Объекты применения бетонной и кирпичной оболочки для стальных опор
Обетонирование колонн и балок бетоном В25–В30 толщиной 60–120 мм вокруг профиля с вязаным каркасом из прутков А500С Ø10–16 мм — капитальное мероприятие, дающее порог огнестойкости R180–R300. Конструктивная огнезащита цена за кубометр уложенной смеси — 18000–35000 руб./м³ с учётом гибки стальных прутов и щитовой палубы. Обетонирование колонны из двутаврового профиля 30К1 высотой 6 м с поясом 80 мм — расход смеси 0,5–0,7 м³, бюджет 12000–25000 руб. на стойку. В отличие от красок, штукатурок и минераловатных матов, бетон негорюч (НГ), не стареет, не требует обновления, сохраняет пассивную изоляцию весь цикл службы строения. Облицовка металлоконструкций кирпичом керамическим полнотелым М150 с толщиной версты 120–250 мм — альтернативный вариант для зон с ударами и высокими околопредельными температурами до 200 °C.
Применение конструктивных схем целесообразно на объектах высшей категории ответственности: ёмкостные парки легковоспламеняющихся жидкостей, химические агрегаты с токсичными компонентами, сооружения атомного и энергетического сектора, высотные вставки с массовым потоком людей. В постройках из ЛСТК и ЛМК обетонированием защищают наиболее ответственные стойки первого этажа — лестничные клетки, лифтовые шахты, опорные стойки у въездных ворот. Бетонирование металлоконструкций одновременно усиливает несущую способность: сталебетонный элемент воспринимает вертикальную нагрузку на 20–40 % больше, чем открытый профиль того же сечения, за счёт включения бетонного ядра в композитную работу — в проекте КМ сечение колонны может быть уменьшено на один типоразмер при сохранении вертикальной ёмкости.
Технологические барьеры при бетонировании и кирпичной кладке вокруг стали
Главный барьер — несовместимость деформаций бетона и металла при резком градиенте температуры. Бетонирование металлоконструкций — сталь при 400–500 °C удлиняется на 0,5–0,6 %, бетон при обезвоживании (100–200 °C) усаживается на 0,2–0,5 мм/м. Если оболочка жёстко сцеплена с профилем анкерной приваркой стальных прутов к полкам, расширяющийся металл разрывает бетон продольными щелями 3–10 мм, сквозь которые тепловой приток за 10–20 минут доходит до стали. Обетонирование колонн с податливой прослойкой — листовой пенополистирол 15–20 мм вокруг двутаврового профиля, выгорающий при возникновении открытого огня и оставляющий воздушный зазор — сталь расширяется в зазор, бетонная обечайка не трескается. связующие стержни Ø8–10 мм привариваются к полкам с шагом 300–400 мм, проходят через зазор и заделываются в бетон — передача сдвигающей силы от колонны на обечайку идёт без разрыва бетона. Для кирпичной кладки зазор 10–15 мм между профилем и кирпичом заполняется минеральной ватой плотностью 80–100 кг/м³, которая не мешает расширению стали и при 700–800 °C спекается, но не разрушает кладку.
Дополнительный барьер — лишний вес бетонной рубашки, превышающий расчётные нагрузки на основание. Бетонный защитный пояс 80–100 мм вокруг 30К1 добавляет 400–700 кг на погонный метр (бетон с плотностью 2400–2500 кг/м³ + арматура 50–80 кг/м³). Для здания с 20–50 опорами прирост осадки на фундаменты — 50–200 т, что может исчерпать резерв несущей ёмкости свайного поля. Обетонирование колонн без пересчёта проектных весов — через 3–5 лет некоторые опоры могут получить ненормативные осадки 20–60 мм с перекосом прогонов и ригелей. Проектное задание должно содержать постоечный расчёт добавочного веса по группам I и II предельных состояний — если перегрузка превышает 10–15 %, предусматривается переход на кирпичную версту (120 мм — 200–300 кг/м² в отличие от бетона 500–600 кг/м²) либо усиление основания буроинъекционными сваями.
Скрытые угрозы капитальной огнезащиты
Спрятанная угроза № 1 — электромеханическая коррозия стали под бетоном при отсутствии барьерного слоя. Бетонная раствор сохраняет капиллярную влагу — pH порового раствора 11–12 пассивирует металл первое время. В цехах с кислотными парами (гальванические ванны, травильные линии) углекислый газ и хлориды через 5–10 лет проникают сквозь поры бетона, pH опускается ниже 9, и пассивация разрушается. Стальная поверхность под оболочкой корродирует со скоростью 0,1–0,3 мм/год — внешне бетон выглядит целым, но сечение колонны утоняется. Бетонирование металлоконструкций на объектах с коррозионной средой должно включать эпоксидную грунтовку стали слоем 80–120 мкм по зачистке Sa 2½ до установки усиливающего каркаса и гидрофобизацию бетонной поверхности кремнийорганической пропиткой (нанесение через 14 суток после распалубки). Для кирпича — обмазочная гидроизоляция внутренней грани до кладки с выпуском на ростверк. Конструктивная огнезащита без подстилающего слоя — скрытое разрушение профиля, не фиксируемое визуальным осмотром бетона.
Спрятанная угроза № 2 — паровой взрыв бетонного пояса при интенсивном тепловыделении. Бетонный слой 60–100 мм содержит поровую и адсорбционно-связанную воду — при 200–300 °C она переходит в пар объёмом в 1600 раз больше исходной жидкости. По стандартной кривой пожара с выходом на 900 °C за 30 минут в толще бетона генерируется избыток 10–30 атм, который срывает наружные слои отколами 20–50 мм. Обетонирование колонн с разгрузочными каналами — закладка пластиковых трубок Ø6–10 мм в тело бетона до заливки с шагом 100–200 мм по периметру, выходящих в верхний и нижний деформационные зазоры. При при росте температуры пар уходит по каналам, не создавая разрушающего давления — бетон сохраняет монолит. На колонну высотой 6 м — 4–8 шт. трубок, стоимость — 100–300 руб., ценой отколов на 15–20 минуте нагрева.
Спрятанная угроза № 3 — циклическое замерзание кирпичной версты на открытых конструкциях. Облицовка металлоконструкций кирпичом 120–250 мм на наружных этажерках и эстакадах — зимой при –25 °C вода в порах кирпича и шовного раствора замерзает с расширением 9 % в объёме. Через 10–15 зимних сезонов керамика теряет 30–50 % прочности сжатия (с М150 до М75–М100), кладка трескается, осыпается. Для открытых поясов — клинкерный кирпич с водопоглощением 1–4 % (в отличие от рядового 8–12 %) и фасадная сетка из нержавеющей проволоки AISI 304 Ø1,5–2,0 мм ячей 50×50 мм, закреплённая к несущему каркасу через каждые 2 ряда. Для бетонной рубашки — добавки 3–5 % от объёма затворения и поверхностная водоотталкивающая обработка. Ресурс кирпича при этих требованиях — 50–80 лет в отличие от 15–25 без изоляции от вымораживания.
Наши решения в области конструктивной огнезащиты
ООО «ВОЗВЕДЕНИЕ» (Тольятти) устраивает конструктивную огнезащиту — бетонирование стоек и прогонов бетоном В25–В30 с вязаным армопоясом и деформационным зазором, облицовку кирпичом керамическим и клинкерным на объектах из ЛСТК и ЛМК. Маршрут для бетона: зачистка профиля до Sa 2½ — нанесение эпоксидного грунта — крепление пенополистирольной прокладки 15–20 мм — вязка каркаса из прутков с приваркой связок к полкам — сборка щитовой палубы — укладка смеси с глубинным вибратором по ярусам — распалубка через 3–7 суток — водоотталкивающая обработка. Для кирпича: антикоррозийный слой по стали — кладка впритык к профилю с перевязкой швов усилением прутами сеткой Вр-1 через 4 ряда — зачеканка швов расшивкой с присадками. Конструктивная огнезащита цена закрепляется сметой по разделам (материалы, гибка стальных прутов, палуба, укладка) — без скрытых доплат. Гарантии закрепляем в тексте договора.
Передаём акты на скрытые участки (армопояс, закладные, каналы) и карту промеров толщины бетона на каждом элементе. Имеем лицензию МЧС № 63-06-2021-026584 и разрешение СРО рег. № СС-СЧ-6324093743-1585-18, статус резидента технопарка «Жигулёвская долина» запись № ЖД.0279.2018. Работаем как генподрядчик по противопожарным системам или субподрядчик по бетонным и кирпичным работам на готовом каркасе. Принимаем площадки с дефектами бетонной изоляции других организаций — щели от температурного разрыва, ржавчина под бетоном, отсутствие каналов для отвода пара — демонтаж треснувшего бетона, замена стальных прутов, устройство зазора и новая заливка. Содействуем в доработке раздела КМ с пересчётом добавочного веса и выборе схемы бетонирования. Конструктивная огнезащита с ВОЗВЕДЕНИЕ — бетон с пароотводом, кирпич с нержавеющей сеткой, гидроизоляция под оболочкой, исключающая скрытое коррозионное утонение профиля.
Условия твердения бетонной оболочки определяют её итоговые качества. Бетонирование металлоконструкций в летний сезон (+15…+25 °C) — выдерживание в палубе 3–7 суток с поливом водой 2–3 раза в сутки для предотвращения усадочных микротрещин. В зимний сезон (ниже +5 °C) — подогрев смеси до +15…+25 °C на выходе из бетоносмесителя, укладка в утеплённую палубу с греющим проводом ПНСВ мощностью 40–60 Вт/м или термоактивной опалубкой с шагом 150–200 мм по периметру, выдержка при +10…+15 °C в течение 5–7 суток до набора 70 % марочной прочности. Превышение длительности выдержки или перегрев при зимнем твердении (выше +50 °C) — потеря 15–25 % конечной прочности бетона из-за испарения воды затворения до гидратации цемента. Кирпичная кладка в минусовые температуры требует введения в кладочный раствор противоморозных добавок 3–5 % от массы цемента и укрытия свежей кладки теплоизоляционными матами (пенополистирол 20–40 мм) на трое суток после расшивки швов.
Условия твердения бетонной оболочки определяют её итоговые качества. Бетонирование металлоконструкций в летний сезон (+15…+25 °C) — выдерживание в палубе 3–7 суток с поливом водой 2–3 раза в сутки для предотвращения усадочных микротрещин. В зимний сезон (ниже +5 °C) — подогрев смеси до +15…+25 °C на выходе из бетоносмесителя, укладка в утеплённую палубу с греющим проводом ПНСВ мощностью 40–60 Вт/м или термоактивной опалубкой с шагом 150–200 мм по периметру, выдержка при +10…+15 °C в течение 5–7 суток до набора 70 % марочной прочности. Превышение длительности выдержки или перегрев при зимнем твердении (выше +50 °C) — потеря 15–25 % конечной прочности бетона из-за испарения воды затворения до гидратации цемента. Кирпичная кладка в минусовые температуры требует введения в кладочный раствор противоморозных добавок 3–5 % от массы цемента и укрытия свежей кладки теплоизоляционными матами (пенополистирол 20–40 мм) на трое суток после расшивки швов.
