Пассивные способы защиты бетона от пожаров

В Нидерландах туннели, по которым проходит транспорт с опасными грузами, должны быть спроектированы таким образом, чтобы они могли выдерживать сильные пожары, вызванные углеводородом, и известными как «Rijkswaterstaat-fire». Для бетонных туннелей это обычно заключается в защите бетона путем применения пассивных способов защиты от пожаров (защита бетона от растрескивания и арматуры от разогрева). Rijkswaterstaat и TNO совместно разработали методики, по которым оценивается эффективность пассивных мер по противопожарной безопасности бетонных туннелей. Для туннелей, построенных методом открытой проходки, и тунелей, сооруженных щитовым способом, эти методики различаются.

В этой статье описаны методы проверки и способы оценки. Кроме того, здесь так же будут представлены результаты недавнего исследования поведения участка бетонного туннеля Western Scheld, подверженного действию пламени. В заключение в статье обобщаются результаты продолжающихся исследований на предмет альтернативных пассивных мер, таких как использование полипропиленовых волокон.

 Введение

Вследствие возрастающих требований по охране окружающей среды, предполагается, что значение подземных сооружений значительно возрастет в ближайшее время. Туннели являются одним из примеров подземных сооружений. В Нидерландах в настоящее время осуществляется проектирование нескольких туннелей, например, туннель Western Scheld (размер туннеля приблизительно 2 x 6.5 км), туннели на железной дороге Betuwe, а так же туннели на HSL (высокоскоростной железной дороге). Наиболее сложные участки этих туннелей будут выполнены щитовым способом. Традиционно в Нидерландах туннели строятся методом открытой проходки.

Фибра для использоватния в метроТуннель Western Scheld

Дирекция по общественным сооружениям и водному хозяйству (Rijkswaterstaat, в дальнейшем RWS) требует, чтобы прочность конструкции магистральных туннелей оставалась неизменной в случае возникновения пожара. Предполагается, что через эти туннели будут перевозиться опасные грузы.

С целью защитить бетон (предотвратить растрескивание бетона и разогрев арматуры) во время пожара оправдано применение пассивных способов противопожарной безопасности. RWS и TNO совместно разработали методики по оценке такого рода пассивных способов защиты от пожаров.

 Полипропиленовые волокна

В качестве альтернативы пассивной противопожарной защиты могут использоваться полипропиленовые волокна. Исследователи показывают, что бетон, содержащий полипропиленовую фибру менее подвержен растрескиванию благодаря тому, что под воздействием пламени волокна плавятся и, таким образом, обеспечивают давлению пара «дорогу к отступлению». Недавно были проведены несколько испытаний на TNO, при которых исследовались плиты размером 1.45 x 1.45 x 0.35 м с различными типами полипропиленовых волокон (фибрилированные волокна и моноволокна).

Результаты этих исследований подтвердили заключения, которые были сделаны в процессе проведения исследований в Channel Tunnel: моноволокна ведут себя лучше, чем более грубые фибрилированные волокна. Моноволокна даже могут полностью предотвратить или хотя бы ограничить растрескивание до допустимого уровня. Требуется дальнейшее исследование, которое продемонстрировало бы, что добавление полипропиленовых волокон может быть достаточным для высокопрочного бетона, а так же в случае нагруженных сегментов. Считается, что основная проблема заключается в долговечности бетона, армированного полипропиленовыми волокнами. На данном этапе этот вопрос является предметом для исследований в Нидерландах.

 Предложение для методики испытаний

Тот факт, что единственная задача пассивной противопожарной защиты заключается в предотвращении растрескивания бетона, усложняется тем, что нет общепринятой модели, с помощью которой можно спрогнозировать или смоделировать растрескивание бетона для широкого спектра разновидностей бетонных смесей. Поэтому экспериментальные данные необходимы для каждого типа бетонной смеси, как и для сегментов различной геометрии и для туннелей, находящихся в различных условиях, т.к. граничные эффекты и типы нагрузок играют важную роль.

С целью получения практической информации было решено в данном случае применить практический подход. Предлагается использовать стандартную процедуру испытания для туннелей, построенных методом открытой проходки, но ввести ограничение на температуру поверхности бетона (только) в пределах от 200С до 250С. Подразумевается, что термическая характеристика обычных бетонных смесей, используемых для туннелей, сооруженных щитовым способом, не будет существенно отличаться от термической характеристики бетонных смесей, применяемых для туннелй, построенных методом открытой проходки.

Если RWS испытания оказываются успешными, то материал рассматривается как подходящий для туннелей, сооруженных щитовым способом, без дальнейших ограничений. Если известен тип строящегося туннеля, его геометрия и состав бетонной смеси, то необходимо провести два полномасштабных RWS испытания нагруженных фрагментов, чтобы подтвердить, что толщина, полученная в результате испытаний, является достаточной.

Можно выбрать схему проведения испытания, эквивалентную той, что использовалась для туннеля Western Scheld.

 Заключение

В Нидерландах туннели, по которым проходит транспорт с опасными грузами, должны быть спроектированы таким образом, чтобы они могли выдерживать сильные пожары, вызванные углеводородом, и известными как «Rijkswaterstaat-fire».

Для бетонных туннелей это обычно заключается в защите бетона путем применения пассивных способов защиты от пожаров с целью сохранения прочности конструкции. Rijkswaterstaat и TNO совместно разработали методики, по которым оценивается эффективность пассивных мер по противопожарной безопасности бетонных туннелей, применимых для туннелей, сооруженных щитовым способом или методом открытой проходки.

Для туннелей, сооруженных методом открытой проходки, противопожарная защита в основном нужна для предотвращения прогиба арматуры в сводах туннеля, в то время как для туннелей, сооруженных щитовым способом, которые обычно строятся с применением высокопрочного бетона, противопожарная защита необходима для предотвращения растрескивания, которому подвержен высокопрочный бетон.

Для туннеля, находящегося в стадии строительства, необходимо провести испытание, основанное на испытании RWS пламенем на примере небольших квадратных плит из низкосортного бетона, которые должны быть растянуты в процессе испытания фрагмента облицовки туннеля в случае, когда рассматривается туннель, сооруженный щитовым способом.

Результаты испытаний RWS пламенем нагруженных фрагментов для туннеля Western Scheld подчеркнули необходимость усовершенствования критерия эффективности функционирования, который был разработан для традиционного метода прокладки туннелей в Нидерландах, т.е. для прокладки туннеля методом открытой проходки. Для туннелей, построенных щитовым способом, критерий эффективности функционирования более жесткий: температура поверхности бетона не должна превышать 250o С, в то время как для туннеля, сооруженного методом прямой проходки, эта цифра может достигать 380o С.

Испытания RWS пламенем плит, содержащих полипропиленовые волокна, показали, что волокна могут быть альтернативой пассивным методам противопожарной защиты.

Эдуард Бычков, МВА, Член бетонного сообщества Великобритании.
По материалам Центра пожарной защиты TNO, Голландия.

Разработаны методики, по которым оценивается эффективность пассивных мер по противопожарной безопасности бетонных туннелей.