Поведение бетонных конструкций при пожаре. Разрушение бетона на пожаре начинается при температуре

воздействие высоких температур и огнестойкость

Бетон – это особая смесь из воды, цемента, песка и других наполнителей. Затвердев, этот искусственный камень приобретает прочность, долговечность и отличную стойкость. Стойкость бетонного состава определяется его невосприимчивостью к влаге, различным температурным перепадам, не теряя при этом своих прочностных свойств. У этого строительного материала низкий предел горючести, что не влечет за собой распространения пожара при воздействии на него повышенных нагревов. Бетонным постройкам, зданиям и сооружениям, за счет качеств раствора, обеспечивается отличная огнестойкость. Изделия из бетона обладают не только огнестойкостью, но и высокой жаростойкостью.

Отличие огнестойкости от жаростойкости

Огнестойкость бетона – это качество, позволяющее стройматериалу противостоять повышенным температурам недолговременно, например, во время пожара. Жаростойкость – это сохранение свойств бетонного раствора при долговременном действии на него большой температуры, например, при использовании конструкций для теплообработки разнообразных изделий. Всем бетонам присуща огнестойкость, чего нельзя сказать о жаростойкости, этим качеством обладает далеко не каждый застывший раствор.

Несмотря на то, что бетон – пожаробезопасный и огнестойкий строительный материал, он все равно поддается большим температурным градусам. Огни, воздействующие на него в течение короткого времени, не способны привести к повреждению прочностных характеристик материала, но если огонь имеет продолжительное влияние на бетонные изделия, тогда происходит их повреждение. Если температура двести пятьдесят градусов, тогда бетон теряет свою прочность всего на двадцать пять процентов, а если в пределах пятисот градусов – стройматериал подвергается полному разрушению.

Бетонный состав, горючесть которого низкая, имеет повышенную прочность и стойкость к огненным влияниям, но может разрушиться и потерять свои прочностные характеристики как при пожаре, так и неправильном обращении с подогретым составом. Таким образом, резкое увлажнение или охлаждение уже подогретой смеси, влечет за собой образование трещин, разрушений, которые не поддаются устранению, а также ослабеванию арматурной конструкции, служащих для укрепления построек.

Горение отрицательно сказывается на структуре бетона, она разрушается и разлагается на составляющие компоненты цементного камня.

Жаростойкость бетонного состава получается путем введения в раствор специальных добавок на основе алюминия и кремния. Эти составляющие позволяют избегать плавления, горения в момент пожара и других разрушений бетонных конструкций при повышенных температурных режимах. Что касается огнестойкости, то она достигается путем добавления заполнителей в процессе приготовления раствора.

Вернуться к оглавлению

Воздействие высоких температур на бетонный состав

Температурные режимы, воздействующие на бетонный состав, в пределах 250 – 300 градусов влекут за собой разрушение структуры и уменьшение прочностных характеристик цементного камня. Когда на градуснике отметка достигает пятисот пятидесяти градусов по Цельсию, имеющиеся в бетоне песок и щебень подвергаются растрескиванию, если превышает 550 градусов – бетонные конструкции полностью разрушаются.

Повышение температурных показателей непосредственно влияет на прочность бетонного состава. Таким образом, при укладке и застывании раствора повышение отметки на градуснике может повлиять на прочность бетона, возраст которого начинается от семи суток и более. Происходит это из-за ускоренной гидратации, в результате чего достигается несовершенная физическая структура с большим количеством незаполненных пор. По результатам опытов было замечено, что при повышенных температурных показателях прочность бетонного раствора на высшем уровне в первые дни, после схватывания состава, но уже на четвертые сутки прочностные характеристики значительно опускаются. Чтобы улучшить прочность раствора, в него добавляют хлористый кальций, который способен повысить стойкость к повышенным температурным показателям.

Вернуться к оглавлению

Жароупорные бетоны

Жароупорный бетонный раствор основан на портландцементе, с помощью которого смесь из песка, щебня, цемента и воды способна выдерживать повышенные температурные показатели до тысячи градусов по Цельсию и выше. Помимо основных составляющих бетона и портландцемента, в него также входит алюминиевая добавка мелких фракций и кремниевая. Добавки в растворе позволяют связывать гашеную известь, которая образуется при гидратации цементного камня. Жароупорный строительный материал из смеси цемента, песка, щебня и воды также имеет в своем составе следующие заполнители, которые предотвращают плавление, деформацию и разрушение бетонных изделий даже в момент пожара:

андезит;
кирпичный щебень;
шамот;
доменный шлак;
базальт;
туф.

В зависимости от наполнителей определяется максимальный температурный режим жароупорного бетона. Приготовить такой раствор можно и собственноручно на строительной площадке.

Вернуться к оглавлению

Огнестойкость конструкций из железобетона

Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности плит.

На огнестойкость железобетонных конструкций влияют следующие параметры:

нагрузка на постройку;

толщина защитного яруса;
размеры сечения сооружений;
количество и диаметр арматурный конструкций.

Чем меньше плотность используемого материала и чем больше его толщина, тем выше предел огнестойкости, который зависит и от вида опоры для конструкции, и от статической схемы. Исходя из этого, строители должны произвести расчет по огнестойкости ж/б конструкций, прежде чем приступать к их заливке. Конструкции, которые имеют горизонтальное положение, поддаются разрушениям под действием нагрева нижней арматуры, поэтому предел нагрева, прежде всего, зависит от класса арматурной конструкции, способности материала проводить тепло и от размеров слоя защиты.

Горизонтальные конструкции – это балочные плиты, балки, настилы и панели, прогоны и др. Конструкции, которые имеют тонкие стены и поддаются изгибаниям – это настилы, ригели, балки, панели ребристые и пустотелые. Огнестойкость колонн основана на следующих показателях:

процент армирования;
нагрузка на конструкции;
вид крупнофракционного заполнителя;
размер сечения под прямым углом относительно продольной оси;
толщина слоя защиты на арматуре.

В процессе заливки колонн следует обязательно придерживаться инструкции. Колонны разрушаются в результате открытого огненного пламени при снижении прочностных характеристик бетонного раствора и арматурной конструкции.

Вернуться к оглавлению

Огнестойкость ячеистых бетонов

Ячеистый бетон представляет собой пористый искусственный материал, который используется в строительстве различных зданий и сооружений. В его состав входят минеральные вяжущие и кремнеземистые заполнители. Применяют ячеистый строительный материал из смеси цемента, песка, щебня и воды для теплоизоляции помещений, им утепляют железобетонные плиты и перекрытия, используют легкий бетон для теплозащиты поверхности различных оборудований, трубопроводов, которые используются при температурных режимах свыше четырехсот и даже семисот градусов по Цельсию.

Огнестойкость ячеистого бетона выше, если плотность строительного материала минимальна, таким образом, предельные показатели огнестойкости газоблоков и других изделий из пористого стройматериала повышены.

По исследованиям и опытам, которые проводили в шведском и финском учебном заведении, определена прочность ячеистого бетонного состава, которая изменяется при нагревании следующим образом:

происходит увеличение прочностных характеристик до восьмидесяти пяти процентов, если температурные показатели не выше четырехсот градусов по Цельсию;
понижение прочностных характеристик до изначальных происходит при разогреве материала до семисот градусов по Цельсию;
снижение прочности ячеистого бетонного состава на восемьдесят шесть процентов осуществляется при разогреве строительного материала до тысячи градусов и не более при этом прочностной показатель принимает стабильность.

Можно сделать вывод, что предельные значения огнестойкости ячеистых блоков достигают девятисот градусов по Цельсию, когда обычный бетонный состав начинает терять свои основные части прочности при значении от четырехсот до семисот градусов. Таким образом, ячеистый бетон наиболее популярен при возведении зданий и сооружений, где требуются повышенные показатели пожаробезопасности.

Вернуться к оглавлению

Заключение

Бетон представляет собой строительный материал, который обладает отличными прочностными характеристиками, имеет повышенные показатели огнестойкости и при добавлении в состав бетонного раствора специальных наполнителей, приобретает жаростойкость. На огнестойкость и жаростойкость бетонного раствора влияют различные показатели и факторы, например, материал, который используется в качестве наполнителя, или же конструкции, которые возводят из строительного материала на основе песка, цемента, щебня и воды.

Различия между огнестойкостью и жаростойкостью очевидны. В первом случае бетонные конструкции имеют возможность противостоять повышенным температурным показателям в течение непродолжительного времени, а при жаростойкости строительного материала, бетонные конструкции сохраняют прочностные характеристики долговременно.

kladembeton.ru

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ОГНЕВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ ПРИ ПОЖАРЕ

После ликвидации горения приходится определять температуры на участках повреждения строительных конструкций по следам пожара.

Вследствие огневого воздействия материалы, из которых изготовлены строительные конструкции и оборудование, оказавшиеся в зоне действия высоких температур, претерпевают различные изменения.

Последние сопровождаются характерными признаками, которые выражаются в изменении физических, химических и механических свойств веществ и материалов, в развитии деформации, разрушении или в полном уничтожении (выгорании) частей здания.

При этом вещества и материалы, зафиксировавшие воздействие температуры на них, выступают в качестве естественных термоиндикаторов.

Естественные термоиндикаторы подразделяют на меняющие цвет при определенной (критической) температуре, плавящиеся, выкипающие или выгорающие при заданной температуре, характеризующие определенное состояние частей здания, строительных конструкций и оборудования после огневого воздействия соответствующей мощности.

Некоторые естественные термоиндикаторы обладают свойствами «запоминать» температуры по сечению, длине и высоте строительных конструкций. К ним относится распространенные строительные материалы – бетон, дерево, пластмассы.

«Во время пожара возможны различные сочетания факторов, влияющих на температурный режим и поведение строительных конструкций.»

К числу основных факторов, определяющих разрушительные последствия пожара на здание, относятся:

пожарно-техническая характеристика здания;
размер нагрузок на элементы строительных конструкций;
длительность воздействия пламени или высокой температуры;
температурный режим по участкам здания (с учетом условий газообмена в зонах горения и охлаждающего действия огнетушащих средств).

Характерные признаки, свидетельствующие о воздействии на конструкции высокой температуры, определяются, с одной стороны, конкретными условиями горения и зависят в основном от характеристики и длительности воздействия теплового импульса, а с другой – от вида термоиндикатора.

Рассмотрим приемы определения температур, которым подверглись при пожаре материалы и конструкции. Поведение бетона при нагреве определяется изменением его составляющих — заполнителя и цементного камня.

К наиболее общим признакам, по которым можно судить о температуре, действовавшей на бетон, относятся:

изменение цвета и закопчение;
снижение тона звука при простукивании;
отслаивание и отколы;
взрывообразные и местные разрушения;
изменение прочностных и деформативных характеристик, физико-химических свойств;
оплавление и следы огневой эрозии бетона.

Цвет бетона изменяется в зависимости от вида заполнителя и вяжущего. При температуре до 300 С тяжелый бетон принимает розовый оттенок, при 400–600 С – красноватый, при 900–1000 С – бледно-серый.

В зоне интенсивного горения с температурами более 800 С сильной закопченности бетона, как правило, не бывает, так как сажа полностью выгорает. В зоне действия повышенных и умеренно высоких температур (100–400 С) может происходить значительное оседание сажи.

При простукивании молотком можно установить степень повреждения огнем структуры бетона. Неповрежденный бетон имеет высокий тон звука, с увеличением степени разрушения бетона звук становится глухим. После воздействия температур более 600 С молоток при уларе сминает бетон на поверхности образца.

⇒ Часть сечения образца, прогретая свыше 500 С, при уларе средней силы откалывается.

При воздействии умеренно высоких (200–400 С) и высоких температур (400–800 С) разрушение бетона носит или относительно спокойный, или взрывообразный характер.

При относительно спокойном разрушении происходит температурное расшатывание бетона. Это объясняется тем, что в тяжелом бетоне коэффициент линейного температурного расширения заполнителей изменяется в больших пределах, вследствие чего сцепление заполнителей с цементным камнем при умеренно высоких температурах резко снижается.

Микротрещины в бетоне образуются при температуре 300–400 С. При дальнейшем росте температур возникают макротрещины. После нагрева бетона до 500 «С трещины увеличиваются настолько, что становятся видны невооруженным глазом. Ширина температурно-усадочных трещин при этом менее 0,1 мм.

После воздействия температур 400–800 С трещины развиваются интенсивнее. Ширина раскрытия поверхностных трещин 0,5–1 мм. Образцы, прогретые до центра сечения температурами свыше 700 С, после охлаждения разрушаются. Увлажнение образцов бетона, нагретого до 600 С, приводит к их полному разрушению.

Взрывообразное разрушение бетона в период пожара происходит в статически неопределимых, преднапряженных и тонкостенных элементах, а также в железобетонных конструкциях, изготовленных из автоклавных, пропаренных и высокопрочных бетонов.

⇒ В условиях пожара бетон взрывается через 10–20 мин после начала интенсивного огневого воздействия на железобетонные конструкции.

Взрывообразное разрушение может происходить непрерывно в радиусе очага пожара на поверхности конструкций, подверженных воздействию огня. Взрыв наиболее поражает участки железобетонных конструкций, на которые непосредственно воздействует пламя.

Взрывообразное разрушение бетона возникает, как правило, при быстром нагреве поверхности элемента (непосредственное воздействие пламени, жесткий температурный режим, высокая плотность теплового потока).

При этом температура на поверхности бетона 700–900 С. В случае умеренного повышения температуры взрыв бетона происходит при 1000–1200 С и выше.

Конструкции, находившиеся под воздействием повышенных и высоких температур (до 700 С), можно определить по изменению скорости распространения ультразвука (рис. 1) при известной прочности поврежденного бетона и длительности огневого воздействия.

Температуру нагрева свыше 200 С в зависимости от изменения физического состояния бетона или его химического состава можно определить методом термического анализа.

Во время пожаров с высокой плотностью теплового потока возможно оплавление некоторых составляющих бетона. Так, при температуре 1100-1150 С происходит оплавление керамзита, при 1300– 1500 С – полевых шпатов, входящих в состав гранитного заполнителя, при 1700–1710 С – кремнезема; при 2000–2050 С – глинозема.

Рис. 1. Номограмма для определения температуры нагрева тяжелого бетона класса В 15 в зависимости от его остаточной прочности и скорости распространения ультразвука.

На развитие термической эрозии бетона существенное влияние оказывает огневое воздействие с высокими 400–800 С, а ещё большее – умеренно яростными температурами 800–1200 С. При температуре свыше 1200 С защитный слой бетона интенсивно растрескивается, легкоплавкие и тугоплавкие составляющие бетона плавятся.

Во время огневого воздействия со сверхвысокими температурами огневая эрозия бетона принимает катастрофический характер. Это явление происходит вследствие плавления не только тугоплавких, но и огнеупорных составляющих бетона.

Таким образом, по следам термической эрозии бетона можно судить о степени его нагрева после пожара:

200–400………………………… Умеренная – снижение прочностных и деформативных характеристик
400–800………………………… Ускоренная – нарушение структуры
800–1600………………………. Быстрая – оплавление неогнеупорных составляющих
Более 1600……………………. Сверхбыстрая оплавление огнеупорных составляющих.

beton-karkas.ru

3.1. Причины разрушения (снижения прочности) железобетона в условиях пожара

Длительное воздействие пожара на железобетон приводит в итоге к его разрушению. Основные причины разрушения железобетона следующие:

Нарушение сцепления между бетоном и арматурой.

Снижение прочности арматурной стали.

Снижение прочности бетона.

Поведение основных компонентов железобетона (бетона и стальной арматуры) ранее рассматривались в темах №№ 3, 4.

Относительно первой причины разрушения железобетона в условиях пожара следует иметь в виду, что гладкая арматура класса А-I легко утрачивает прочность сцепления с бетоном (при температуре 250 0C прочность сцепления снижается вдвое). Это объясняется различием коэффициентов температурного линейного расширения стали и бетона. Свой вклад вносит в это и гладкая поверхность арматуры. Чтобы конструкция обладала достаточным пределом огнестойкости, необходимо в процессе её изготовления предусматривать установку специальных закладных деталей, увеличивающих прочность сцепления арматуры с бетоном.

Арматура периодического профиля лучше работает при нагреве в сочетании с бетоном. Утрата прочности её сцепления с бетоном происходит при температуре t > 600 0C. До 600 0C прочность сцепления превышает первоначальную, т. к. у рифленой арматуры имеются выступы; удаление влаги из бетона вызывает его усадку, а арматура при этом расширяется. В этом случае можно обойтись и без закладных деталей.

3.2. Поведение изгибаемых конструкций в условиях пожара

При пожаре и натурных испытаниях изгибаемые конструкции, в частности плиты, обогреваются снизу. Полки ребристых плит (где расположена рабочая арматура), претерпевают двусторонний обогрев (снизу и сбоку), что приводит к более интенсивному прогреву рабочей арматуры. Балки (ригели) могут обогреваться как с одной стороны, так и с трех сторон.

Предел огнестойкости плит перекрытия может наступить по каждому из 3-х предельных состояний конструкций по огнестойкости, балок - лишь по первому предельному состоянию - в результате прогрева рабочей арматуры до критической температуры, что приводит к деформации конструкции (прогибу выше допустимой величины – (1\15L длины пролёта), либо образованию «пластического шарнира» (излома конструкции в середине пролёта, либо у опоры – для неразрезных плит). Это происходит в результате снижения предела текучести (временного сопротивления) растянутой арматуры (температурная ползучесть – нарастание деформации при нагреве при постоянной величине нагрузки), что вызывает интенсивное раскрытие трещин в бетоне и ускорение прогрева арматуры.

Теоретические основы и общие закономерности поведения железобетонных конструкций в условиях пожара

Определяющие факторы

Внутренние факторы:		Внешние факторы:
Теплофизические свойства материалов		Воздействие пожара (либо стандартное)
Поведение материалов при пожаре		Схема обогрева конструкции
Конструктивные особенности		скорость обогрева конструкции
Характер армирования конструкции		Характер приложения нагрузки
Критическая температура арматуры		Величина внешней нагрузки
Толщина защитного слоя (из бетона)		Характер опирания, закрепления конструкции
Размеры конструкции
Несущая способность конструкции

Негативные процессы

Физические:		Физико-химические:
Снижение прочности материалов		Горение материалов
Деформирование элементов конструкции		Распространение пламени по к конструкции и внутри ее
Деформирование конструкции
Прогревание конструкции
Образование сквозных трещин, отверстий в конструкции
Снижение прочности элементов крепления конструкции
Отрицательные последствия:
Необратимые деформации
Потеря целостности конструкции
Разрушение конструкции
Обрушение конструкции
Выгорание слоев материала
Появление опасных факторов

Рис. 3.1. Структурная схема - ключ к изучению, оценке, прогнозированию и регулированию поведения железобетонных конструкций в условиях пожара, их огнестойкости и определению области ихдопустимого применения в строительстве.

Особенностью тонкостенных плит является их разрушение при пожаре возле опор. В этих местах при нагреве появляются наклонные трещины в результате действия поперечной силы. В итоге может произойти срез (скалывание) плиты по наклонному сечению (по аналогии с деревянной балкой – тема № 16).То же самое можно отнести к многопустотным панелям, ребристым плитам, статически неопределимым (неразрезным) многопролетным балкам. Статически неопределимые балки в условиях пожара сохраняют дольше свою несущую способность, чем статически определимые. Это связано с частичной передачей усилий, воспринимаемых арматурой в пролёте, растянутой арматуре над опорой (перераспределением величины моментов - уменьшением пролётного и увеличением опорного), в результате большого температурного расширения нижних слоев сечения конструкции при нагреве.

Статически неопределимые балки, защемлённые по концам, ведут себя следующим образом (рис. 3.2): в начале нагрева (в первые 5-15 мин стандартного испытания конструкции на огнестойкость) происходит перераспределение изгибающих моментов - снижение изгибающего момента в пролёте и увеличение на опоре в результате температурного расширения нижней части балки и создания дополнительных распорных усилий на стены.

Рис. 3.2. Изменение усилий, воспринимаемых балкой от внешний нагрузки (изгибающих моментов), в статически неопределимой(защемленной на опорах)железобетонной балке во время пожара. а - схема защемления балки и нагружения; б) эпюры моментов: 1 - от внешней нагрузки; 2 - от внешней нагрузки через 5 - 15 мин пожара; 3 – то же - через 20 - 30 мин пожара.

При дальнейшем нагреве (через 20-30 мин) идет обратный процесс увеличения момента в пролете, уменьшения на опоре, т. к. балка прогревается, прочность арматуры снижется. Это продолжается до образования пластического шарнира в пролёте.

Наступление предела огнестойкости происходит в результате разрушения балки у опоры под воздействием поперечной силы.

Предварительное напряжение арматуры увеличивает предел огнестойкости плит на случай разрушения по бетону сжатой зоны. В растянутой зоне предварительное напряжение отрицательно влияет на огнестойкость конструкции, т. к. при нагреве арматуры утрачивается предварительное напряжение. Но конструкции с предварительным напряжением более прочные, они нагружены и большой нагрузкой (чем конструкции с предварительно не напряженной арматурой), что способствует более быстрому наступлению предела огнестойкости конструкции, и предварительное напряжение арматуры не восстанавливается.

Предел огнестойкости плит покрытия следует определять согласно ГОСТ 30247.1-94 лишь по 1-му и 2-му предельным состояниям по огнестойкости.

Таким образом, на поведение изгибаемых железобетонных конструкций в условиях пожара влияют 2 группы основных факторов - внешних и внутренних.

studfiles.net

Температура плавления бетона

Температура для бетона: особенности проведения работ в экстремальных внешних условиях

Для того чтобы отлитый бетонный монолит приобрел прочность, соответствующую его марке, необходимо точно соблюдать технологию заливки, в том числе процедуру гидратации бетона. Наилучшими условиями для этого процесса является среда со средней влажностью воздуха и температурой + 20 оС.

Но что делать, если необходимо проводить строительные работы в холодный сезон? Что гласит строительная инструкция по бетонированию о работе при слишком жаркой погоде? Рассмотрим эти вопросы более подробно.

Заливка бетона зимой требует соблюдения особых температурных условий

Оптимальные условия для бетонирования

Согласно ГОСТ на температуру бетонной смеси, этот показатель должен составлять + 30 оС. Но такого удается достичь лишь только в том случае, когда столбик термометра находится около отметки в + 20 оС.

Совершенно другая ситуация возникает поздней осенью и зимой, когда ртуть в термометре опускается до показателей от + 5 оС до — 3 оС.

В этом случае температура бетонной смеси на выходе из бетоносмесителя может составлять:

при объеме цемента в бетонной смеси более 240 кг/куб. метр (марка бетона М200 и выше) – не менее + 5 оС;
во всех остальных случаях – не менее + 10 оС.

Температура подаваемой после транспортировки смеси должна соответствовать СНИП

В наиболее экстремальных условиях, когда воздух охлаждается до отметки -3 оС допускается проведение работ только в том случае, когда свежеприготовленный бетонный раствор вызревал не менее 3 суток при внутренней температуре не менее + 10 оС. Иначе отлитая бетонная конструкция не будет соответствовать требованиям СНИП по прочности.

Совет! Если вы проводите строительство частного дома или иного сооружения своими руками, воздержитесь от бетонирования при температуре ниже -3 оС. Этот процесс требует применения специального оборудования и четкого соблюдения технологии, чего тяжело достичь в домашних условиях.

Бетонные работы в экстремальных условиях

Низкие температуры

Особенность работы в таких условиях состоит в том, что бетон при низких температурах схватывается медленнее. Для набора прочности, указанной в нормативной документации, монолиту необходимо больше времени.

Например:

При показаниях термометра в течение суток около + 5 оС готовая конструкция застывает в два раза больше, чем в обычных условиях.
Когда воздух на стройплощадке остывает до 0 оС, процесс затвердевания и набора прочности практически прекращается.
Если только что уложенная бетонная смесь замерзает (что происходит при несоблюдении технологии ее изготовления или перевозки), монолит может полностью разрушиться.

Разрушение бетона вследствие замерзания в нем воды

Содержащаяся в растворе вода при отрицательных температурах кристаллизуется, вследствие чего в бетоне образуются пустоты и поры, снижающие прочность бетонного изделия. Кроме того, лед оказывает повышенное давление на стенки бетонной конструкции.

В готовом монолите могут образоваться трещины и расколы. Кроме того, замерзшая вода разрывает связи между цементом и заполнителем бетона (щебнем, гравием и так далее).

Созревание бетона при низких температурах должно завершиться до момента замерзания.

В противном случае появляется сразу два негативных момента:

готовая конструкция не сможет набрать прочность, предусмотренную маркой бетонной смеси;
после оттаивания затвердевание будет происходить неправильно, существует возможность разрушения.

Для того чтобы продолжать работы в холодное время года, необходимо пользоваться специальными марками бетона и соответствующими добавками. Они не только улучшат качество монолита, но и позволяет сократить время застывания.

Рассмотрим таблицу, составленную согласно СНИП 3.03.01-87, которая показывает время затвердевания различных марок бетона в зависимости от температуры окружающего воздуха.

Марка	Прочность	Кол-во дней при температуре +5 оС	Кол-во дней при температуре +10 оС
Бетон с добавками	20	4	3
М400	30	6	4
M150 –М350	40	9	6
М100	50	14	10
Бетон в водонасыщенном состоянии	70	25	20

Повысить качество бетона в холодный сезон можно следующими способами:

при производстве бетона использовать цемент, способствующий быстрому набору прочности готовым монолитом;
повышать процентное содержание цемента в готовой строительной смеси;
снижать количество воды, добавляемой в раствор;
производить предварительный подогрев сырья (до +35 оС) и воды (до +70 оС) – это требование регламентировано СНиП 3.03.01-87;
использовать противоморозные добавки для бетона (их цена невелика, потому не слишком увеличивает сметную стоимость строительства).

Фото затвердевающего бетона в фундаменте после заливки

Высокие температуры

После окончания укладки бетона на строительной площадке, вследствие воздействия воды на цементный порошок, начинается затвердевание раствора. Жаркая погода ускоряет этот процесс. Однако если этот показатель поднимается выше отметки в +25оС (температура высыхания бетона), происходит расширение строительной смеси, которое фиксируется после окончания процесса затвердевания.

Позже, после остывания, бетонный монолит начинает сжиматься, чему препятствует возникшая твердая структура. Как результат – появление усадочных трещин и деформация. Этот процесс может продолжаться вплоть до 12-16 часов, что крайне отрицательно сказывается на прочности.

Полиэтилен препятствует преждевременному испарению влаги из бетона

Если прогноз погоды в месте проведения строительных работ указывает на повышение температуры воздуха выше +25 оС в течение нескольких последующих дней, необходимо немного изменить состав бетонирующей смеси.

Для этого необходимо:

использовать быстротвердеющий цемент, марка которого в 1,5-2 раза превышает рекомендованную;
добавлять в готовый раствор пластифицирующие добавки или вещества, замедляющие процесс твердения;
работать в утреннее, вечернее и ночное время, когда температура воздуха не поднимается выше + 20 оС.

Совет! При проведении работ в жаркое время, целесообразно защищать свежий бетон от воздействия ветра и прямых солнечных лучей.

Кроме того, рекомендуется увлажнять поверхность, способствуя правильной гидратации.

Поведение бетона при воздействии открытого огня

Рассматриваемый строительный материал является чрезвычайно огнеупорным, что стало одним из многих факторов, способствующих его популярности. Температура плавления бетона, например, составляет около + 1200 оС (в зависимости от марки и заполнителя).

Кроме того, внешний вид бетонных конструкций при пожаре помогает определить температуру пламени и выбрать подходящий способ тушения пожара:

Температура около + 300 оС – искусственный камень приобретает розоватый оттенок, происходит оседание на поверхность значительного слоя сажи и продуктов горения.
Температура от +400 оС до + 600 оС – бетон приобретает красный оттенок, сажа выгорает с поверхности монолита.
Более высокая температура – конструкция становится бледно-серой.

Разрушение бетона при горении носит, как правило, спокойный характер. Коэффициент расширения входящих в него наполнителей находится в широком диапазоне, вследствие чего сцепление щебня или гравия с цементным порошком разрушается постепенно, начиная с отметки в +300 оС.

Бетон – очень огнестойкий материал

Если нагрев продолжается, в структуре монолита возникают трещины, которые постепенно расширяются вплоть до потери конструкцией целостности.

Вывод

В качестве итога следует отметить, что застывание бетонной строительной смеси при отрицательной либо слишком высокой температуре воздуха должно проходить под строгим контролем. Необходимо постоянно снимать температурные показатели поверхности монолита и корректировать их с помощью описанных выше способов.

Более подробно о процессах, связанных с заливкой и затвердеванием бетона можно узнать, ознакомившись с видео в этой статье.

загрузка...

masterabetona.ru

Стойкость бетона при пожаре

Отличие огнестойкости от жаростойкости

Воздействие высоких температур на бетонный состав

Жароупорные бетоны

андезит;
кирпичный щебень;
шамот;
доменный шлак;
базальт;
туф.

Огнестойкость конструкций из железобетона

Предел огнестойкости по теплоизолирующей способности плит.

На огнестойкость железобетонных конструкций влияют следующие параметры:

нагрузка на постройку;
толщина защитного яруса;
размеры сечения сооружений;
количество и диаметр арматурный конструкций.

процент армирования;
нагрузка на конструкции;
вид крупнофракционного заполнителя;
размер сечения под прямым углом относительно продольной оси;
толщина слоя защиты на арматуре.

Огнестойкость ячеистых бетонов

происходит увеличение прочностных характеристик до восьмидесяти пяти процентов, если температурные показатели не выше четырехсот градусов по Цельсию;
понижение прочностных характеристик до изначальных происходит при разогреве материала до семисот градусов по Цельсию;
снижение прочности ячеистого бетонного состава на восемьдесят шесть процентов осуществляется при разогреве строительного материала до тысячи градусов и не более при этом прочностной показатель принимает стабильность.

Заключение

kladembeton.ru

Ядерная лава способна расплавить почти любой материал « Gearmix

Результаты эксперимента с кориумной лавой

Самое интересное в научных исследованиях – это сделать открытие совсем не в той сфере, в которой работал. Таким открытием является радиоактивная лава, опасность которой обнаружилась при исследовании аварий на Чернобыльской АЭС и на Фукусиме. Казалось бы, какая вообще может быть связь между лавой и ядерной энергетикой? Тем не менее, эта связь есть. Не с искусственной лавой, которую люди производят, преимущественно, ради искусства, а с той радиоактивной субстанцией, при встрече с которой можно смело прощаться с жизнью. Происхождение такой лавы преимущественно случайно и последствия её появления исключительно трагические.

Чтобы понять, о чём идёт речь, необходимо вернуться к атомным электростанциям. Объектом нашего внимания является ни что иное как расплавление ядерных топливных элементов реактора. Это происходит, когда реакции расщепления ядра, происходящей в реакторе, становится невозможно обеспечить должное охлаждение и начинает нагреваться всё, включая урановый стержень и бетонный пол самого здания АЭС. Во время катастрофы, такой, как в Чернобыле или на Фукусиме, становится невозможным охлаждение урановых стержней, и жар начинает с высокой скоростью распространяться по станции. Два наиболее важных первичных изотопа, которые используются в реакции расщепления ядра, это уран-235 и плутоний-239. Расщепление становится возможным с помощью поглощения нейтроном изотопов с ещё более коротким периодом полураспада (таких как цезий и стронций), и, собственно, является источником тепла и самой сущностью работы ядерного реактора. Цепная реакция расщепления, разложения и поглощения разъединённых альфа-частиц другими атомами может продолжаться бесконечно; нагрев будет происходить до точки, на которой урановые стержни (сделаны оны преимущественно из обогащённого урана) начнут деформироваться, а если температура поднимется ещё выше — плавиться. Обычно ядерный реактор охлаждается водой, но в непредвиденных обстоятельствах стержни расплавятся полностью, превратившись в лаву.

Разумеется, такая искусственная лава отличается по составу от природной вулканической субстанции. Урановые стержни состоят из циркониевого корпуса и ядерного топлива — диоксида урана — внутри. В случае аварии на АЭС, когда температура превышает максимальный допустимый лимит в 700 градусов, стержень начинает деформироваться. Когда же температура достигает отметки в 1200 градусов, урановые стержни плавятся, превращаясь в субстанцию, состоящую из урана и циркония.

Для того, чтобы сделать ядерный реактор безопаснее, необходимо изучить, как ведёт себя кориум, то есть, смесь, состоящая из ядерного топлива и расплавленных соседствующих материалов. Исследователи из Аргоннской Национальной лаборатории воссоздали кориум для более детального его изучения. В Интернете можно найти великолепные видеоролики, выложенные в сеть именно этой лабораторией. На этих видео можно заметить, что кориум обладает ещё более низкой вязкостью, что неудивительно, ведь температура этой радиоактивной жижи – свыше 2000 градусов, в то время как вулканический расплавленный базальт нагрет в лучшем случае до 1100-1200 градусов. Лаборатория использовала больше тонны лавы из диоксида урана в некоторых своих экспериментах, чтобы узнать, как быстро кориум прорвётся через такую преграду, как бетонные пол и стены ядерного реактора. Оказалось, очень быстро: кориум проплавляет себе путь сквозь бетон со скоростью около 30 см в час. Кроме того, экспериментальным путём исследователи убедились, что охлаждения водой может быть недостаточно: кориум, уничтожая все на своё пути, вырвется наружу в считанные часы.

Обе катастрофы на ядерных электростанциях достигли стадии образования кориума. И Чернобыль, и Фукусима столкнулись с этим явлением. В то время как японцы утверждают, что лава не вышла за пределы здания АЭС (этот факт, кстати, не доказан), на советской электростанции, несомненно, контроль над ситуацией был потерян полностью. Существуют фотографии из Чернобыля, на которых видны трёхметровые потёки застывшего кориума. К счастью, температура плавления бетона, состоящего в основном из известняка, выше температуры плавления урановых стержней, в итоге сам процесс плавления бетона и смешивания его с лавой, охлаждает кориум. Поэтому так много внимания уделяется поиску оптимального состава бетона для постройки ядерных реакторов.

Кориумная лава (на снимке уже застывшая), которая проплавила себе путь сквозь подвал Чернобыльского ядерного реактора в 1986 году

Почему же тогда кориум так опасен? Ведь дальше трех метров за пределы реактора лава продвинуться не в состоянии? Не следует забывать о составе этой субстанции. Даже когда кориум совершенно застынет, он будет очень и очень радиоактивен еще многие столетия.

Измерения радиоактивности и газов, выделяющихся из охлаждённого реактора Фукусимы, показали, что кориум во время катастрофы продвинулся более чем на полметра через заграждающие бетонные стены.

На самом деле стадия образования кориума – явление очень редкое, оно возникает только при условии цепной реакции чрезмерного количества высокоактивных изотопов. Впрочем, существуют теории, что в далеком прошлом на нашей планете имелись естественные ядерные реакторы, которые нагревали Землю за счет расщепления урана, тория и калия.

Pereosnastka.ru

Виды термической резки бетона и железобетона

Категория:

Термическая резка

Виды термической резки бетона и железобетона

Бетон и железобетон режутся кислородным, прутково-кислород-ым, порошково-кислородным копьем, газопорошковой реактивной ггруей, порошково-кислородным резаком, плазменной струей и дугой косвенного действия.

Наиболее освоенной и широко применяемой в СССР является кзка железобетона кислородным копьем (рис. 1).

Копье представляет собой стальную трубку с наружным диаметром 10—60 мм и длиной 3—6 м с различным поперечным сечением, расто употребляются водогазопроводные трубы (ГОСТ 3262—75) F наружным диаметром 10,2 мм и более. Согласно стандарту водогазопроводные трубы подразделяются на легкие, обыкновенные и усиленные.

Для прожигания отверстий в бетоне целесообразно пользоваться усиленными трубами с увеличенной толщиной стенки. Для копья можно использовать трубки некруглых сечений: плоскоовальные (ГОСТ 8644—68), прямоугольные (ГОСТ 8645—68), звездообразные, крестообразные, каплевидные, ромбические и др. Возможно также применение трубки с заложенными внутрь прутками или обмотанной снаружи проволокой из низкоуглеродистой стали. Такое копье называют прутковым.

Рис. 1. Резка железобетона прутковым копьем: а — процесс резки, б — копье с сердечником из прутков, б — копье с тремя прихваченными наружными прутками, г — копье с проволочной навивкой; д — копье с сердечником из прутков и с проволочной наьивкой; 1 — трубка, 2 — пруток, 3 — проволочная навивка

Для зажигания копья в трубку подается кислород под давлением 0,5 кгс/см2. При этом рабочий торец копья нагревается сварочной дугой или газокислородным пламенем до температуры горения стали; время нагрева—5—10 с. Нагретый металл начинает окисляться (гореть), давление подаваемого кислорода повышается до рабочего, металл на конце трубы интенсивно горит, развивая температуру до 2000 °С.

Следует различать горение копья в свободном состоянии и горение копья в процессе прожигания или резки. Расход кислорода при свободном горении копья значительно меньше, чем при резке, поэтому и подача его соответственно должна меняться.

Ориентировочно для сгорания 1 кг низкоуглеродистой стали требуется 300 дм3 кислорода. Фактический расход кислорода при свободном горении копья составляет до 600 дм3 в зависимости от диаметра и толщины стенки трубки, диаметров стержней и их количества. Чем полнее обтекает кислородная струя торец копья, тем меньше затрачивается кислорода при свободном горении.

При прожигании бетона или железобетона копье с пламенем направляется в изделие с определенной силой. Под действием высокой температуры пламени копья и продольной силы, создаваемой резчиком, бетон плавится и разрушается.

При резке или прожигании железобетона копьем кислород расходуется не только на горение стали, но и на выдувание из области реза продуктов горения копья и плавления бетона.

При давлении кислорода в момент зажигания копья более 0,5 ат нагреваемый металл будет охлаждаться из-за сильного перепада давления, что затруднит зажигание копья. Только после воспламенения копья и достаточного углубления его в бетон давление кислорода повышают до рабочего.

В процессе прожигания копье прижимают горящим концом к бетону с достаточно большим усилием; углубляясь в бетон, оно образует приблизительно круглое отверстие. Вследствие испарения воды, а также из-за разности температурных деформаций цементного камня и зерен заполнителя бетон становится непрочным, в нем возникают трещины, рыхлость, выкрашивание частиц, что облегчает плавление и отрыв нерасплавленных частиц. Расплавленные и оторвавшиеся частицы бетона, продукты горения стали выдуваются наружу кислородом и парами, образуемыми при нагреве бетона, через зазор между копьем и стенками прожигаемого отверстия. Для лучшего удаления расплавленной и рыхлой массы из области реза необходимо периодически совершать копьем возвратно-поступательные и возвратно-вращательные движения. Величина продольного усилия должна быть максимально возможной для резчика. В то же время чрезмерное усилие, в особенности при большой толщине железобетона, когда нагретое докрасна копье на 1—2 м и более углублено в железобетон, может вызвать искривление копья и изменить направление образуемого отверстия. Ориентировочно величина усилия прижатия копья должна составлять от 5 до 10 кгс, а при прожигании глубоких отверстий, когда необходимо преодолевать сопротивление застывающих шлаков, усилие прижатия должно достигать 10—50 кгс.

Данные по прожиганию отверстий в железобетоне в горизонтальном положении, полученные в МИСИ, приведены в табл. 30 и 31.

Копьем размером 10X8 мм с сердечником из 8 прутков диаметром 2 мм можно прожигать отверстия в бетоне со скоростью 5 м/ч на глубину до 200 мм. С повышением толщины прожигаемого бетона диаметры трубы и прутков необходимо увеличивать.

При прожигании отверстий кислородным копьем изменение свойств и снижение прочности бетона от нагрева происходят в радиусе 30—200 мм пропорционально толщине прожигаемого бетона.

Скорость прожигания отверстий прутковым копьем в потолочном положении достигает 10 м/ч.

По сравнению с пневмоинструментом копье прожигает отверстие более чем в 4 раза быстрее, стоимость работ при этом значительно ниже.

Порошковое копье отличается от пруткового тем, что на место реза подается железный порошок или смесь его с каким-либо другим (например, алюминиевым), при сгорании порошка выделяется дополнительное тепло. Подача порошка (флюса) выполняется автоматизированным устройством, как в установках для кислородно-флюсовой резки. Это усложняет оборудование для резки порошковым копьем.

Резак для кислородно-флюсовой резки сталей может быть использован и для резки неметаллов. Однако пользоваться им удобно лишь при разделительной резке бетона толщиной до 400 мм.

Разделительную резку можно также осуществлять прутковым и порошковым копьями последовательным образованием ряда отверстий с последующим разрушением перемычек механическим способом.

Резка реактивной газовой струей находит применение для прожигания отверстий в горных породах и железобетоне.

В настоящее время созданы специальные горелки, в которых жидкое горючее (преимущественно керосин) в смеси с кислородом сжигается в топке; пламя выбрасывается через узкое отверстие со сверхзвуковой скоростью до 2000 м/с; температура пламени — 2500—2750° С. Эта струя нагревает поверхность обрабатываемого тела, а при подаче воды оно разрушается и частицы выносятся газами из зоны реза. Разделительная резка этим способом бетонных плит толщиной 100—150 мм происходит со скоростью 8—10 м/ч. Хороших результатов достигают при прожигании отверстий реактивной струей.

Прожигание отверстий диаметром до 100 мм в железобетонных плитах успешно осуществляется угольной дугой косвенного действия. Для этого применяют угольные электроды диаметром 50—100 мм и силу тока 500—1000 А. Необходимость пользоваться светофильтром для глаз снижает эффективность резки угольной дугой.

Применение термической резки бетона и железобетона необходимо для образования проемов в стенах и перекрытиях, круглых небольшого диаметра сквозных отверстий, срезки старых фундаментов для постройки новых под более мощное оборудование и в других случаях — вместо трудоемкой и дорогостоящей механичен ской резки, сопровождающейся вибрациями, разрушениями и сильным шумом.

Резка копьем по сравнению с другими видами является наиболее универсальной, позволяющей резать бетон и железобетон толщиной до 4 м в различных пространственных положениях как при ремонтных работах, так и в новом строительстве. При этом оборудование для резки относительно несложно.

Читать далее:

Краткие сведения о сталях

Статьи по теме:

pereosnastka.ru

vest-beton.ru

Термостойкость бетона - Статьи - М350

Температурный фактор оказывает существенное влияние на формирование и изменение свойств бетона. Повышение температуры при твердении ускоряет химические реакции гидратации, что положительно влияет на рост прочности бетона. Резкое ускорение процессов твердения бетонов наступает при температурах 70-95С, и особенно при 170-20С. Однако при недостатке воды в бетоне воздействие повышенных температур замедляет процесс гидратации, снижает прочность бетонов. При полном испарении воды процесс твердения прекращается. Положительное влияние повышенных температур на скорость твердения бетонов послужило основой разработки и широкого применения в технологии железобетонных конструкций тепловлажностной обработки. Бетон нагревают с помощью пара, электроэнергии, инфракрасных лучей и др. При температурах более 100С тепловлажностную обработку ведут в автоклавах и специальных герметичных формах. Для получения долговечного бетона важно свести к минимуму его деформации при температурном воздействии. Остаточные деформации имеют место при недостаточном предварительном выдерживании бетона до тепловой обработки, повышенной скорости подъема температуры и ее снижения после отключения подачи пара. Опасность возникновения трещин при развитии температурных напряжений повышается при обработке изделий большой толщины сплошного сечения или из ячеистых бетонов с повышенным водосодержанием. Возникновение термических напряжений в бетоне возможно не только при его нагреве от внешних источников тепла, но и в результате саморазогрева за счет экзотермии при твердении. Трещинообразование в массивном бетоне носит обычно термический характер. Тепловыделение, или экзотермия, бетона является следствием гидратации цемента и структурообразования цементного камня. Анализ тепловыделения (калориметрический анализ бетона) является одним из наиболее объективных высокоинформативных методов исследования, широко используемый при исследовании кинетики процессов твердения цемента, оценке влияния его химико-минералогических и структурных особенностей, эффекта химических добавок, параметров порообразования, льдообразования и др. Обстоятельные исследования применения калориметрического анализа (в различных направлениях) выполнены О.П. Мчедло-вым-Петросяном и А.В. Ушеровым-Маршаком. Имеется положительный опыт использования калориметрических данных в компьютерных системах и информационных технологиях бетона. Экспериментальное определение тепловыделения бетонов производится в калориметрах термосного, адиабатического или изотермического типов. Наиболее широкое распространение получили простые по устройству термосные калориметры, недостатком которых является переменный и по существу случайный температурный режим твердения образцов бетона. Для пересчета получаемых данных на изотермический режим твердения разработана расчетная методика установления т.н. эквивалентных сроков, т.е. таких сроков, в которые бетон при постоянной температуре твердения 20°С будет показывать те же величины тепловыделения, какие наблюдаются при проведении опыта в термосном калориметре. Установленная таким путем зависимость изотермического тепловыделения от времени твердения является основной характеристикой бетона для расчета температурных полей в массивных бетонных конструкциях. В адиабатических калориметрах повышение температуры адекватно температуре в средней части крупных бетонных массивов, однако они сложны по устройству и редко используются на практике. Наиболее предпочтительными являются калориметры изотермического типа, позволяющие поддерживать температуру бетона в процессе измерения тепловыделения на постоянном уровне. Для приближенной расчетной оценки тепловыделения бетона предложены зависимости, учитывающие удельное тепловыделение цемента, параметры состава бетона, температуру и длительность твердения. Наиболее удобна для расчетного определения тепловыделения бетона зависимость, учитывающая удельное тепловыделение цемента.

Интенсивные деструктивные процессы при нагревании бетона идут при температуре более 200°С .

Нагрев в интервале 200-400°С приводит к постепенному снижению прочности цементного камня и бетона из-за дегидратации в основном гидроалюминатов, а также распада и перекристаллизации гидросульфоалюминатов кальция. При нагревании свыше 300°С нарушается структура цементного камня и бетона в результате различия деформаций гид-ратных продуктов цементного камня и непрогидратированых зерен цемента. При 500-600°С идёт разложение гидратных новообразований и дегидратация Са(ОН)2 - продукта гидролиза клинкерных минералов, преимущественно трехкальциевого силиката, что способствует дальнейшему снижению прочности цементного камня. В интервале 600-700°С возможно модификационное превращение р - 2СаО*SiO2 в у - 2СаО*SiO2, сопровождаемое некоторым увеличением объёма. Портландцементные образцы, прогретые до температуры 600-800°С, полностью разрушаются после выдерживания их в воздушно-сухих условиях в основном в результате вторичной гидратации оксида кальция. При непрерывном нагревании ДО 1200°С прочность цементного камня составляет 35-40% прочности контрольных образцов. При этом развивается значительная усадка - до 1 % и более. Установление основной причины разрушения цементного камня - гидратации, образующегося при нагреве оксида кальция -позволило разработать основной способ придания ему жароупорных свойств. Этот способ заключается во введении в цемент или бетонные смеси тонкомолотых минеральных добавок, которые химически связывают СаО, не образуют с минералами цемента легкоплавких веществ, являются устойчивыми к воздействию высоких температур и уменьшают усадку цементного камня при нагревании. Портландцемент по жаростойкости значительно уступает шлакопортландцементу, образующему при гидратации значительно меньшее количество Са(ОН)2. При достаточной величине остаточной прочности на сжатие бетона после нагревания до 800°С и использовании шлакопортландцемента отпадает необходимость введения тонкомолотых добавок. Специфическим видом разрушения бетона при тепловом воздействии является разрушение под воздействием огня в условиях пожара. Под влиянием высокотемпературного пламени снижается несущая способность бетонных и железобетонных конструкций, а через определённое время под действием огня возможно их разрушение. Снижение прочности бетона в условиях пожара происходит в результате развития внутренних напряжений вследствие различия температурного коэффициента линейного расширения цементного камня и заполнителей. При температуре выше 500°С снижение прочности бетона под воздействием огня усиливается разложением гидроксида кальция и полиморфным превращением b-кварца в а-кварц. Огнестойкость бетона, также, как и огнестойкость других строи-тельныхматериалов, характеризуется пределом огнестойкости - продолжительностью сопротивления воздействию огня до потери им прочности. Пределом огнестойкости строительных конструкций называется время, в течение которого они сохраняют несущие и ограждающие функции в условиях пожара. Потеря конструкцией несущей способности сопровождается ее внезапным либо очень быстрым обрушением. Ограждающая способность конструкций теряется, когда температура необогреваемой поверхности в среднем возрастает на 160°С и в смежных помещениях возможно самовоспламенение материалов. При этом в конструкциях образуются сквозные трещины, через которые проникают продукты горения и пламя. Предел огнестойкости определяется испытанием образцов в специальной камере, где тепловой режим поддерживают по стандартной кривой температура-время. Предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций составляет 2-5 ч. Его повышают, увеличивая толщину бетонного слоя и подбирая соответствующий состав бетона. Способность бетона противостоять, не разрушаясь, совместному действию напряжений от механической эксплуатационной нагрузки и термических напряжений при определенном числе циклов нагрева и охлаждения либо при температурном градиенте называют термостойкостью. Требования к термостойкости бетона и железобетонных конструкций зависят от их назначения, конкретных условий эксплуатации. Так, термостойкие агрегаты должны сохранять проектную прочность в течение всего нормативного срока эксплуатации, железобетонные колонны в зданиях 1-ой степени огнестойкости при пожаре не должны разрушаться ранее 2,5 ч, покрытие пола горячих цехов должно выдерживать попеременный нагрев и остывание при действии ударных нагрузок. Существенное значение имеет вид заполнителя. Одним из важнейших факторов, влияющих на термическое расширение и термостойкость бетона, является его влажность. Равновесная влажность тяжелого бетона зависит от проницаемости бетона, степени гидратации и вида вяжущего, относительной влажности и температуры окружающей среды. Например, для тяжелого бетона на портландцементе с В/Ц=0,5 при 1=20°С равновесная влажность колеблется от 0,5 до 6,8% при изменении относительной влажности от 0,15 до 0,95. При интенсивном тепловом воздействии разрушению в большей степени подвергаются поверхностные слои бетона в изделиях и конструкциях с наибольшим градиентом влажности. Давление пара в бетоне в значительной степени зависит от скорости нагрева, проницаемости и начальной влажности. Наибольшее давление пара от теплового воздействия наблюдается при заполнении водой 70-80% порового пространства. Термостойкость бетона увеличивается с уменьшением размера крупного заполнителя, при тщательном приготовлении бетонной смеси и уходе за бетоном при его твердении с целью получения структуры с наименьшим количеством и минимальными по длине трещинами. Величина коэффициента расширения и термостойкость уменьшаются с возрастом бетона. Большей термостойкостью будет обладать бетон с меньшими значениями модуля упругости, большей теплопроводностью. Важное значение имеет также различие температурных деформаций крупного заполнителя и растворной части. Термостойкость бетона можно увеличить дисперсным армированием температуростойкими волокнами из асбеста, базальта или стальных фибр, конструктивным армированием, применением заполнителей из андезита, базальта, диабаза и других материалов, обеспечивающих минимальное различие температурных деформаций отдельных компонентов.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

Цена с доставкой в Троицке (как и везде) складывается как стоимость на самовывоз бетона в троицке + цена доставки.
Подробные детали про бетон м200 (класс, стоимость, свойства, круг применения и месторасположение производств)
Все данные о бетоне м 350 (стоимость, показатели, сфера использования и пункты отгрузки)

m350.ru

Поведение бетонных конструкций при пожаре

11 мая 2013 г.

Авторы: Заместитель генерального директора по науке Демёхин В.Н.,

Исполнительный директор Демёхин Н.В.

Особенности поведения любых конструкций при пожаре, в первую очередь, основываются на поведении строительных материалов из которых они состоят.

Под поведением строительных материалов в условиях пожара понимают комплекс физико-химических превращений, приводящих к изменению состояния и свойств материала под влиянием интенсивного высокотемпературного нагрева.

На рис. 1. показана обобщенная схема, в которой перечислены основные факторы, процессы и последствия, которые могут характеризовать поведение различных материалов в условиях пожара.

Для того чтобы понять, какие изменения происходят в структуре материала, как меняются его свойства, т.е. как влияют внутренние факторы на поведение материала в условиях пожара, необходимо хорошо знать материал - его происхождение, сущность технологии изготовления, состав, начальную структуру и свойства.

Свойствами, характеризующими поведение строительных материалов в условиях пожара называют способность материалов реагировать на воздействие внешних и внутренних факторов: силовых, влажностных, температурных и др.

Все свойства материалов взаимосвязаны. Они зависят от вида, состава, строения материала. Ряд из них оказывает более существенное, другие — менее существенное влияние на пожарную опасность и поведение материалов в условиях пожара.

Применительно к изучению и объяснению характера поведения строительных материалов в условиях пожара следует, в качестве основных, отразить следующие свойства:

Физические свойства: объемная масса, плотность, пористость, гигроскопичность, водопоглощение, водопроницаемость, парогазопроницаемость.

2. Механические свойства: прочность, деформативность.

Теплофизические свойства: теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность, тепловое расширение, теплостойкость.

Бетоны относятся к группе безобжиговых искусственных каменных материалов, получаемых в результате затвердевания смеси вяжущего вещества, воды и заполнителя (мелкого — кварцевого песка и крупного - из горных пород либо отходов промышленности).

Их классифицируют по объемной массе на:

особо тяжелые — объемная масса - 2500...6000 кг/м3 (заполнитель - чугун, свинец) применяют для сооружений биологической защиты;

тяжелые (обычные) - объемная масса - 2200...2500 кг/м3 (крупный за полнитель из тяжелых горных пород в виде щебня, гравия и мелкий — кварцевый песок) — применяют для несущих строительных конструкций;

облегченные - объемная масса - 1900...2200 кг/м3 — то же;

легкие - объемная масса 1200...1800 кг/м3 - на легких крупных заполнителях из природных и искусственных каменных материалов, и мелкого - песка; применяют для несущих и ограждающих конструкций;

особо легкие — объемная масса - 1200 кг/м3 — без крупного заполнителя; применяют в основном для ограждающих конструкций.

Особо легкие (ячеистые) бетоны получают путем введения в раствор вяжущего пенообразователя (пенобетон), либо газообразователя (газобетон).

После затвердевания бетона определяют класс бетона по прочности путем механического испытания на сжатие образцов.

Существуют классы бетона по прочности от В-1 до В-60.

Среднее значение коэффициента теплопроводности тяжелых бетонов: 1,7, легких и ячеистых: 0,16...0,64 Вт/м.°С.

Бетон применяют при производстве сборных и монолитных железобетонных конструкций.

Железобетон от бетона отличается наличием стальной арматуры, воспринимающей растягивающие усилия от внешних нагрузок, которые бетон не воспринимает, т.к. его прочность при растяжении очень незначительна.

Изучением поведения каменных материалов в условиях пожара занимались в течение нескольких десятилетий многие исследователи нашей страны: М.Я.Ройтман, Н.И.Зенков, К.Д.Некрасов, А.Ф.Милованов, В.М.Ройтман, В.В.Жуков, А.Т.Апостолов, Е.А.Мешалкин, В.Н.Демёхин и др.

Характер поведения каменных материалов в условиях пожара в принципе аналогичен для всех материалов, отличаются лишь количественные показатели. Специфические особенности обусловлены действием лишь внутренних факторов, присущих анализируемому материалу (при анализе поведения материалов в идентичных условиях действия внешних факторов).

Поскольку бетон является композиционным материалом, его поведение при нагреве зависит от поведения цементного камня, заполнителя и их взаимодействия. Мы рассмотрели в отдельности поведение при нагреве цементного камня, природных каменных материалов, отметим лишь особенности взаимодействия компонентов бетона при нагреве.

Одна из особенностей — химическое соединение при нагреве до 200°С гидроксида кальция с кремнеземом кварцевого песка (этому способствуют условия, аналогичные тем, что создают в автоклаве для быстрого твердения бетона: повышенное давление, температура, влажность воздуха). В результате такого соединения образуется дополнительное количество гидросиликатов кальция. Кроме того, при этих же условиях происходит дополнительная гидратация клинкерных минералов цементного камня. Все это способствует некоторому повышению прочности (рис. 2, кривая - 1).

При нагреве бетона выше 200°С возникают противоположно направленные деформации претерпевающего усадку вяжущего и расширяющегося заполнителя, что снижает прочность бетона (рис. 3) наряду с деструктивными процессами, происходящими в вяжущем и заполнителе.

Расширяющаяся влага при температурах от 20 до 100°С давит на стенки пор, и фазовый переход воды в пар также повышает давление в порах бетона, что приводит к возникновению напряженного состояния, снижающего его прочность. По мере удаления свободной воды прочность бетона может возрастать (рис. 3). При прогреве образцов бетона, заранее высушенных в сушильном шкафу при температуре 105...110°С до постоянной массы, физически связанная вода отсутствует, поэтому такого резкого снижения прочности в начале нагрева не наблюдается (рис. 3).

При остывании бетонов после нагрева прочность, как правило, практически соответствует прочности при той максимальной температуре, до которой образцы были нагреты. У отдельных видов бетона она несколько снижается при остывании за счет более длительного нахождения материала в нагретом состоянии, что способствовало более глубокому протеканию в нем негативных процессов (рис. 2).

Деформативность бетона по мере прогрева увеличивается за счет увеличения его пластичности (рис. 4).

Мы рассмотрели изменение прочности бетона при нагревании в ненагруженном состоянии, что не характерно для работы несущих конструкций. Поэтому, начиная с 70-х годов во ВНИИПО МВД РФ проводят испытания при нагреве нагруженных образцов бетона. При этом измеряют величины относительных суммарных деформаций (свободного расширения и сжатия под действием внешней нагрузки) и температуру (критическую), при которой происходит разрушение (утрата целостности) образца.

Как видно из рис.5, по мере повышения нагрузки уменьшаются деформации расширения и увеличиваются деформации сжатия, а разрушение (утрата целостности) образцов происходит при меньших температурах и деформациях, чем при малых нагрузках.

По результатам таких испытаний строят графики зависимости температуры (критической), при которой произошла утрата целостности образца, от величины относительной нагрузки на него при огневом испытании. Строят их в виде, показанном на рис.6, и называют величину λδ относительно й прочностью либо коэффициентом изменения прочности бетона при нагреве.

Эта величина всегда меньше единицы (по физическому смыслу - относительное напряжение от внешней нагрузки). Методика таких испытаний не позволяет зафиксировать увеличение прочности материала в начале нагрева, даже если оно и имеет место. Это видно из рис.6 — по результатам опытов построен график в диапазоне температур от 550 до 820 °С, т.к. величина относительного напряжения λδ в опытах изменялась в интервале от 0,3 до 0,7.

Из рис.6 видно, что, чем выше относительная нагрузка на образец, тем при меньшей критической температуре он разрушится. По этой зависимости исследователи делают вывод, что с увеличением температуры прочность бетона падает при испытании в напряженном состоянии. Кроме того, строительные конструкции из тяжелого бетона (железобетона) склонны к взрывообразной потере целостности (взрывообразному разрушению) при пожаре. Это явление наблюдается у конструкций, материал которых имеет влагосодержание выше критической величины, при интенсивном подъеме температуры при пожаре. Чем плотнее бетон, ниже его паропроницаемость, больше микропор, тем он более склонен к возникновению такого явления, несмотря на более высокую прочность. Легкие и ячеистые бетоны с объемной массой ниже 1200 кг/м3 не склонны к взрывообразной потере целостности.

Каменные материалы не горят в условиях пожара, но одни более, другие менее существенно снижают прочность. Поэтому в зависимости от области их применения в строительстве осуществляют подбор природных и изготовление искусственных каменных материалов с необходимыми свойствами.

Проектирование и монтад дымоудаления/ проектирование и монтаж освещения/ водяное пожаротушение/ охранные системы безопасности/

Перейти к списку статей

garantpb.ru

Влияние высоких температур на прочность бетона и железобетона

При рассмотрении влияния высоких температур на бетон и железобетон следует различать, во-первых, действие на конструкцию огня во время пожара и, во-вторых, длительное действие высоких температур на специальные железобетонные сооружения, как-то: дымовые трубы, борова для отходящих газов, фундаменты под специальные печи, бункеры для золы и шлака и т. д.

От огнестойких конструкций требуется, чтобы при пожаре, не теряя значительной части своей прочности и без опасных деформаций, они выдерживали не только высокую температуру, но также и поливку водой.

Температура во время длительных пожаров достигает 1000°С, а в отдельных случаях, например в складах горючих материалов, доходит до 1400—1600°С.

Можно ли в таких условиях причислить бетон к огнестойким материалам?

Наши нормы требуют от огнестойких конструкций сопротивления температуре в 1000° в течение 3 час. Бетон не в состоянии выдержать таких температур, так как при высоких температурах цементный раствор теряет гидратную воду, вяжущая сила цемента уничтожается и бетон распадается вследствие разных коэфициентов линейного расширения отдельных камневидных составляющих. Так, известняки разрушаются при температуре выше 800 — 900°С.

Для определения потери прочности бетона с повышением температуры еще в начале прошлого столетия Ульсон (США) произвел опыты над кубиками 10х10х10хсм и призмами 15х15х36 см из бетонов состава 1:2:4, марки 130 в возрасте 33—56 дней. В одной серии опытов щебень был вулканического происхождения, а в других—известняковый. Образцы постепенно в течение 4,5 час. нагревались в газовых печах до 1200°С.

Ульсон установил также, что с повышением температуры значительно падает модуль упругости бетона. Что касается стали, то из того же чертежа видно, что допускаемым пределом работы стали следует считать температуру в 400°С. При температуре в 600°С сталь становится практически неработоспособной.

На цементном заводе Шмидта в Копенгагене в 1912 г. были проведены следующие опыты. В дымовой камере вращающейся цементной печи у самого конца печи в струе газов горения были помещены образцы (1 часть цемента, 3 части песка, 8,5% воды, возраст 28 дней). В течение всего испытания температура была постоянной 450—500° и только один раз была доведена на четверть часа до 600°С. Испытание этих образцов на сжатие показало прочность 293 кг см», т. е. на 16% меньше нормальной, а испытание на разрыв—от 3 до 6 кг/см2 т. е. почти на 85% меньше нормальной.

Таким образом при высокой температуре прочность бетона на растяжение значительно понижается и при 600°, а может быть даже между 450 и 600° фактически сводится к нулю.

Понижение прочности бетона, различное в зависимости от камневидной составляющей, и в особенности понижение

прочности на растяжение подтверждаются опытами и других исследователей.

Нп все эти данные относятся к испытаниям небольших образцов бетона. Совершенно иначе ведет себя бетон в конструкциях и в образцах более значительных размеров. Все бетоны обладают малой теплопроводностью. Высокая температура в большей или меньшей степени действует только на наружную поверхность, но внутрь бетона проникает довольно медленно.

Это подтверждается исследованием проникания теплоты внутрь бетона, проведенным к Копенгагене Грутом.

Два цилиндра с внутренним диаметром 14 см, стенками толщиной 10 см и высотой 51 см, изготовленные из бетона состава 1:2:3, о возрасте трех месяцев нагревались при помощи электрической печи до 1000СС.

Испытание продолжалось около 9 час., в течение которых температура в бетоне измерялась на последовательных глубинах от внутренней поверхности цилиндра. Цилиндры внутри хорошо сохранились и уже после испытания немного оступились. Испытания показали их прочность на сжатие около 100 кг\см~.

На черт. 49 видим, как резко падает температура при углублении внутрь бетона от нагретой поверхности.

Опыты Чикагского университета установили влияние заполнителя на огнестойкость бетона в конструкциях и на его прочность.

Бетон на кварцевом гравии дает многочисленнные и глубокие трещины и отслаивания, что сильно снижает его прочность. Бетон с базальтом и каменноугольным шлаком не даетотслаиваний. Гранит и песчаник (песчаник в большей степени) дают трещины и отслаивания только в углах. Влияние легкоплавкости гранита и базальта наблюдается после длительного испытания только на поверхности и почти не отражается на прочности конструкции.

Известняк является лучшим заполнителем бетона. Бетон на известняке не отслаивается и дает очень мало трещин. Это подтверждается и другими опытами,несмотря на сложившееся ранее мнение о вредном влиянии известнякового щебня на прочность бетона при пожаре.

Ошибочность этого мнения объясняется тем, что соответствующие опыты проводились над малыми образцами (например опыты Ульсона), в которых прочность бетона на известняке падала более быстро, чем прочность бетона на базальте.

Испытания Чикагского университета показали, что железобетонные колонны с защитным слоем в 5 см при заполнителе из щебня-известняка в течение 8 час. выдерживали под полезной нагрузкой температуру до 1200°. После прекращения огня колонны были доведены до разрушения 2—3-кратной расчетной нагрузкой.

Таким образом можно считать, что бетон является неогнестойким только в малых образцах, в конструкциях же он должен быть отнесен к материалам столь высокой огнестойкости, что используется даже в качестве защиты металлических конструкций от огня, для чего железо полностью бетонируется.

Большое значение для огнестойкости железобетонных конструкций имеет величина защитного слоя. В балках и колоннах, подвергающихся действию огня с нескольких сторон, защитный слой должен быть увеличен по сравнению с плитами, которые могут подвергаться действию огня только с одной стороны.

Совершенно иные требования предъявляются к железобетонным сооружениям, которые в условиях их эксплуатации подвергаются длительному действию высоких температур, хотя и много ниже температур при пожарах.

Нормы 1939 г. ставили условие, чтобы железобетонные конструкции не подвергались нагреванию свыше 200°С. При более высоких температурах, как например в дымовых трубах, необходима была защита бетона специальной футеровкой.

Футеровка из огнеупорного материала может примыкать к поверхности железобетонной конструкции непосредственно, служа защитной облицовкой, или же между ними может быть предусмотрен слой засыпки или воздушная прослойка. Выбор того или иного решения зависит от применяемого для футеровки материала, в особенности от коэффициента его линейного расширения.

В нормах 1939 г. понижение прочности бетона учитывалось, начиная с температуры выше 70°С при температуре до 100°С расчетная прочность понижается на 25°/0 и от 100 до 200— на 50°/0. Для последних температур вместе с уменьшением расчетной прочности изменяется и расчетное значение модуля упругости при определении температурных усилий в конструкции.

Температурные воздействия являются источником внутреннего напряженного состояния в теле бетона. Эти напряжения могут быть определены, как для однородного тела. Но помимо них в бетоне возникают напряжения вследствие различных физико-механических свойств отдельных составляющих бетона. Из них первостепенное значение имеют коэффициенты линейного расширения а,. Появление при высоких температурах трещин и значительное понижение прочности бетона с заполнителем из кварца объясняется именно тем, что у кварца а, = от 13- 10-6 до 14- 10-6. В то же время хорошая сопротивляемость известняковых бетонов находит объяснение в небольшой величине его о., =4,5 10 6 до 8- 10-6.

Огнестойкость бетона значительно повышается, если к портландцементу или к шлакопортландцементу добавить 25% шамотной муки и из шамота же сделать также заполнители (песок и щебень). Такой бетон может работать без разрушения до 1300°, но с потерей 50%прочности.

Поведение бетонных конструкций при пожаре. Разрушение бетона на пожаре начинается при температуре

воздействие высоких температур и огнестойкость

Отличие огнестойкости от жаростойкости

Воздействие высоких температур на бетонный состав

Жароупорные бетоны

Огнестойкость конструкций из железобетона

Огнестойкость ячеистых бетонов

Заключение

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР ОГНЕВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ ПРИ ПОЖАРЕ

3.1. Причины разрушения (снижения прочности) железобетона в условиях пожара

3.2. Поведение изгибаемых конструкций в условиях пожара

Теоретические основы и общие закономерности поведения железобетонных конструкций в условиях пожара

Определяющие факторы

Температура плавления бетона

Температура для бетона: особенности проведения работ в экстремальных внешних условиях

Оптимальные условия для бетонирования

Бетонные работы в экстремальных условиях

Низкие температуры

Высокие температуры

Поведение бетона при воздействии открытого огня

Вывод

Стойкость бетона при пожаре

Отличие огнестойкости от жаростойкости

Воздействие высоких температур на бетонный состав

Жароупорные бетоны

Огнестойкость конструкций из железобетона

Огнестойкость ячеистых бетонов

Заключение

Ядерная лава способна расплавить почти любой материал « Gearmix

ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ

Pereosnastka.ru

Читать далее:

Статьи по теме:

Термостойкость бетона - Статьи - М350

Поведение бетонных конструкций при пожаре

Влияние высоких температур на прочность бетона и железобетона