Проектиране и защита в случай на пожар Sika® CarboDur® – SikaWrap®
Изготвянето на проект за конструктивно усилване с композитни материали CFRP при състояние на пожар винаги е пораждало въпроси и съмнения в нашите колеги, партньори и клиенти.
Въпреки това, в повечето случаи, защитата на ламинатните системи се оказва безполезна, тъй като няма реална необходимост от допълнителна мярка за осигуряване на безопасността. Това предположение включва повечето стандартни ситуации. Въпреки че това е установено и регламентирано от различни международни нормативни документи, тази тема е чест източник на проблеми и несъответствия.
Проектирането е насочено към осигуряване на необходимата конструктивна якост при очакваните натоварвания. От съображения за безопасност, различните нормативни документи въвеждат допълнителни коефициенти за сигурност, така че при окончателното изчисление се използват натоварвания по-високи от действителните, като същевременно якостта на материалите е занижена. По този начин се вземат под внимание извънредните ситуации, които биха могли да превишават очакваните стойности на натоварване и носимоспособност.
Необходимост от конструктивно усилване
Като следствие от това, конструкциите трябва да бъдат проектирани така, че задължително да имат значително по-висока носимоспособност от необходимата за поемане на очакваните натоварвания. Въпреки това, при определени обстоятелства, това условие не може да бъде изпълнено, т.е. очакваната носимоспособност е по-ниска или натоварването е по-високо от предварителните оценки. При възникване на подобна ситуация следва да се предприемат мерки, за да се осигури необходимия запас, гарантиращ безопасната експлоатация.
Коефициентите на сигурност на материалите, както и коефициентите на претоварване съгласно ЕВРОКОД 2 и ACI 318 са посочени в следната таблица:
| Състояние | Еврокод 2 | ACI 318 |
| Проектно натоварване | Очакваното натоварване е завишено с коеф. на натоварване: – х1,50 за подвижни товари; – х1,35 за постоянни товари. |
Очакваното натоварване е завишено с коеф. на натоварване: – х1,6 за подвижни товари; – х1,2 за постоянни товари. |
| Проектна якост | Якостта на материалите е намалена с коеф. на сигурност: – /1,50 за бетона; – /1,15 за стомана. |
Номиналната якост се редуцира в зависимост от вида на елемента и очакваните гранични деформации: – (х0,65 0 х0,90) |
За по-голяма яснота ще разгледаме следния пример:
При проверка по гранични състояния (ULS) характеристичните якост на бетона и стоманата са съответно 25 MPa и 500 MPa. Поради въведените коефициенти на сигурност, проектните якости са съответно 16.6 MPa на бетона и 434 MPa на стоманата. При състояние на пожар не се използват коефициенти на сигурност на материалите, т.е. характеристичните якости на бетона и стоманата са равни на проектните.
| Характеристична якост | Проектна якост | |
| Гранични състояния (ULS) | ||
| Бетон | 25 МРа | 25/1,50=16,6 МРа |
| Стомана | 500 МРа | 500/1,15=434 МРа |
| При пожар | ||
| Бетон | 25 МРа | 25/1=25 МРа |
| Стомана | 500 МРа | 500/1=500 МРа |
Пожароустойчивост и реакция на огън
При възникване на пожар два показателя са от съществено значение. Техните граници и предназначения са силно зависими от местните стандарти и норми във всяка страна.
1-РЕАКЦИЯ НА ОГЪН: Параметър, които показва как даден материал / система допринася за развитието и разпространението на пожара, вкл. димни емисии и горящите частици/капчици.
Бетонът и стоманата не допринасят за развитието на пожара и не генерират димни газове. Поради съдържанието на полимери в CFRP и лепилата, усилващата система предразполага към образуването на такива. Въпреки това, обикновено глобалното влияние е незначително поради ограничената повърхност, покрита от ламината (усилващата) система. Реакцията на огън няма отношение към конструктивните характеристики на елемента.
2-ПОЖАРОУСТОЙЧИВОСТ на конструктивния елемент: Запазване на носимоспособността на конструктивния елемент за определен период от време (обикн. от 30 до 240 минути).
Пожароустойчивостта трябва да осигури време за евакуация на обитателите на сградата преди да настъпи разрушаване на конструкцията. Следователно, необходимото време на пожароустойчивост е пропорционално на количеството на хората, които трябва да се евакуират и разстоянието до изхода. Това е илюстрирано на фигурата по-долу:
Защита на CFRP в случай на пожар
В наши дни, композитните системи (CFRP) са широко използвани за усилване на конструкции и един от най-предпочитаните от инженери, проектанти и инвеститори, тъй като предоставят изключително бързи и ефективни решения, като могат да поемат значителни натоварвания, които обаче се предават посредством високоякостни епоксидни лепила. Следователно, повишаване на температурата в стойности над точката на омекване на лепилото (Tg), води до компрометиране на усилващата система.
Това означава, че в случай на пожар, носимоспособността на незащитен CFRP ламинат ще се загуби още в първите няколко минути, т.е. съществуващите натоварвания трябва да бъдат поети от оригиналната, неусилена стоманобетонна структура. На пръв поглед изглежда, че тази ситуация ще наруши целостта на структурния елемент, но в повечето случаи това не е така.
| Условия на втвърдяване | Tg |
| 7 дни 23°С | 45°С |
| 7 дни 35°С | 55°С |
| 2 часа 80°С | 72°С |
| 2 дни 80°С | 100°С |
| 3 дни 80°С | ~105°С |
Макар и рядко, приносът на укрепването с композитни материали (CFRP) е абсолютно необходим за общата носимоспособност на конструкцията в случай на пожар. Това обикновено би следвало да се очаква, когато усилващата композитна система поема значителна част от натоварването на елемента, т.е. когато с помощта на CFRP се постига значително повишаване на носимоспособността.
В такива случаи, структурата трябва да бъде изолирана от високи температури. Изолацията се състои от изолационни строителни разтвори (напр. Sikacrete®-213F) или топлоизолационни плочи, които гарантират, че температурата в лепилния слой ще остане под точката на омекване (Tg).
Проведените опити (Underwriters Laboratories of Canada) показват, че в случай на използване на материали за защита от пожар, дори и приложени в значителна дебелина, очакваната защита на CFRP ще бъде ограничена до определен период от време (обикновено 45 – 60 минути).
Дългосрочната защита (120 – 240 минути) на усилващата система на база CFRP не е възможна, освен чрез употребата на изключително скъпи и сложни решения, надхвърлящи бюджета, предвиден за усилване на конструкцията.
Sikacrete®-213F:
– Пожарозащитен състав;
– На циментова основа, модифициран с вермикулит;
– Може да се нанася машинно (пръскане по мокър способ) и ръчно;
– При пожар не отделя димни газове и токсични изпарения;
– Ниско собствено тегло: ~ 600 kg/m³;
– Типична дебелина при пожарозащита на CFRP: 40 mm – 60 mm (*);
– Осигурява пожарозащита на CFRP за период от: 45 – 60 минути (*);
– Пожароустойчивост на усилен стоманобетонен елемент: > 4 часа (*).
(*) Тези стойности могат да варират в зависимост от натоварването и характеристиките на стоманобетонния елемент.
Sikacrete®-213F е продукт на Сика за пожарозащитно покритие за бетонни и стоманобетонни конструкции, и усилващи CFRP системи. Ефективността му е изпитана в независими лаборатории, като данните от изпитванията са посочени в следната таблица (данните са за Sikacrete®-213F с дебелина 28.3 mm):
| 28,3 мм Sikacrete®-213F | 30 мин | 60 мин | 90 мин | 120 мин | 180 мин | 240 мм |
| Допълнителна еквивалентна дебелина на бетонното покритие (мм) | 54 | 64 | 72 | 80 | 90 | 94 |
| Температура на стоманената армировка (°С) |
30 | 80 | 90 | 110 | 180 | 250 |
| Якост на стоманената армировка (МРа) | 500 | 500 | 500 | 490 | 470 | 450 |
| Дебелина на бетона с температура над 500°С (мм) |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Следва продължение…
Забележка: Информацията в настоящото и всички други съвети се предоставят добронамерено и се базират на текущите познания и опит на Sika с продуктите при условия на правилно съхранение, боравене и използване в нормални условия в съответствие с препоръките на Sika. Информацията се отнася само за приложенията и продуктите, упоменати в настоящото. При промени в параметрите на използване като напр. промени в основата и др., или за друг вид приложение, консултирайте с Техническата служба на Sika преди да използвате продуктите на Sika. Информацията, съдържаща се в настоящото, не освобождава потребителя на продуктите от задължението да ги изпита за пригодност. Всички поръчки се приемат съгласно нашите текущи условия на продажба и доставка. Потребителите са длъжни винаги да правят справка с последното издание на Лист с технически данни за съответния продукт, копия от които се предоставят по заявка.
