Dlaczego konstrukcje z betonu – bardziej niż z innych materiałów – są odporne na ogień?
O tym, że beton – w przeciwieństwie na przykład do drewna – jest materiałem niepalnym, wiedzą nawet osoby w żaden sposób niezwiązane z budownictwem. Mniejsza jest jednak świadomość, że w razie dużego pożaru wykonane z niego konstrukcje żelbetowe są dla mieszkańców bez porównania bezpieczniejsze także od stalowych, mimo że te również są niepalne.
Bezpieczeństwo pożarowe konstrukcji, rozumiane jako zachowanie nośności w warunkach pożaru, ma dla stabilności całego budynku podstawowe znaczenie. Jest ono także niezwykle ważne dla przebywających w nim osób, choć w takich sytuacjach możliwość awarii konstrukcji zwykle nie jest dla nich pierwszym i najważniejszym zagrożeniem. Zdecydowanie bardziej negatywne skutki dla zdrowia i życia ludzi ma bowiem podczas pożaru duże zadymienie i wysoka temperatura oraz obecność trujących gazów i niedobór tlenu.
Nie zmienia to faktu, że bardzo często tylko dzięki odporności ogniowej takich elementów konstrukcyjnych, jak stropy i schody, mieszkańcy ogarniętego pożarem domu mają możliwość szybkiej i bezpiecznej ewakuacji. Odporność na ogień konstrukcji budynku jest także ważna dla bezpieczeństwa interweniujących służb ratowniczych.
STROPY ŻELBETOWE
To właśnie z tego powodu (choć nie tylko) we współczesnych budynkach murowanych stropy wykonuje się przeważnie z betonu, a dokładniej – z żelbetu, czyli betonu zbrojonego. Są to zarówno stropy monolityczne (Fot. 1), jak i częściowo prefabrykowane, których wszystkie elementy wykonane są z betonu zwykłego lub lekkiego (Fot. 2).
Fot. 1 – Ten monolityczny strop żelbetowy nie straci nośności nawet podczas dużego pożaru
Fot. 2 – Wszystkie elementy tego stropu wykonane są z całkowicie niepalnego betonu
Stropy żelbetowe wyparły prawie całkowicie – stosowane wcześniej nie tylko w murowanych domach jednorodzinnych, ale i wielorodzinnych – belkowe stropy drewniane, najmniej ze wszystkich odporne na ogień.
Stało się też tak z popularnymi jeszcze kilkadziesiąt lat temu stropami z ceglanym wypełnieniem, których elementami nośnymi były dwuteowe belki stalowe. W czasie większego pożaru – gdy temperatura przekracza 700°C – wytrzymałość stali obniża się bowiem tak bardzo, że wykonane z niej belki silnie się wyginają i nie są w stanie przenieść nawet ciężaru własnego stropu. Zdarzało się też, że silnie nagrzane dźwigary stalowe tak bardzo zwiększały swoją długość, że naciskając na podpierające je ściany, potrafiły doprowadzić do ich zawalenia.
SCHODY ŻELBETOWE
Podobnie jest ze schodami żelbetowymi (Fot. 3 i 4), które prawie w całości zastąpiły nie tylko podatne na działanie ognia schody drewniane, ale i stalowe. Te ostatnie nie były bezpieczne w czasie pożaru, ponieważ rozgrzewały się do tego stopnia, że nie dało się po nich schodzić, a gdy temperatura była już bardzo wysoka – po prostu traciły swoją nośność.
Fot. 3 – Żelbetowa konstrukcja schodów jest odporna na wysoką temperaturę
Fot. 4 – Żelbetowe schody są podczas pożaru czasem jedyną drogą ewakuacji
Obecność w domu odpornych na ogień schodów żelbetowych ma niebagatelne znaczenie dla mieszkańców, ponieważ w razie pożaru są one dla nich bardzo często jedyną drogą ewakuacyjną z piętra lub poddasza na parter.
Oddziaływanie wysokiej temperatury na konstrukcje budowlane może być podczas pożaru dwojakie. Może wiązać się z obniżeniem wytrzymałości i współczynnika sprężystości (np. stal) lub zmniejszeniem przekroju poprzecznego elementów (np. drewno).
WPŁYW WYSOKIEJ TEMPERATURY NA KONSTRUKCJE BUDOWLANE
Wzrost temperatury może też w elementach konstrukcyjnych, poddanych długotrwałemu działaniu ognia, powodować zmianę sił wewnętrznych (co może skończyć się ich awarią) lub być przyczyną powstania w nich zmian o charakterze chemicznym lub ruchu wilgoci w materiałach porowatych (np. w betonie).
W żelbetowych belkach, płytach czy słupach to ostatnie zjawisko może – zwłaszcza w ostatniej fazie pożaru lub podczas polewania ich zimną wodą przy gaszeniu ognia – objawiać się na przykład odpadaniem otuliny betonowej, otaczającej pręty zbrojeniowe.
ODPORNOŚĆ OGNIOWA KONSTRUKCJI ŻELBETOWYCH
Konstrukcje żelbetowe swoją odporność pożarową – zdecydowanie większą niż drewniane czy stalowe – zawdzięczają przede wszystkim betonowi. On sam będąc materiałem niepalnym, chroni stalowe pręty zbrojeniowe przed działaniem wysokiej temperatury. By było to możliwe, otaczająca je warstwa betonu (otulina) musi być jednak odpowiednio gruba.
Mimo odporności na ogień konstrukcji żelbetowych, nie znaczy wcale, że po dużym pożarze będą się one nadawały do dalszej eksploatacji bez wcześniejszej oceny ich stanu i ewentualnego wykonania koniecznych napraw.
BETON Z PEWNEGO CEMENTU
Żelbetowe stropy i schody mają dużą odporność ogniową tylko wtedy, gdy do przygotowania mieszanki betonowej, z której zostały wykonane, zastosowano pewny cement, wyprodukowany w cementowni. Użycie do tego celu jakiejkolwiek mieszanki cementowo-popiołowej może sprawić, że stropy i schody nie tylko nie będą miały odpowiedniej nośności i trwałości – mogą też nie zapewnić bezpieczeństwa mieszkańcom podczas wybuchu pożaru.
W popiołach, będących składnikiem tych mieszanek, mogą się bowiem znajdować większe lub mniejsze kawałki węgla, które w warunkach wysokiej temperatury mogą się zacząć spalać, rozsadzając strukturę betonu i obniżając jego wytrzymałość. W pierwszej kolejności dotyczy to powierzchniowych warstw elementów żelbetowych i objawia się odpadaniem otuliny, chroniącej pręty zbrojeniowe przed nagrzewaniem.
Choć więc pożar jest nie tylko dla żelbetowych konstrukcji domu obciążeniem ekstremalnym, to warto zadbać o to, by mieszanki betonowe, użyte do budowy domu, były zawsze przygotowywane z pewnego cementu, pochodzącego z cementowni.
* * *
Dla mieszkańców domów jednorodzinnych, zwłaszcza murowanych, dobra wiadomość jest taka, że obecnie rzadko kiedy dochodzi w nich do groźnych pożarów. Po pierwsze nie ma się w nich co palić – poza meblami i elementami wykończenia. Po drugie – obowiązujące wymagania, jakim powinny odpowiadać budynki, mają na względzie także ich bezpieczeństwo pożarowe – dotyczy to zarówno elementów budowlanych i wykończeniowych domów, jak i zastosowanych w nich instalacji elektrycznych i grzewczych.
WIĘCEJ NA TEN TEMAT:
Dlaczego na budowie domu warto używać tylko prawdziwego cementu?
Jakiego cementu najlepiej użyć na budowie domu?
Do czego w konstrukcjach żelbetowych stal jest potrzebna betonowi, a beton – stali?