Обеспечение огнестойкости железобетонных строительных конструкций

 

С.П. АНТОНОВ, генеральный директор компании «ПРОЗАСК» («Противопожарная защита строительных конструкций»)

Требования российского противопожарного законодательства применительно к огнестойкости железобетонных строительных конструкций по потере несущей способности (R) многим специалистам кажутся или надуманными, или недоработанными, или имеющими как белые пятна, так и противоречия с другими федеральными законами. Тем не менее Минстрой и МЧС России считают, что в целом применительно к огнестойкости несущих, самонесущих и ограждающих строительных конструкций законодательство достаточно гармонизировано, указаны цели и есть инструмент для правоприменения в виде 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», обязательных и добровольных Сводов правил и ГОСТов к этим законам. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе.

 

А нужно ли защищать бетон от пожара? Он ведь не горит…

Во-первых, стоит учесть, что прошедшие в последнее время пожары как за пределами России, так и на территории РФ показали, что при огневом воздействии железобетонные конструкции, к сожалению, разрушаются.

Одной из причин этого является хрупкое (взрывообразное) разрушение бетона. Данное явление основано на резком повышении внутреннего давления испаряющейся воды, находящейся в толще бетона, под действием его нагрева с большой скоростью и высокотемпературным градиентом. Сила давления воды локально превышает предел прочности бетона на разрыв, что визуально сопровождается сильными хлопками и отколами бетона в виде лещадок размерами от 1 см до нескольких десятков сантиметров. Данный вид разрушения приводит к резкому уменьшению защитного слоя бетона до несущей арматуры, что, в свою очередь, способствует ее быстрому прогреву и преждевременному наступлению предела огнестойкости конструкции по несущей способности.

Далее, к нарушению механической прочности отвердевшей цементной массы приводит распад гидратов при нагреве бетона. На растрескивание бетона оказывает влияние и миграция химически связанной воды в порах бетона, механизм которой изучен недостаточно. Взрывообразное послойное разрушение бетона происходит и вследствие растягивающих напряжений, возникающих не только из-за давления паров физической влаги в порах, но также или в дополнение к этому из-за разупрочнения бетона после потери им связанной воды. Разупрочнение бетона может способствовать его разрушению не только из-за давления паров в порах, но и под действием термических напряжений, стресс-напряжений из-за приложенной нагрузки, а также из-за различия в коэффициентах температурного расширения различных наполнителей бетона.

 

Куда же смотрит российский законодатель?

В теории российское законодательство не делает различий между несущими, самонесущими или ограждающими конструкциями (будь они подземными, наземными или др.) по признаку того, бетонные ли они, деревянные, стальные или еще какие-нибудь другие. Все они при проектировании для объектов строительства, реконструкции и при последующей эксплуатации должны иметь доказанные пределы огнестойкости. Об этом говорит 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» в статье 5, п. 1:

«Безопасность зданий и сооружений, а также связанных со зданиями и с сооружениями процессов проектирования (включая изыскания), строительства, монтажа, наладки, эксплуатации и утилизации (сноса) обеспечивается посредством установления соответствующих требованиям безопасности проектных значений параметров зданий и сооружений и качественных характеристик в течение всего жизненного цикла здания или сооружения, реализации указанных значений и характеристик в процессе строительства, реконструкции, капитального ремонта (далее также – строительство) и поддержания состояния таких параметров и характеристик на требуемом уровне в процессе эксплуатации, консервации и сноса».

Более того, в последнее время требуемые пределы огнестойкости вписываются непосредственно в своды правил. Например, СП 122.13330.2012 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» прямо указывает, какие параметры должны быть заданы для различных конструкций тоннелей в различных местах расположения.

Так вот, по моему мнению, проблема с доказательствами огнестойкости кроется в том, что 384-ФЗ разрешает практически все параметры конструкций – а именно: долговечность, сейсмостойкость, коррозионностойкость и т.д. – доказывать расчетным способом (см. ст. 16.6 384-ФЗ или ГОСТ 54257-2010 «Надежность строительных конструкций и оснований», включенный в перечень обязательных стандартов и сводов правил к этому федеральному закону). Более того, в развитие этого посыла СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 (с Изменением №1)» прямо указывает в п. 10.3.1:

«Защитный слой бетона должен обеспечивать: совместную работу арматуры с бетоном; анкеровку арматуры в бетоне и возможность устройства стыков арматурных элементов; сохранность арматуры от воздействий окружающей среды (в том числе при наличии агрессивных воздействий); огнестойкость конструкций».

ФГУП «НИЦ «Строительство» разработало в 2006 году Стандарт организации «Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций» СТО 36554501-006-2006, который также позволяет расчетным путем определить огнестойкость железобетонных конструкций. Например, расчет предела огнестойкости по потере несущей способности R состоит из теплотехнической и статической части. Теплотехнический расчет должен обеспечить время предела огнестойкости, по истечении которого арматура нагреется до критической температуры или сечение бетона конструкции сокращается до предельного значения. Статический расчет должен обеспечить защиту железобетонной конструкции от разрушения, а также от потери устойчивости при совместном воздействии нормативной нагрузки и стандартного температурного режима. Далее следует оценить возможность хрупкого разрушения бетона по достаточно сложной формуле (я считаю, что она не соответствует физике процесса разрушения) при достаточно спорных исходных данных. Итого, если по формуле получили коэффициент F менее 4, значит, бетон хрупко разрушаться не будет.

 

Отмечу, что страны ЕС приняли программу Еврокодов, среди которых есть Еврокод-2 «Проектирование железобетонных конструкций» с частью 1-2 «Общие правила определения огнестойкости». Данный документ в п. 4.5.1 разрешает не учитывать влияние взрывного разрушения бетона на несущую способность только для конструкций, отсутствие взрывного разрушения которых проверено экспериментально. А в п. 6.2 рекомендует для защиты бетона от хрупкого разрушения при пожаре применить один из следующих методов.

Метод А. Дополнительное конструктивное армирование поверхностного слоя бетона со стороны нагрева арматурной сеткой с ячейками размером не менее 50×50 мм и диаметром арматуры 2 мм (толщина защитного слоя для дополнительной арматуры – не менее 40 мм).

Метод В. Применение бетонов, обеспечивающих целостность железобетонной конструкции при пожаре (эффективность примененных составов бетонной смеси необходимо подтвердить экспериментально).

Метод С. Нанесение на нагреваемую поверхность бетона огнезащитного покрытия, при котором не происходит хрупкое разрушение (огнезащитную эффективность покрытия необходимо подтвердить экспериментально).

Метод D. Добавление в бетонную смесь не менее 2 кг·м-3 полипропиленовых волокон.

Тем не менее разработка СТО 36554501-006-2006 – это гигантский фундаментальный труд специалистов высокого уровня, и я горжусь тем, что знаю некоторых из них, учусь у них.

По нашей информации, в этом году планируется на основании этого СТО разработка Свода правил по методам расчета огнестойкости железобетонных конструкций.

Но выполнение только теоретических расчетов не совпадает с требованиями 123-ФЗ, ст. 87, пункты 9 и 10: никаких теоретических расчетов, если вы перед этим не провели огневых испытаний аналогичных конструкций. Проведите их, убедитесь, как они себя ведут во время огневого воздействия, получите требуемый предел огнестойкости, проведите расчеты на аналогичные конструкции.

Так вот, 123-ФЗ не противоречит Техническому регламенту о безопасности зданий и сооружений. Если вы требуете, например, применительно к 384-ФЗ и СП 120 «Метрополитены» предел огнестойкости обделки перегонных тоннелей – R90, то 123-ФЗ не возражает. Пожалуйста! Пусть будет R90! Только докажите это, опираясь на требования 123-ФЗ. Более того, знайте, что только на основании этого 123-ФЗ можно доказывать огнестойкость!

123-ФЗ. Статья 1. Цели и сфера применения технического регламента. Технические регламенты, принятые в соответствии с Федеральным законом от 27 декабря 2002 года №184-ФЗ «О техническом регулировании» (далее – Федеральный закон «О техническом регулировании»), не действуют в части, содержащей требования пожарной безопасности к указанной продукции, отличные от требований, установленных настоящим Федеральным законом.

Еще раз вернемся и посмотрим, что же говорит ФЗ-123 о способах доказательства огнестойкости?

В ст. 87 п. 9 123-ФЗ указано, что «пределы огнестойкости и классы пожарной опасности строительных конструкций должны определяться в условиях стандартных испытаний». П. 10 этой же статьи разрешает определять огнестойкость и расчетно-аналитическим способом, но только для «строительных конструкций, аналогичных по форме, материалам, конструктивному исполнению строительным конструкциям, прошедшим огневые испытания». Исходя из этого, только 2 документа могут доказывать огнестойкость конструкции, здания или сооружения: отчет об испытаниях на огнестойкость и заключение об огнестойкости, сделанное на основании испытаний аналогичных конструкций. Только в этих двух документах появляется в заключении буква R.

 

Как проводить такие испытания? Как делать такие расчеты?

Внимательно изучив 123-ФЗ и перечень стандартов и сводов правил к нему, вы увидите, что для выполнения закона требуется проведение двух типов огневых испытаний и один из них – для строительных конструкций. Все несущие и самонесущие конструкции должны пройти огневые испытания согласно ГОСТ 30247.1 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции», а именно с учетом того, что в п. 7.2.1 указано: «Образцы несущих и самонесущих конструкций должны испытываться под нагрузкой».

Зачем нужны испытания под нагрузкой? Понятно, что не для того, чтобы узнать критическую температуру металла (например, 430°С, 500°С или 673°С) или стальной арматуры в бетоне при данной нагрузке. Эти проектные данные давно уже всем известны. Испытания под нагрузкой проводятся с целью получения экспериментальных данных о влиянии напряженно-деформированного состояния конструкции на изменение огнезащитной эффективности покрытия.

Так, например, в последние годы была проведена серия испытаний на определение огнезащитной эффективности различных конструктивных плит и того, как эти плиты реально повышают огнестойкость конструкции. Так вот, стекломагнезитные плиты показали очень высокую огнезащитную эффективность – более 180 минут при проведении испытаний на небольших элементах железобетонных конструкций 600х600 мм, без нагрузки. Но как только они были смонтированы в виде огнезащиты на железобетонных плитах 2×4 м и плиты были нагружены нагрузкой 800 кг/м2 – после этого железобетонная плита прогнулась всего на 1 мм, при этом практически все стекломагнезитные плиты покрылись микротрещинами, а с последующим небольшим прогибом железобетонной плиты стекломагнезитные плиты вообще обрушились.

Касательно отчетов/заключений об огнестойкости. Пока в перечнях обязательных и добровольных ГОСТов и сводов правил нет такого документа, который официально давал бы нам методику расчета огнестойкости. Но вот тут как раз нам пригодился вышеназванный Стандарт организации НИЦ «Строительство» «Правила по обеспечению огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций» СТО 36554501-006-2006. Его применение для расчетов разрешено федеральным законом «О техническом регулировании», который в ст. 16 гласит: «…допускается применение предварительных национальных стандартов Российской Федерации, стандартов организаций и (или) иных документов для оценки соответствия требованиям технических регламентов».

Таким образом, уже разрабатывая проектное решение, конструктор должен быть уверен, что огнестойкость еще только проектируемых конструкций соответствует законодательству. Ведь это его обязанность! Градостроительный кодекс РФ от 29.12.2004 №190-ФЗ говорит в статье 48. «Архитектурно-строительное проектирование» следующее:

«Подготовка проектной документации осуществляется на основании задания застройщика или технического заказчика (при подготовке проектной документации на основании договора), результатов инженерных изысканий, информации, указанной в градостроительном плане земельного участка, или в случае подготовки проектной документации линейного объекта на основании проекта планировки территории и проекта межевания территории в соответствии с требованиями технических регламентов, техническими условиями, разрешением на отклонение от предельных параметров разрешенного строительства, реконструкции объектов капитального строительства».

 

А что же по факту с доказательствами огнестойкости бетонов?

Что мы в результате имеем сейчас на российском противопожарном рынке? Все 100% применяемых при строительстве огнезащитных материалов сертифицированы по ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности». И ведь наличие таких сертификатов об огнезащитной эффективности покрытий является обязательным. Но при этом испытания конструкций под проектной нагрузкой практически никто не проводит! 99% построенных за последние 10 лет зданий и сооружений имеют какие-то покрытия с какими-то сертификатами, но при этом сами конструкции не имеют юридически доказанных пределов огнестойкости!

Одной из причин написания данной статьи мы считаем тот повод, что последние огневые испытания железобетонных конструкций (которые в России почти никто не защищает), проведенные в 2016-2017 годах во ВНИИПО МЧС России, показали подверженность таких конструкций взрывообразному разрушению. То есть, возвращаясь к началу, при проектировании мы рассчитываем, что защитный слой бетона будет предохранять арматурный каркас от нагрева в течение 60 или, например, 150 минут, а по факту арматура оголяется уже через 25-30 минут!

Так выглядит блок тоннельной обделки для тоннелей диаметром 6 м после проведения огневых испытаний под нагрузкой во ВНИИПО МЧС России. Взрывообразное разрушение бетона началось уже на 25-й минуте

 

Можно сказать, что сейчас повышение огнестойкости железобетонных конструкций, по сути, выведено из правового поля с его требованиями по проведению огневых испытаний, и все проектные и экспертные организации принимают в виде доказательства огнестойкости конструкций только лишь теплотехнические и статические расчеты. А расчеты, сделанные без ссылки на протоколы огневых испытаний, являются всего лишь теоретическим трудом по определению ожидаемого предела огнестойкости. А зданию нужна фактическая степень огнестойкости, а не теоретическая!

 

Выводы:

Нам строят метрополитены, тоннели, мосты, подземные паркинги и т.д., создают под них специальные технические условия с высочайшими требованиями по огнестойкости (R120-R240), а в действительности никто не понимает, какая же фактическая огнестойкость у этой конструкции.

Все специалисты в этой области знают, что почти никто из производителей огнезащитных покрытий не проводит испытания под нагрузкой для доказательства повышения огнестойкости стальных конструкций. Но различные огнезащитные покрытия как применялись, так и продолжают применяться для огнезащиты бетона и металла – на основании ничтожных (ничего не значащих) сертификатов об огнезащитной эффективности.

Почти все специалисты знают, что бетон может разрушаться во время огневого воздействия, но закрывают на этот факт глаза и продолжают «доказывать» его огнестойкость только расчетами.

Руководство Минстроя России и МЧС России отвечает: законодательство разработано, требования определены.

Органы экспертизы и строительного надзора пока «отбиваются» от вопросов о необходимости затребования ими доказательств огнестойкости.

Я думаю, что эти вопросы помогут продолжить дискуссию об огнестойкости железобетонных конструкций.