ОРГАНИЗАЦИИ

и

Приложение на ИТОНГ
за повишаване на огнеустойчивостта на строителните елементи и конструкции

инж. Детелин Спасов

    Безопасността и комфорта при ползването на строителните обекти са едни от най-съществените фактори, контролирани от действащата нормативна база в страната. Затова материалите, които се влагат при ремонтно- строителните работи, преминават през специални изпитвания, на база на които се издава съгласие за влагането им. Сред тези изпитвания са характеризиращите огневите характеристики на материалите, елементите и конструкциите.
    Произвежданите от "Итонг- България" ЕООД газобетонни блокчета с марката ИТОНГ придобиват все по-масово приложение в строителството. Добрите им топлоизолационни характеристики ги определят и като материал с приложение като огнева преграда и защита на носещите строителни елемени. Проведените изпитвания в Научно- приложния институт по пожарна и аварийна безопасност доказаха добрите характеристики на материала. Това определя и използването им съгласно Наредба 2 на Противопожарните строително-технически норми.
    При проектирането на строителни конструкции и елементи се вземат предвид изискванията на различни нормативни документи. Техните предписания са свързани с осигуряване на безопасността, здравето и комфорта на живот на обитаващите помещенията.
    Основният нормативен документ, регламентиращ изискванията, касаещи пожарната безопасност, е Наредба 2 за Противопожарните строително-технически норми (обн., ДВ, бр.58 от 1987 г., актуал. ДВ, бр. 33 от 1994 г.). В нея сградите и съоръженията се разделят на пет степени по пожароустойчивост. Съгласно Наредба 2, границата на огнеустойчивост на основните конструктивни елементи и групи на горимост на строителните материалите и изделия, се определят в нотифицирани лаборатории по БДС.
    Тези изисквания са регламентирани от необходимостта за осигуряване на време за евакуация на хората и имуществото, възпрепятстване разпространение на огъня в съседни сектори от сградата и пожарогасителната дейност на органите на НСПАБ.
    Осигуряването на граници на огнеустойчивост над 120 min се оказват проблем за изпълнение. Важна предпоставка за огнезащитата е тя да е евтина, достъпна, с нея да се работи лесно и просто, да изисква минимални грижи за поддръжка и да изпълнява своите функции при специфичните за пожар въздействия.
    Блокчетата ИТОНГ придобиват все по-масово приложение в строителството като основен строителен елемент. Тяхната малка обемна маса, добрите им якостни и деформационни характеристики, лесната обработка и тяхната дълговечност ги налагат като едни от много добрите строителни продукти.
    Блокчетата имат клетъчна структура. В състава им влизат пясък, вар, цимент и вода, което определя материала като негорим. Само 20% от обема им представлява плътна маса. Останалите 80% са пори, от които 1/4 са макропори с диаметър под 0,25 mm.

 Произвежданите блокчета са със следните основни параметри:

                    Таблица 1

Изделие	Клас на якост на натиск, МРа	Клас на обемна плътност, kg/m3	Изчислително тегло, kN/m3	Коефициент на топлопроводимост W/mK
Блокчета  за зидария	В 2.5	Д 500	6.2	0.150
	В 3.5	Д 600	6.8	0.165
	В5	Д 600	7.3	0.180

       Тяхната структура определя и добрите топлоизолационни свойства. Произвежданите газобетонни блокчета са с дебелина 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300 mm.
    Към Научно-приложния институт по пожарна и аварийна безопасност /НПИПАБ/ при ДНСПАБ-МВР функционира Изпитвателен център по пожарна и аварийна безопасност, в който се извършват изпитвания за определяне огневите характеристики на строителните продикти. В него се проведоха изпитвания за определяне границата на огнеустойчивост на стени и защитени с блокчета ИТОНГ ненатоварени стоманени колони. При запитванията се спазиха изискванията на действащия национален стандарт БДС 6316-81 "Пожарно дело. Пожарна безопасност в строителството. Метод за изпитване на строителни конструкции на пожароустойчивост". Според него границата на огнеустойчивост е интервала от време от началото на изпитването до настъпване на определено гранично състояние, при стандартно пожарно изпитване.
    Стандартното огнево натоварване се определя от зависимостта  Q- Qo=3451og10(8t+l),[0C],
където:
    Q - температурата в пещта след време t, в °С
    Qо - температурата в пещта преди започване на топлинното въздействие, приемаща се равна на 20 °С
    t - времето, мерено от началото на изпитването, в min

    В таблица 2 са дадени стойностите на температурата, получени за някои отделни стойности на времето.

                                                                    Таблица 2

Време, min	Разлика в температурата  Q-Qо, °С
5	556
10	659
15	718
30	821
60	925
90	386
120	1029
180	1090
240	1133
360	1193

    По време на изпитванията в пещното пространство се поддържа налягане от 10 Ра +/_2 Ра над атмосферното.
    Граничните състояния са съответно:
   Загуба на носеща способност (R) /за колони и стени/: разрушаване на изпитвания образец; достигане на деформации и скорост на нарастването им над допустимите; достигане на критичната за материала температура.
   По топлоизолираща способност (I) /за стени/', превишаване на средната температура на ненагряваната повърхност със 160 °С спрямо началната температура на образеца; превишаване на температурата на коя и да е точка от ненагряваната повърхност със
190 °С спрямо началната температура в тази точка преди изпитването; достигане на температура от 220 °С в коя и да е точка от ненагряваната повърхност независимо от началната температура преди изпитването.
    По непроницаемост (Е) /за стени/: образуване на пукнатини или отвори, през които преминават пламъци или продукти на горенето, способни да разпространят огъня.
    Счита се, че това състояние е достигнато, ако сух памучен тампон с обем 5 m3, поставен на разтояние 30 mm от ненагряваната повърхност на опитния образец, се възпламени най-късно до 10-та сек и започне да гори с устойчив пламък.

    Преградни стени
    Изпитани са два фрагмента от преградни, неносещи стени с размери [2400 х 2950 х 250] mm и [2400 х 2950 х 100] mm. Двата фрагмента на стени са изпълнени от газобетонни блокчета В 2.5 с размери съответно [250 х 240
х 600] mm и [100 х 240 х 600] mm. Те за свързани помежду си със специален разтвор от 10 м. ч. зидарска смес от пясък, цимент и вещества, съдържащи водозадържащи средства с 9 м.ч. вода. Той е с якост на натиск 4.5 МРа. Фугите са с максимален размер 3 mm.
    Изпитванията са проведени при температура на околната среда съответно 10 °С и 15 °С. Фрагментите от стени са изпитани ненатоварени, свободно стоящи с едностранно огнево въздействие. На ненагряваната страна на изпитваните образци са монтирани термодвойки /Т Д/. за следене изменението на температурите. Според изискването на стандарта, се изчислява средната температура от ТД 1, ТД 2, ТД, 4, ТД 6 и ТД 7, като се следи тя да не надхвърли 170 °С /съответно 175°С за втория образец/. Тези ТД се разполагат по схемата: една в центъра на образеца /пресечната точка на диагоналите/, а останалите - в средата на правите, съединяващи центъра с ъглите.
    От ТД 1 - ТД 11 отчитат и  максималните температури във всички точки на измерване по ненагряваната повърхност, като се следи достигането на 200 °С /съответно 205 °С/, съгласно постановката за гранично състояние по топлоизолираща способност.
 ТД   12 -   ТД   14   сразположени в дълбочина на фрагментите от стени. Техните показания за нарастването на
температурите са използвани за вътрешна информация на изпитвателната лаборатория, като се следи поведението както на газобетонните блокчета, така и на фугите между тях.
    По време на изпитванията са наблюдавани напуквания по продължение на фугите /около 60-та min/ и повърхностни отронвания от газобетонните блокчета на отделни места /около 100-на min/. Продължителността на изпитванията е до 190 min. До тази минута не е достигнато нито едно от изброените в БДС 6316-81 гранични състояния. Отчетените средни и максимални температури на ненагряваната страна на образците и съответните граници на огнеустойчивост са дадени в таблица 3.

                    Таблица З

	Стена [2400 х 2950 х 250] mm	Стена [2400 х 2950 х 100] mm
Средна  температура	19°С	61°С
Максимална температура в дълбочина на зидарията	ТД 11 и ТД 13 - 87°С на 188 min	ТД 11-105°С на 190 min
Максимална температура	ТД 9-48°С на 188 min	ТД 2-67°С на 190 min
Граница на огнеустойчивост	> 152 min	> 152 min

    Според БДС 6316-81 се на изпитване се подлагат два опитни образци, като границата на огнеустойчивост на строителни елементи и конструкции се определя като средноаритметична стойност на получените при изпитванията стойности.
    Съществува възможност за изпитване на един опитен образец, като крайните резултати се умножат с 0.8. Така са получени и крайните резултати за границата на огнеустойчивост на изпитваните фрагменти от стени. На практика фактическите граници на огнеустойчивост надхвърля неколкократно 190 mm.
    Поради фактът, че температурите в по- голямата част от обема на газобетонните блокчета не надвишава 95 °С, е трудно да се направи прогноза за реакцията на фрагментите от стени за по-голям период от време. Това е така, тъй като не се знае как ще повлияе съдържащата се в блокчетата кристална и свободна вода при преминаването в газообразна фаза.

    Стоманени колони
    При проектиране на строителните обектите, най- често използваните стоманени колони са с 2Т, кухи правоъгълни, кръгли кухи и др. типове сечения. Основната характеристика е тяхната товароносимост.
 При повишаване на околната температура, механичната якост на елементите бързо намалява поради добрата топлопроводимост на стоманата. Така се стига до момента на изравняване на силите на натоварване и механичната якост при определена температура, след която конструкцията се разрушава. Тази температура се нарича критична температура на строителния елемент /температура на разрушаване/. Критичната температура зависи от вида на профила, марката на стоманата, коефициента на натоварване, начина и времето за нагряванеq вида на подпиране /ограничаване на разширението/ и други фактори.
    За да се характеризира топлинното поведението на един строителен елемент, е въведена зависимостта "фактор на масивност" на сечението. Това е отношението на нагряваната повърхност на елемента, отнесена към обема на нагряваната стоманата (S/V), изразена в m-1. Така се стига до един ред от стоманени елементи, с фактори на масивност от 30 m-1 до 380 m-1.
    Факторът на масивност влияе единствено върху скоростта на нагряването на стоманата.
    За да се удължи времето до достигане на "граничната температура" на определен стоманен строителен елемент, се предприемат действия за облицоването им с термоизолационни материали, които да забавят тяхното прегряване. Защитата се извършва по различни начини, в зависимост от начина на нагряване, функцията, която изпълнява строителният елемент в конструкцията и използваните защитни строителни материали.
    Целта на проведените изпитвания на стоманени колони е да се получат резултати, апроксимацията на които да даде възможност да се покрие възможно най-голям диапазон от фактори на масивност за колони с 2Т и правоъгълни кухи сечения. За целта се подготвиха образци с показаните в таблица 3 видове сечения и фактори на масивност.

                                            Таблица 4

Вид на сечението	Нр/A (m-1)	Граница на огнеустойчивост  при Т кр. = 500°С
2Т	90	180 min
	152	208 min
	214	210 min
Правоъгълно кухо	88	180 min
	132	180 min
	205	140 min

    Изпитваните образци се подготвиха, като стоманените колони предварително се почистват от ръжда, термични окиси, мазнини и соли с помощта на пясъкоструене, след което външните повърхнини се грундират с алкиден грунд.
    След изсъхването на грунда са поставени термоелементите за измерване на температурата на стоманата.
    Според дизискванията на БДС 6316-81 се изисква по един термоелемент на всеки 0.5 m дължина от образците от колони. За да се получи по-пълна информация за поведението на всяка една отсобеност от сечението на профила и за презастраховка при изпитването, на образците за монтирани повече термодвойки.
    Стоманените  колони  се  защитават  с газобетонни блокчета "ИТОНГ" с клас по обемна маса D= 500 kg/m3, клас по якост 2,5 МРа, коефициент на топлопроводимост на зида ланда=0,16W/mК и дебелина 75 mm. Фугата между отделните блокчета е стандартна, запълнена с лепило на циментова основа. Производство е на "Билмат" ООД гр. Шумен, под знака на фирма "ИТОНГ", с якост на натиск > 10 МРа и е с дебелина на слоя от 1 mm до 3 mm. Между външните габарити на стоманените колони и зидарията е оставена въздушна междина от 15 mm +/_5 mm /по конструктивни съобръжения/ за разделяне на носещите колони от неносещата зидария и за поемане на евентуални хоризонтални деформации и технологични отклонения на стоманените колони по време на експлоатацията им.
    След изграждането на зидарията от газобетонни блокчета "Итонг" се изчакват 28 дни за достигане на стандартната якост на лепилото и експлоатационните параметри на огнезащитата /според техническа спецификация/. Образците се монтират в пещ с подходящи размери в положение, в което се използват в практиката /вертикално/. Колоните се изпитаха ненатоварени като топлинното въздействие е четиристранно.
    По време на изпитванията се наблюдаваха следните явления по повърхността на образците:
30-40-та min - поява на повърхностни пукнатини по фугите между блокчетата ИТОНГ
90-105-та min - напукване на повърхността на бетонните блокчета
Не се наблюдава нарушаване на целостта на огнезащитната стена, падане на части от нея и други специфични явления.
    На основа на проведените изпитвания, специализираните органи на ДНСПАБ издават становище за възможността за влагане на строителните материали в строителните конструкции, съгласно Наредба 2 за Противопожарните строително-технически норми. За огнезащита с газобетонни блокчета с дебелина 75 mm на стоманени колони с 2Т профил, границата на огнеустойчивост е от 180 min до 210 min, съобразно фактора на масивност.
    За огнезащита с газобетонни блокчета с дебелина 75 mm на стоманени колони с профил с кухо правоъгълно сечение, границата на огнеустойчивост е от 140 min до 180 min, съобразно фактора на масивност.
    По време на изпитванията не са достигнати всички минимални критични температури за стоманата, в зависимост от предназначението на колоните. Според различните литературни източници, такива температури са 440 °С, 500 °С и 550 °С, за които в издаваните от ИЦ по ПАБ протоколи може да се получи информация.
    Изпитването на всички видове колони със сечения и фактори на масивност е трудоемък и много скъп процес. Затова чрез графични и изчислителни процедури е възможно да се направи апроксимация на резултатите, като се определят пределните граници на огнеустойчивост за изпитваните ненатоварени стоманени колони /таблица 4/.
    Достигнатите температури на стоманата за времена 60 min, 90 min, 120 min, 180 min и 210 min в зависимост от фактора на масивност на изпитаните стоманени колони са дадени в таблица 5.

                    Таблица 5

Време, min	2Т			Правоъгълно кухо сечение
	90 m-1	152 m-1	214 m-1	88 m-1	132 m-1	205 m-1
60	39 °С	80 °С	88 °С	54 °С	74 °С	64 °С
90	66 °С	95 °С	95 °С	68 °С	81 °С	92 °С
120	129°С	111 °С	112 °С	85 °С	144 °С	180 °С
180	406 °С	305 °С	325 °С	346 °С	469 °С	515 °С
210	806 °С	453 °С	491 °С	630 °С	780 °С	865 °С

    В таблица 6 са дадени границите на огнеустойчивост на колони с 2Т и правоъгълни кухи сечения за изпитаните фактори на масивност за критични температури 440 °С, 500 °С и 550 °С.

                    Таблица 6

Време, min	2Т			Правоъгълно кухо сечение
	90 m-1	152 m-1	214 m-1	88 m-1	132 m-1	205 m-1
440 °С	186 min	208 min	201 min	189 min	178 min	170 min
500 °С	193 min	222 min	211 min	195 min	183 min	178 min
550 °С	198 min	236 min	219 min	201 min	188 min	183 min

 

    Изменението на дебелините на използваните за защита блокчета ИТОНГ оказва съществено значение върху границата на огнеустойчивост. Направената апроксимация на резултатите от проведените изпитвания дава възможност да се прогнозират различните граници на огнеустойчивост за критични температури за строителните елементи, като в таблица  7 са дадени резултатите за Ткр - 500 °С. Има се предвид, че се изменя само дебелината на защитните блокчета, като останалите характеристики остават същите.

                    Таблица 7

Време, min	2Т			Правоъгълно кухо сечение
	90 m-1	152 m-1	214 m-1	88 m-1	132 m-1	205 m-1
50	139 min	161 min	152 min	141 min	132 min	129 min
75	193 min	222 min	211 min	195 min	183 min	178 min
100	242 min	280 min	265 min	246 min	230 min	224 min
125	289 min	334 min	316 min	293 min	275 min	268 min

    Необходимо е всеки конструктор да прояви своята съобразителност при проектиране на всеки конкретен обект. За всеки случай е необходимо да се докажат пожарните характеристики на системата строителен елемент - защитна облицовка, като за подсигуряване на най-отговорните сгради е добре да се предвидят средства за провеждане на изпитвания на основните конструктивни елементи. Важна е и процедурата за приемане на обектите от служителите на НСПАБ по места. Тяхната работа е да одобрят проектите по огнезащита на обектите и всички изисквания за извършване на спасителни работи при аварии и процедурите за пожарогасене. Не бива финансовите фактори да бъдат водещи при строителството, като вземат превес над сигурността за опазване на човешкия живот и здравето.

Н.с. II ст. инж. Детелин Спасов, Експерт в "Научно-приложен институт по пожарна и аварийна безопасност",
1619 София, ул. "Огнеборец" 1, тел. 9827 2136, факс 570 214, e-mail: fire@mail.orbitel.bg