Огонь вызывает растрескивание и растрескивание поверхности бетона, химическое разложение, микротрещины и сколы. Эти воздействия могут значительно изменить свойства конструкционного бетона, снижая прочность и долговечность, а также изменяя поведение конструкции.
Оценка и анализ повреждений, вызванных пожаром, имеет существенное значение для определения состояния конструкции. Оценка повреждений используется в качестве основы для принятия решения о необходимости сноса конструкции, что менее вероятно, поскольку бетон является хорошим огнестойким материалом, или ремонта, а также для определения технологии ремонта, если выбран вариант ремонта здания.
План оценки включает предварительное расследование, за которым следует детальное расследование. На каждом этапе исследования ущерба проводятся определенные наблюдения и испытания для определения тяжести и степени ущерба. Например, методы неразрушающего контроля (NDT) могут быть использованы для оценки остаточных прочностных свойств, в то время как для оценки остаточных механических свойств могут быть проведены испытания с извлечением керна.
- 1. Предварительное исследование
- 1.3 Интенсивность пожара
- 2. Детальное исследование
Механизмы повреждения огнем
1. Поверхностное растрескивание
сеть мелких поверхностных трещин в бетоне, которые обычно возникают в раннем возрасте бетона из-за усадки поверхностного слоя. Они возникают из-за низкой влажности, пожара, тепловой несовместимости, жаркого солнца, высыхания. Глубина этих трещин составляет 3 мм, а диаметр их сеток меньше 50 мм.
2. Химическое разложение
Повышение температуры во время пожара приводит к испарению воды и дегидратации цементной пасты, которая разлагает гидроксид кальция и алюминаты кальция в бетоне. Процесс разложения происходит после испарения капиллярной и свободной воды.
Химическая и физическая модификация и обезвоживание цементной пасты в результате пожара приводят к изменению цвета бетона в зависимости от температуры пожара. Это изменение цвета может быть использовано в качестве признака температуры воздействия и, следовательно, может быть оценено соответствующее повреждение бетона огнем, таблица 1 может быть использована в качестве руководства.
Прочность бетона на сжатие не изменяется до 300?C, но это пороговая температура для скорости потери прочности в строительных растворах. Несмотря на то, что прочность бетона до 300°С резко не изменяется, она значительно снижается на 30-40% из-за внутренних трещин, вызванных тепловым расширением. После охлаждения прочность бетона не восстанавливается.
Химическое разложение привело к изменению цвета
Таблица 1 Использование цвета бетона для определения температуры и оценки состояния бетона
Температура, CИзменение цветаИзменение физического вида и эталонной температурыСостояние бетона0-290НетНе затронутНе затронут290-590Розовый до красногоПоверхностное растрескивание при 300 C, глубокие трещины при 550 C и выскочки при 590 C.Бетон остается прочным, но его прочность значительно снижается590-950Беловато-серыйРастрескивание и обнажение менее 25% поверхности стального прута при 800 C, порошкообразная, светлая и обезвоженная цементная паста при 890 C.Бетон слабый и рыхлыйБолее 950БуффОбширное растрескиваниеБетон слабый и рыхлый
3. Микротрещины и растрескивание
Растрескивание начинается с образования мелких трещин, а затем отделения поверхностных слоев бетона из-за быстрого изменения температуры, например, при пожаре, и приводит к обнажению стальной арматуры и ее быстрой деформации под воздействием тепла.
Половина предела текучести стальной арматуры будет потеряна при температуре огня около 600 C. Если арматурный стержень остывает от температуры 450-600 C, то его предел текучести может быть полностью восстановлен в зависимости от типа изготовления стального стержня арматуры.
Откол, вызванный высокой температурой, может быть полным разрушением в медленном темпе или внезапным взрывом мелких или крупных кусков бетона толщиной менее нескольких сантиметров на ранних стадиях нагрева.
Растрескивание железобетонной балки в результате воздействия огня
Методы оценки
1. Предварительное обследование
1.1 Очистка
Очень важно адекватно очистить дымовые отложения, поскольку такие отходы закрывают сколы и трещины, образовавшиеся в результате пожара. Кроме того, очистка здания будет способствовать более четкому наблюдению и более точной идентификации прогибающихся и деформированных элементов.
Для очистки могут быть использованы различные методы, такие как водоструйная обработка, обработка сухим льдом и химическая промывка. Струйная обработка сухим льдом и химическая промывка нежелательны, поскольку вторичные повреждения бетонной конструкции в результате применения этих методов очистки крайне маловероятны.
1.2 Визуальный осмотр
Визуальный инспектор должен зафиксировать трещины, сколы, деформации, смещения, перекосы и обнажение стальной арматуры. Геометрия и прогиб некоторых подозрительных элементов конструкции должны быть измерены и задокументированы.
1.3 Интенсивность пожара
Интенсивность пожара может быть оценена путем наблюдения за содержимым здания и состоянием других материалов после пожара. Осмотр содержимого здания и знание температуры плавления некоторых материалов могут быть использованы в качестве руководства для определения максимальной температуры пожара.
1.4 Полевые испытания
Если предыдущие этапы предварительного исследования не выявили достаточно информации для определения степени тяжести пожара и принятия решения о дальнейших действиях, то для оценки ущерба от пожара бетонной конструкции рассматриваются простые полевые испытания, такие как удар молотком и зубилом в сочетании с визуальным осмотром.
Удар молотком по бетонному материалу и снятие звука является одним из распространенных методов. Хороший и твердый бетон имеет тенденцию быть твердым и звонким, тогда как слабый бетон имеет тенденцию быть тупым стуком и полым. Зубило используется для осмотра размягченных участков на поверхности бетона.
2. Детальное исследование
Детальное исследование повреждений бетона в результате пожара проводится на основе выводов и рекомендаций предварительной оценки. При детальном исследовании проводятся как неразрушающие, так и разрушающие испытания.
2.1 Неразрушающие испытания
Неразрушающие испытания, такие как импульсно-скоростные, ударно-эховые, радарные, зонд Виндзора и отбойный молоток, могут быть использованы для определения определенных свойств бетона, таких как прочность на сжатие.
2.2 Разрушающие методы испытаний
Разрушающие методы испытаний требуют больше времени и усилий для проведения по сравнению с неразрушающими испытаниями, и необходимо соблюдать осторожность в процессе отбора проб. Существуют различные виды разрушающих испытаний для различных целей.
Они могут проводиться как в лаборатории, так и в полевых условиях и позволяют получить подробную информацию о свойствах материалов, глубине возгорания и расположении трещин.
Например, отбор кернов, который проводится в лаборатории, в основном используется для определения коэффициента ядовитости, модуля упругости и прочности на сжатие бетона. Пробы керна следует брать осторожно, из мест, где их влияние на прочность будет минимальным, но в то же время обеспечит получение необходимых данных.
Взятый образец керна
Образцы керна берутся из участков, не подвергшихся воздействию огня, и участков, подвергшихся воздействию огня. Результаты обоих испытаний сравниваются для получения наиболее достоверной информации об изменениях в бетоне под воздействием температур.
Кроме того, образцы керна могут быть использованы для получения информации о трещинах во внутренней части элемента, сцеплении с арматурной сталью и внутренней температуре, о чем свидетельствует изменение цвета, рис. 4. В таблице 2 представлены методы испытаний, которые используются для определения состояния бетона, пострадавшего от пожара.
Петрографические исследования образцов бетона для определения степени, типа и тяжести повреждений
Таблица 2 Методы испытаний, используемые для детального определения состояния бетона, поврежденного огнем
Состояние бетонной конструкцииМетоды испытанийФактическая температура, достигнутая в зданииОбследование содержимого здания на основании таблицы 3.Фактическая температура, достигнутая в бетонеВизуальное обследование бетона на основании таблицы 1, петрографическое обследование см. рис. 3. 4, DTA и металлургические исследования стали.Прочность на сжатиеИспытания на кернах, испытание ударным молотком, сопротивление проникновению и испытание с помощью сонископа.Прочность в зонах с высокими нагрузками (верхняя сторона в центре балки; опоры балки; крепления арматуры вблизи опор; углы рамы)Молоток и зубило, визуальный осмотр и испытание с помощью сонископа Модуль упругостиИспытания на кернах и сонископические исследованияОсушение бетонаДТА, петрографический и химический анализРазрушение и характеристики заполнителяВизуальный осмотр и петрографический анализРастрескиваниеВизуальный осмотр, сонископический тест, и петрографический анализПоверхностная твердостьТвердость по Дорри или другие испытанияУстойчивость к истираниюИспытание на истирание в Лос-Анджелесе на бетонной крошкеГлубина поврежденияВизуальный осмотр на предмет сколов, трещин, изменения цвета кернов, сколов и петрографический анализДеформация балокВизуальный осмотр, рихтовка и масштаб, циферблатные манометры или теодолит при необходимости. Брутто Визуальный осмотр и проверка размеров и уровнейДифференциальное тепловое движениеВизуальный контроль стержней на предмет потери связи со сталью и изменения цвета бетона рядом со сталью.Арматурная сталь, конструкционная сталь или сталь предварительного напряженияФизические испытания, металлургические исследования, изменение размеров, смещение и деформация.Несущая способностьНагрузочные испытания конструкции
Таблица 3 Состояния материалов, полезные для оценки температуры, достигнутой внутри конструкции во время пожара
МатериалПримерыУсловияТемпература, CСвинецСвинцовые изделияКрая закругленные или в виде капель300-350ЦинкПластмасса для сантехникиВ виде капель400Алюминий и его сплавыМелкие детали машин, туалетная арматураВ виде капель650Формованное стеклоСтеклянные блоки; банки и бутылкиСмягченные или слипшиеся700-750Формованное стеклоСтеклянные блоки; банки и бутылки округленные750Формованное стеклоСтеклянные блоки банки и бутылкиТщательно обтекаемые800Стекло оконное, листовое стеклоОкругленные800Стекло оконное, листовое стеклоТщательно обтекаемые850Стекло оконное, листовое стеклоОстрые края закруглены или образованы капли950Серебряные ювелирные изделия, монетыОкругленные800Серебряные ювелирные изделия, монетыТщательно обтекаемые850Серебряные ювелирные изделия, монетыОстрые края закруглены или образовались капли950БрассДверные ручки, замки, шишкиОстрые края закруглены или образовались капли900-1000БронзаОконные рамыОстрые края закруглены или образовались капли1000МедьЭлектрический проводОстрые края закруглены или образовались капли1100ЧугунТрубы, радиаторыОбразовались капли1100-1200
Читайте далее:- Планирование натурных испытаний бетона на прочность, долговечность и повреждения.
- Неразрушающие испытания бетона – методы, применение.
- Испытание бетонных кернов на прочность – отбор образцов и процедура.
- Системы пожарной безопасности и защиты имущества для зданий.
- Виды трещин в свежем и затвердевшем бетоне, их причины и борьба с ними.
- Оценка трещин в бетоне для определения местоположения и протяженности трещин.
- Испытание на прочность при сжатии бетонного керна – расчет и результаты.