R, целостности – Е, теплоизолирующей способности – I) и цифры, соответствующей времени (в минутах) достижения первого из этих состояний в процессе испытаний.

Следует отметить, что в перспективе для некоторых конструкций могут быть использованы и другие признаки наступления предельного состояния, например IV­потеря теплоизолирующей способности светопрозрачного ограждения по признаку достижения предельного значения теплового потока, излучаемого необогреваемой поверхностью (рис. 1).

ГОСТ 30247.1–94 основан на положениях ГОСТ 30247.0–94 и отражает особенности испытания несущих и ограждающих конструкций. В отличие от СТ СЭВ 1000–78 в него введено требование контроля избыточного давления в объеме печи при испытании ограждающих конструкций. Некоторые моменты процедуры испытания и оценки огнестойкости конструкций приведены в большее соответствие с международным стандартом ISO 834–75 “Испытания на огнестойкость – Строительные конструкции”.

Образцы для испытаний конструкций должны соответствовать ГОСТ 30247.0 и иметь проектные размеры. Если образцы таких размеров испытать не представляется возможным, то минимальные размеры образцов и проемов печей принимают такими, чтобы обеспечить минимальные размеры зоны огневого воздействия на образец в соответствии с приведенными в таблице 2.

Таблица 2

Наименование конструкции

Минимальные размеры зоны огневого воздействия на образец

ширина, м

длина, м

высота, м

Стены и перегородки

Покрытия и перекрытия, опирающиеся по двум сторонам

Покрытия и перекрытия, опирающиеся по четырем сторонам

Балки и другие горизонтальные стержневые конструкции

Колонны, столбы и другие вертикальные стержневые конструкции

3,0

 

2,0

 

2,8

 

–

–

–

 

4,0

 

4,0

 

4,0

 

–

3,0

 

–

 

–

 

–

 

2,5

Возникает ряд проблем в ходе испытаний строительных железобетонных конструкций. В результате испытаний фактическая огнестойкость оказывается ниже требуемой (рис. 2).

При равных условиях (состав бетона, марка цемента, способ уплотнения и условия твердения) прочность и эксплуатационные свойства бетона зависят от качества применяемого песка и заполнителя. Преждевременное разрушение конструкции может зависеть от нарушения водоцементного отношения.

В 2005 г. проведены испытания 27 железобетонных конструкций, огнестойкость 8 из них (29,6 %) оказалась ниже заявленной. За 8 месяцев 2006 г. испытаниям подверглась 21 железобетонная конструкция, из которых 7 (33,3 %) не достигли предела заявленной огнестойкости.

Определить нарушения технического регламента при изготовлении и несоответствие требуемого качества составляющих бетона на полигоне НИИ ПБ и ЧС не представляется возможным, но выявляются другие причины отрицательных результатов испытаний. Заявители представляют в сопроводительной документации завышенную нагрузку. В серии и рабочих чертежах указывается разрушающая нагрузка, проверяющая прочностные свойства бетона, фактическая нагрузка намного меньше. При проведении испытаний экспонируемая поверхность панелей быстро нагревается с расширением защитного слоя бетона, что в совокупности с завышенной нагрузкой приводит к увеличению прогиба конструкции (рис. 3).

Существует еще один фактор – влажность бетона. Отпускная влажность бетона с заводов изготовителей 10–15 %. Такая же влажность закладывается при испытаниях на прочность бетона, но при этом совершенно не учитывается, что конструкция будет нагреваться. С такой влажностью при прогреве происходит деструкция несущего слоя бетона, что приводит к уменьшению времени огнестойкости конструкции. В реальных условиях внутренний несущий слой стеновых панелей и несущие панели, находящиеся внутри помещений, не могут иметь такую влажность за счет самокондиционирования в жилых помещениях. При проведении на полигоне НИИ ПБ и ЧС поисковых испытаний определено, что при доведении влажности бетона до 3–5 % искусственным путем деструкция бетона защитного слоя конструкции не происходит, интенсивность прогиба намного меньше (рис. 4).

Возникают вопросы при проведении испытаний наружных несущих трехслойных панелей с утеплителем из горючего материала (пример – серия 90). В результате испытаний по определению огнестойкости внутренний утепляющий слой из пенопласта расплавляется, горит и вытекает из конструкции на 70–80 % (рис. 5), что не допускает отнесения конструкции к классу пожарной опасности К0. В связи с этим при подготовке программ на сертификационные испытания необходимо предусмотреть для однотипных конструкций испытания по определению класса пожарной опасности.

ГОСТ 30403–96 “Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности” является развитием метода испытания строительных конструкций на распространение огня, регламентированного обязательным Приложением 1 к СНиП 2.01.02–85. Сущность этого метода заключается в определении показателей пожарной опасности конструкции при ее испытании в условиях теплового воздействия в течение времени, определяемого требованиями по огнестойкости.

При определении класса пожарной опасности испытательная установка (рис. 6), описанная в СНиП 2.01.02–85, НПБ 42–2001, оборудуется в контрольной зоне так называемой тепловой камерой, исключающей образование зазора между образцом и ограждением печи, в котором температурный режим и условия газообмена с трудом поддаются регулированию.

Перед испытаниями вся установка подвергается калибровке, благодаря чему в огневой и тепловой камерах создается определенный тепловой режим и фиксируются условия сжигания топлива и газообмена. При испытании образца конструкции эти условия полностью воспроизводятся. Кроме размеров повреждения регистрируются тепловые эффекты в огневой и тепловой камерах, возникающие вследствие горения образца (рис. 7). Отсутствие тепловых эффектов указывает на низкую пожарную опасность конструкций.

В качестве дополнительных критериев используются факт горения газов и наличие расплавов, образующихся вследствие термического разложения материалов конструкции, а также показатели пожарной опасности материалов, поврежденных в процессе испытания конструкции. При отсутствии повреждения или теплового эффекта показатели пожарной опасности материалов не учитываются.

Принципиальным изменением метода является также введение зависимости времени испытания конструкции от требуемого предела ее огнестойкости. Но в любом случае это время не должно превышать 45 мин.

Конструкции подразделяются на четыре класса пожарной опасности. Обозначение класса состоит из буквы К и двух цифр, одна из которых заключена в скобки и соответствует продолжительности теплового воздействия при испытании образца (в минутах).

Предлагаемая классификация конструкций по пожарной опасности позволяет более дифференцированно оценить ее вклад в развитие пожара. При прогнозе реакции конструкции на воздействие пожара важно знать, когда и в какой степени она начинает участвовать в процессе его развития, какой резерв времени имеется для эвакуации и спасения людей, а также для борьбы с пожаром. При ответе на этот вопрос следует исходить из зависимости класса пожарной опасности от продолжительности испытания.

 

Литература

1. СНБ 2.02.01–98 “Пожарно­техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов”.

2. ГОСТ 30247.0–94 “Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования”.

3. ГОСТ 30247.1–94 “Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции”.

4. ГОСТ 30403–96 “Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности”.

5. СНиП 2.01.02–85 “Противопожарные нормы”.