Beton a ochrona przeciwpożarowa

W normach PN-90/B-02851, PN-91/B-02840, DIN 4102 dotyczących ochrony przeciwpożarowej i odporności ogniowej elementów i materiałów budowlanych – stanowiącej podstawę wymagań w zakresie ochrony przed pożarem, zostały określone szczegółowe wymagania, mające na celu, w przypadku pożaru, zapewnienie bezpieczeństwa ludzi, a także przeprowadzenie skutecznej akcji gaśniczej, zanim wskutek utraty nośności elementów budynku dojdzie do jego zawalenia. Zachowanie określonych w tych normach, w zależności od wymaganej klasy odporności ogniowej, minimalnych wymiarów elementów oraz właściwych cech użytych materiałów zapewni wymagane bezpieczeństwo konstrukcji i nie dopuści do jej zniszczenia wskutek utraty nośności.

Wymiarowanie elementów nośnych z żelbetu z uwzględnieniem zagrożenia pożarem wykonuje się z reguły w oparciu o stabelaryzowane w normach wartości, uwzględniające wpływ pożaru na materiały i elementy. Żelbet jest materiałem niepalnym i odpornym na działanie ognia. Pomimo to nawet w typowym dla zwykłych pożarów przedziale temperatur od 500 do 1000°C mogą występować uszkodzenia, których skutki są zależne od czasu trwania pożaru oraz rodzaju konstrukcji.

Beton
Spadek wytrzymałości betonu w temperaturze ok. 200°C jest niewielki; w przedziale między 200 a 500°C spadek wytrzymałości jest znacznie szybszy i w temperaturze 500°C podstawowa wytrzymałość na ściskanie i rozciąganie może zmniejszyć się o 50%. Upraszczając, można przyjąć, że w przypadku pożaru do temperatury 500°C beton zachowuje swoją wytrzymałość, natomiast powyżej 500°C jego wytrzymałość spada prawie do zera. Dzięki dobrej izolacyjności termicznej, w przypadku zwykłego pożaru wysoka temperatura występuje tylko w powierzchniowej strefie elementu, nie dochodząc do rdzenia przekroju.

Stal
Stal jest znacznie bardziej wrażliwa na wysoką temperaturę aniżeli beton. Już przy stosunkowo niskiej temperaturze stal zaczyna wydłużać się. Zachodzi to tym szybciej, im mniejsza jest jej otulenie betonem. Wskutek wydłużenia stali dochodzi do odspojenia otuliny betonowej, szczególnie w narożach przekroju. W praktyce najważniejsze jest to, że wskutek podgrzania obniża się granica plastyczności stali. Już w temperaturze 500°C stal obciążona naprężeniami rozciągającymi osiąga swoją granicę plastyczności (w zależności od gatunku stali; im większa jest wytrzymałość stali, tym bardziej jest ona wrażliwa na działanie wysokiej temperatury) i nie jest zdolna do przenoszenia większych obciążeń. Natomiast w przypadku stali sprężającej, krytyczna temperatura wynosi niewiele powyżej 350°C. Jeżeli w zbrojeniu elementu konstrukcyjnego granica plastyczności stali obniży się poniżej wartości naprężeń, które w niej występują, następuje wyczerpanie nośności. Konstrukcja najpierw ulega odkształceniom, a następnie zniszczeniu.

Beton ognioodporny
Betony ognioodporne z mineralnym kruszywem nieodpornym na wysoką temperaturę mogą być trwale wystawiane na wysoką temperaturę do ok. 1100°C. Temperatura taka występuje np. w fundamentach i innych częściach pieców przemysłowych, w kominach przemysłowych i reaktorach atomowych. W wykładzinach pieców natomiast stosuje się betony żaroodporne i wysoce żaroodporne z kruszywem ogniotrwałym. Betony ognio- i żaroodporne zachowują swoje fizykomechaniczne właściwości także przy długim działaniu wysokiej temperatury. Ich wytrzymałość termiczna polega na początkowym hydraulicznym wiązaniu, które pod wpływem rozgrzania do bardzo wysokiej temperatury przekształca się w ceramiczne wiązanie. Niektóre betony tracą swoją początkową wytrzymałość przy temperaturach od 600°C do ok. 1000°C, aby przy wyższych temperaturach uzyskiwać dzięki ceramicznemu wzmocnieniu znacznie wyższe wytrzymałości niż w normalnej temperaturze (20°C).

Składniki betonu
Betony ognioodporne, stosowane w temperaturach do 1100°C, są wykonywane jako betony zwykłe (także i lekkie oraz porowate) z cementem portlandzkim (CEM I), cementem hutniczym (CEM II/A-S, CEM II/B-S) oraz cementem wielkopiecowym (CEM III/A, CEM III/B) jako materiałem wiążącym. Jako kruszywo nadają się diabas i bazalt, jak również szlaka wielkopiecowa, pumeks, andezyt, gliniec, wypalony łupek, perlit i wermikulit. Nie nadające się są piaski i żwiry kwarcowe, gdyż w temp. 575°C ich objętość gwałtownie wzrasta.

Betony żaroodporne stosowane w temperaturach ponad 1000°C są wykonywane z cementami portlandzkimi, hutniczymi i wielkopiecowymi, najczęściej jednak z cementem glinowym jako materiałem wiążącym, z kruszywem ognioodpornym i drobnozmielonymi, ceramicznymi utwardzaczami (stabilizatorami).

Zawartość cementu powinna mieścić się w granicach 300–400 kg/m3; wskaźnik W/C powinien być niższy 0,60. Jako kruszywo stosuje się: szamot, korund, spieki i stopy magnezjowe, chromit, karborund. Przy wielkości ziaren od 16 do 32 mm krzywa uziarnienia kruszywa powinna leżeć między krzywymi uziarnienia A i B. Ceramiczne wzmocnienie uzyskuje się poprzez dodatek drobno zmielonych materiałów (ceramicznych stabilizatorów), jak np: chromit, karborund, mączka szamotowa, zmielona cegła, ogniotrwała glina. Ilość dodatku wynosi 25 do 30% masy cementu. Zalecana konsystencja gęstoplastyczna/ średnioplastyczna.

www.solidnydom.pl