В процессе эксплуатации бетонные конструкции неизбежно подвергаются воздействию огня и высоких температур, что приводит к изменению свойств бетона в худшую сторону, а иногда и к разрушению.
Поэтому очень важно понять факторы, которые контролируют характеристики бетона во время пожара.
Эта статья прольет свет на факторы, которые определяют характеристики бетона во время пожара.
Бетонный элемент, подвергшийся воздействию огня
Факторы, влияющие на характеристики бетона во время пожара
К факторам, контролирующим характеристики бетона во время пожара, относятся:
- Соотношение воды и вяжущего материала
- Содержание влаги
- Тип заполнителя, используемого для производства бетона
- Дополнительные цементирующие материалы
- Волокна
Соотношение воды и вяжущего материала
Одним из факторов, влияющих на характеристики бетона во время пожара, является соотношение воды и вяжущего материала. Чем меньше отношение В/В, тем лучше характеристики бетона, подверженного воздействию огня.
Доказано, что снижение прочности на сжатие и модуля упругости бетона с высоким отношением В/В (0,6) больше, чем у бетона с низким отношением В/В (0,28-0,35). Эта тенденция одинакова для легких бетонов и бетонов, изготовленных с использованием материалов, заменяющих цемент, таких как летучая зола и шлак.
Следует отметить, что бетон с низким соотношением в/б будет подвержен растрескиванию при более низкой температуре по сравнению с бетоном с высоким соотношением в/б.
Содержание влаги в бетоне
Содержание влаги непосредственно влияет на характеристики бетона во время пожара. Показано, что увеличение содержания влаги повышает вероятность растрескивания бетона из-за высокого давления пара в порах.
Уровень содержания влаги зависит от относительной влажности и характера крупного заполнителя. Если уровень относительной влажности превышает восемьдесят процентов, то под воздействием огня бетон будет расслаиваться.
Тип заполнителя, используемого для производства бетона
Агрегаты занимают около 60-70% объема бетона, поэтому свойства агрегатов значительно влияют на характеристики бетона во время пожара.
Существует три распространенных типа заполнителей, используемых для производства бетона: карбонатные, такие как известняк, кремнистые, такие как гранит и песчаник, и легкие заполнители, такие как керамзит и керамзитовый песок.
Карбонатный заполнитель для бетона
Агрегат из песчаника
Легкий заполнитель
Характеристики бетона, изготовленного из каждого типа заполнителя, отличаются из-за свойств этих заполнителей.
Доказано, что огнестойкость и устойчивость к растрескиванию бетона, изготовленного из карбонатного заполнителя, выше, чем бетона, изготовленного из кремнистого заполнителя. Это объясняется тем, что удельная теплота сгорания карбонатного заполнителя больше, чем кремнистого.
Чем выше удельная теплоемкость заполнителя, тем выше устойчивость бетона к растрескиванию под воздействием огня.
Помимо большой теплоемкости, существуют и другие факторы, способствующие повышению огнестойкости карбонатного заполнителя, например, прочность и пластичность.
Что касается легких заполнителей, то ожидается, что они будут демонстрировать высокие показатели во время пожара, поскольку теплопроводность таких заполнителей низкая и, следовательно, их устойчивость к воздействию тепла высокая.
На основании испытаний было показано, что бетон, изготовленный с использованием легкого или карбонатного заполнителя, подвергнутый воздействию температуры 648,80C, сохраняет прочность на сжатие, тогда как бетон, изготовленный на кремнистом заполнителе, теряет половину своей прочности на сжатие при воздействии той же температуры.
Дополнительные цементирующие материалы
Как правило, смешивание цементирующих материалов, таких как доменный шлак и летучая зола, улучшает характеристики бетона, подверженного воздействию огня. Однако влияние цементирующих материалов не одинаково, и тип заполнителя также влияет на характеристики бетона.
На основании испытаний было показано, что прочность на сжатие обычного бетона полностью теряется при температуре 1050C, в то время как бетон, изготовленный с использованием цемента плюс 80% шлака, теряет около 82% своей прочности на сжатие.
Кроме того, дополнительные материалы повышают устойчивость бетона к растрескиванию во время пожара. В отличие от других дополнительных материалов, кремнеземистый дым превосходит обычный бетон, когда они подвергаются одинаковой степени воздействия огня.
Летучая зола для огнестойкости бетона
Кремнеземистый дым для огнестойкости бетона
Волокна в бетоне
В общем и целом, добавление фибры улучшает характеристики бетона, подверженного воздействию огня. Например, показано, что добавление полипропилена повышает устойчивость бетона к растрескиванию.
Однако это не приводит к заметному улучшению механических свойств бетона. Рекомендуется добавлять в смесь от 0,1 до 0,5 процента полипропилена для повышения устойчивости к раскалыванию. Рекомендуется использовать длинные волокна, если предполагается, что бетон будет подвергаться воздействию высоких температур.
Стальная фибра – еще один вид фибры, которую можно смешивать с бетоном. Стойкость бетона, смешанного со стальной фиброй, к растрескиванию уступает стойкости бетона, смешанного с полипропиленом, но механические свойства бетона в целом улучшаются.
Таким образом, можно сказать, что добавление фибры улучшает характеристики бетона, подверженного воздействию огня.
Полипропиленовая фибра для повышения огнестойкости бетона
Читать далее:
Показатели огнестойкости бетонных и каменных конструктивных элементов
Взрывное разрушение бетонных элементов конструкций во время пожара
Системы пожарной безопасности и защиты имущества в зданиях
Огнезащита высотных зданий
Поведение бетона в экстремальных условиях пожара
Требования к огнестойким зданиям
Ссылки
Qianmin Ma, Rongxin Guo, Zhiman Zhao, Zhiwei Lin, Kecheng He. Механические свойства бетона при высокой температуре – обзор. Строительство и строительные материалы, Куньмин, № 93, с. 371-383, 2015.
Шериф Йехия, Ганим Кашвани. Характеристики конструкций, подвергающихся воздействию экстремально высоких температур – обзор. Гражданское строительство, Шарджа, № 3, с. 154-161, май 2013 г.
В.К.Р. Кодура. Противопожарные характеристики высокопрочных бетонных структурных элементов. Construction Technology Update, n. 31, декабрь 1999. ISSN 1206-1220.
В.К.Р. Кодура, Л. Фанб. Критические факторы, определяющие огнестойкость систем из высокопрочного бетона. Журнал пожарной безопасности, Гайтерсбург, № 42, с. 482-488, 2007.
- Армированный фибробетон – виды, свойства и преимущества армированного фибробетона.
- Что такое огнестойкость бетона? Механизм и факторы.
- Летучая зола – свойства, виды, механизм и применение.
- Влияние золы-уноса на долговечность бетона.
- Показатели огнестойкости конструктивных элементов из бетона и кирпичной кладки.
- Факторы, влияющие на долговечность фиброармированного бетона (FRC).
- Свойства затвердевшего бетона с доменным шлаком (GGBFS).