Взрывное растрескивание бетонных элементов конструкций во время пожара

Когда конструктивные бетонные элементы подвергаются воздействию огня, возможно возникновение взрывного растрескивания бетона. Взрывное растрескивание бетона происходит, когда свободная вода (вода, которая не используется для реакции гидратации и остается неиспользованной в бетоне) в бетоне превращается в пар из-за воздействия огня на бетон, и если пар не выпускается в бетон, то это вызывает взрывное растрескивание.
Бетонное покрытие, защищающее арматуру, будет удалено из-за взрывного растрескивания, и, таким образом, стальные стержни будут подвергаться воздействию огня. Это ослабляет арматуру и приводит к снижению предельной несущей способности железобетонного элемента.
Поэтому очень важно понять природу взрывного растрескивания бетона и факторы, влияющие на него. Эти факторы могут быть материальными, геометрическими, структурными или экологическими и будут рассмотрены в следующих разделах.
Взрывное растрескивание бетонных элементов под воздействием огня

Бетонная конструкция, подвергшаяся воздействию огня

Взрывное растрескивание бетона с последующим смятием

Взрывное растрескивание бетона с последующим смятием

Факторы, влияющие на взрывное растрескивание бетонных элементов конструкции, подвергшихся воздействию огня

  • Скорость нагрева
  • Экспозиция нагрева
  • Размер сечения железобетонного элемента
  • Форма сечения железобетонного элемента
  • Содержание влаги в железобетонном элементе
  • Проницаемость железобетонного элемента
  • Возраст железобетонного элемента
  • Прочность используемого бетона
  • Сжимающее напряжение и деформация
  • Тип заполнителя, используемого в железобетонном элементе
  • Размер заполнителя, используемого в железобетонном элементе
  • Растрескивание железобетонного элемента
  • Арматура, используемая в железобетонном элементе
  • Бетонное покрытие арматуры
  • Дополнительное армирование
  • Дополнения

Скорость нагрева бетона

Этот фактор существенно влияет на возникновение взрывного растрескивания бетона. При увеличении скорости нагрева увеличивается как вероятность, так и тяжесть взрывного растрескивания.

Тепловое воздействие на бетон

Вероятность возникновения взрывного растрескивания бетона возрастает по мере увеличения количества железобетонных элементов, подвергающихся воздействию огня.
Например, реакция железобетонной плиты на огонь лучше по сравнению с железобетонными балками. Это объясняется тем, что только одна сторона первой подвергается воздействию огня, в то время как у второй – три стороны.
Это очевидно, что простые внешние формы, не имеющие ярко выраженных перьев, являются лучшим вариантом для строительства, когда рассматривается воздействие огня.

Размер сечения железобетонного элемента

Взрыв отколов менее вероятен в очень тонких стенах, что, как полагают, связано с облегчением выхода свободной воды из бетона и снижением давления поровой воды в члене.
Сообщается, что вероятность взрыва в толстых секциях, таких как стены ядерной защитной оболочки, низка.

Форма сечения железобетонного элемента

Взрывное растрескивание бетона чаще происходит в сечениях, которые быстро изменяются, например, ровные поверхности и круглые углы превосходят углы, особенно под экстремальными углами при воздействии огня.

Содержание влаги в железобетонном элементе

Взрывное растрескивание бетона может произойти в бетоне нормальной прочности при содержании влаги более 2% по весу и редко происходит при содержании влаги менее 2%. Такое содержание влаги трудно получить практически.
При заданном наборе условий вероятность взрывного растрескивания в бетоне с содержанием влаги менее 3% по весу ниже, в то время как сообщается, что значительно плотный высокопрочный бетон с содержанием влаги 2,3-3% подвергается взрывному растрескиванию.
Это объясняется низкой проницаемостью и пористостью, которые препятствуют выходу воды, и, следовательно, давление поровой воды велико, поэтому риск взрывного растрескивания велик, даже несмотря на высокую прочность при растяжении.
Содержание влаги уменьшается со временем, а значит, уменьшается и вероятность взрывного растрескивания.
Содержание влаги в значительной степени зависит от среды, в которой построена конструкция, например, содержание влаги в элементах внутри зданий меньше, чем снаружи.

Проницаемость железобетонного элемента

Она сильно влияет на скорость выделения пара, и экспериментально показано, что возникновение взрывного откола происходит редко, если проницаемость бетона меньше (5 x 10-11 см2).

Возраст железобетонного элемента

Утверждается, что вероятность взрывного откола увеличивается с увеличением возраста железобетонного элемента, что может быть связано с уменьшением содержания влаги.

Прочность бетона

Интересно, что возникновение взрывного растрескивания бетона редко ожидается в бетоне низкой прочности. Напротив, существует большая вероятность возникновения взрывного растрескивания в высокопрочном бетоне.

Сжимающее напряжение и деформация

Вероятность взрывного растрескивания увеличивается по мере увеличения сжимающего напряжения и нагрузки на элемент. Сжимающее напряжение может быть увеличено за счет уменьшения размера сечения или увеличения приложенной нагрузки.

Тип заполнителей, используемых в железобетонном элементе

Замечено, что при использовании заполнителей с низким тепловым расширением вероятность взрывного растрескивания бетона снижается. Вероятность взрывного растрескивания снижается при использовании кремнистых, известняковых, базальтовых и легких заполнителей.
Вышеприведенное утверждение применимо при использовании сухого заполнителя, так как взрывное растрескивание более вероятно при насыщении заполнителя влагой.

Размер заполнителя, используемого в железобетонном элементе

Испытания показали, что чем больше размер заполнителя, тем меньше вероятность возникновения взрывного растрескивания бетона.

Растрескивание бетонного элемента

Трещины способствуют выходу влаги из бетона. С другой стороны, она является источником распространения трещин.

Арматура, используемая в бетонном элементе

Взрывное растрескивание бетона происходит в неармированной части бетонного элемента и не распространяется за пределы слоев арматуры, таких как обойма из арматуры и продольных стержней в колоннах и балках.

Покрытие бетоном арматуры

Экспериментально отмечено, что по мере увеличения бетонного покрытия увеличивается вероятность взрывного растрескивания бетонного элемента. Сообщается, что взрывное растрескивание бетона следует ожидать при покрытии бетона более 40 мм для плотного бетона и более 50 мм для легкого бетона.
Взрывное растрескивание не ожидается, если покрытие бетона равно или меньше 15 мм. Это может быть связано с небольшой массой незакрепленного бетона.

Дополнительное армирование

Дополнительное армирование не предотвращает возникновение взрывного растрескивания, но ограничивает его влияние. Иногда для ограничения воздействия взрывного раскалывания, когда бетонное покрытие превышает 40 мм, предусматривается армирование сеткой. Дополнительное армирование облегчает ремонт бетона после пожара.

Дополнения

Постоянно предпринимаются попытки повысить огнестойкость бетона путем добавления стальной фибры, полипропиленовой фибры или путем вовлечения воздуха.
Читать далее:
Системы пожарной безопасности и защиты имущества в зданиях
Показатели огнестойкости бетонных и каменных конструктивных элементов
Огнезащита высотных зданий

Читайте далее:
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: