РАСЧЕТ ЦЕЛОСТНОСТИ БЕТОНА ПРИ ПОЖАРЕ

6.1. Потеря целостности - или образование сквозных отверстий или сквозных трещин во влажном бетоне при одностороннем нагреве - наступает через 5-20 мин после начала пожара и сопровождается отколами бетона от нагреваемой поверхности.

В тонкостенных железобетонных конструкциях толщиной 40-200 мм это приводит к образованию сквозных отверстий и трещин. В конструкциях толщиной более 200 мм это приводит к отколам кусков бетона толщиной до 50-100 мм, что уменьшает поперечное сечение элемента.

Причиной хрупкого разрушения бетона при пожаре является образование трещин в структуре бетона и их переход в неравновесное спонтанное развитие под воздействием внешней нагрузки и неравномерного нагрева и фильтрации пара по толщине сечения элемента.

6.2. Во избежание хрупкого разрушения в бетоне напряжения сжатия в бетоне не должны превышать значений, указанных на рис. 6.1, независимо от вида бетона.

Рис. 6.1. Зависимость хрупкого разрушения бетона от напряжений сжатия в бетоне и толщины элемента

6.3. В железобетонных конструкциях из тяжелого бетона с силикатным заполнителем и влажностью более 3,5 %, с карбонатным заполнителем и влажностью более 4 % возможно хрупкое разрушение бетона при пожаре.

Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре по В.В. Жукову оценивается значением критерия хрупкого разрушения F. Если F ≤ 4, то хрупкого разрушения бетона не будет. Если F > 4,то бетон будет хрупко разрушаться, и предел огнестойкости по целостности не будет превышать Е15. Критерий хрупкого разрушения бетона следует определять по формуле

F = aα_btE_btρW_э / K ¹₁λп, (6.1)

где а - коэффициент пропорциональности, равный 1,16·10^-2 Вт·м^-3/2;

α_bt - коэффициент температурной деформации бетона, принимают по табл. 2.4 для температуры бетона 250 °С;

Е_bt - модуль упругости бетона, МН/м² (МН/м² = МПа = 10 кгс/см²), определяют по формуле (2.5), в которой коэффициент (β _b принимают по табл. 2.2 при нагреве бетона до 250 °С;

ρ - плотность бетона в сухом состоянии, кг/м³, принимают равной плотности бетона в естественном состоянии за вычетом испаряющейся воды в количестве 150 кг/м³;

K ¹₁- коэффициент псевдоинтенсивности напряжений бетона, МН·м^-3/2, принимают по табл. 6.1 в зависимости от вида и количества крупного заполнителя;

λ- коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м·°С), определяют по формулам (3.2) и (3.3) для температуры бетона 250 °С;

п - общая пористость бетона.

Общую пористость бетона с плотными заполнителями определяют по формулам:

для бетона с В/Ц ≥ 0,4

п = Ц(В/Ц - 0,2)10^-3; (6.2)

для бетона с В/Ц < 0,4

п = (В/Ц·8·10^-4)Ц. (6.3)

При наличии в составе бетона микрокремнезема (МК) или модификатора (МБ) значения водоцементного отношения в формулах (6.2) и (6.3) принимают: в бетоне с микрокремнеземом

(6.4)

в бетоне с модификатором

(6.5)

Объемная эксплуатационная влажность бетона W_э, м³/м³, равна:

W_э = W_bρ 10^-3, (6.6)

где W_b - равновесная влажность бетона по массе, кг/кг.

Таблица 6.1

6.4. Максимальная равновесная влажность бетона в железобетонных конструкциях может сохраняться в первый месяц влажного твердения бетона или при эксплуатации во влажных условиях, когда все поры и капилляры заполнены водой.

Равновесную влажность бетона в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха, при которой будет эксплуатироваться железобетонная конструкция, и от расхода цемента принимают по табл. 6.2.

Таблица 6.2

6.5. Как видно из формулы (6.1), значение критерия хрупкого разрушения бетона F зависит от физических свойств бетона, которые незначительно отличаются для разных составов, и от объемной эксплуатационной влажности бетона, которая существенно влияет на значение этого критерия. Чем больше влажность бетона, тем больше значение критерия хрупкого разрушения и тем больше опасность возможности хрупкого разрушения бетона во время пожара.

Необходимо рассматривать возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре как во время строительства, так и в период пуска объекта в эксплуатацию и при эксплуатации сооружения в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха.

6.6. Бетон, имеющий значение критерия хрупкого разрушения F > 4,необходимо защитить от хрупкого разрушения во время пожара следующими мерами:

1) повышением противопожарной безопасности, чтобы в случае пожара его можно было локализовать на начальной стадии;

2) снижением расчетной относительной влажности воздуха в помещении;

3) дополнительным конструктивным армированием поверхностного слоя бетона со стороны нагрева арматурной сеткой с ячейками 25-70 мм и диаметром арматуры 0,5-1,0 мм;

4) нанесением огнезащитного покрытия толщиной 2-4 см на нагреваемую поверхность бетона;

5) устройством металлической облицовки со стороны нагреваемой поверхности;

6) применением бетонов с ограниченным расходом цемента, уменьшенным В/Ц, крупным заполнителем с более низким коэффициентом температурного расширения.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

Пример 17. Дано. Составы тяжелого бетона, которые применяли при строительстве подземного торгового центра (табл. 6.3).

Таблица 6.3

Требуется определить возможность хрупкого разрушения бетона в железобетонных конструкциях при огневом воздействии пожара.

Расчет. Наибольшую влажность бетон имеет после изготовления конструкций. Поэтому рассмотрим возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре во время строительства объекта, когда относительная расчетная влажность воздуха 75 %.

Определение критерия хрупкого разрушения бетона F производим по формуле (6.1), в которую входят значения указанных ниже физических величин.

Коэффициент температурной деформации тяжелого бетона на силикатном заполнителе при нагреве до 250 °С принимаем по табл. 2.4 - α_bt = 8,25·10^-6 °С^-1.

Коэффициент теплопроводности тяжелого бетона на силикатном заполнителе при 250 °С определяем по формуле (3.2)

λ = 1,2 - 0,00035·250 = 1,11 Вт/(м·°С).

Коэффициент псевдоинтенсивности напряжения бетона принимаем по табл. 6.1 с учетом примечания 1, так как крупность заполнителя для всех составов бетона была 20 мм. Для 1-го состава бетона K ¹₁ = 0,58·10³ кН/м^-3/2.

Модуль упругости для бетона класса В30 принимаем по табл. 2.3 - E_b = 32,5·10³ МПа.

Коэффициент β_b, учитывающий снижение модуля упругости бетона с повышением температуры до 250 °С, принимаем по табл. 2.2 - β_b = 0,6.

Е_bt = 32,5·10³·0,6 = 19,5·10³ МН/м²; ρ = 2380-150 = 2230 кг/м³.

Общую пористость бетона определяют по формулам (6.2) и (6.3).

Для 1-го состава с В/Ц = 0,42 > 0,4

П = 0,1(3,7 + 0,45)(0,42 - 0,2) = 0,091.

Для 2-го состава с В/Ц = 0,36 < 0,4

П = 0,08·5,5·0,36 = 0,158.

Объемная эксплуатационная влажность бетона определяется по формуле (6.6), в которой равновесная влажность бетона принимается по табл. 6.2 в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха. Для 1-го состава бетона (табл. 6.3) W_э = 0,1·0,028·22,3 = 0,062 и критерий хрупкого разрушения бетона равен:

Для других составов бетона вычисленные значения критерия хрупкого разрушения бетона F приведены в табл. 6.4. Как видно из таблицы, для составов бетона 1, 2, 3, 5 и 6 значения F ≥4.

Таблица 6.4

В стене в грунте, в пандусах, плитах покрытий и перекрытий, в колоннах и балках возможно хрупкое разрушение бетона при пожаре во время строительства. Поэтому необходимо серьезное внимание обратить на технику пожарной безопасности, чтобы в случае возгорания пожар можно было бы локализовать на начальной стадии.

Следует отметить, что в железобетонных конструкциях перекрытий, у которых нижняя поверхность облицована профильным стальным листом, и в ограждающих конструкциях «стена в грунте», имеющих облицовку из металлического листа с внутренней поверхности, взрывообразного разрушения не будет, так как облицовка препятствует отколу бетона с нагреваемой поверхности. В этих конструкциях возможно только образование трещин глубиной до 5 см, которые не окажут влияния на прочность и деформативность конструкций и не снизят их предел огнестойкости.

После распалубки железобетонных конструкций влажность бетона уменьшается, так как нарушается гигрометрическое равновесие с воздухом. Влажный капиллярно-пористый бетон высыхает. Испарение влаги из бетона начинается в первую очередь из крупных пор и капилляров за счет нарушения физико-механических связей и удаления свободной воды. Затем начинается испарение воды из микропор и мелких капилляров. После удаления капиллярной воды начинается удаление структурно связанной и адсорбционной воды из структурных ячеек, образованных мельчайшими кристалликами продуктов гидратации цемента и полимолекулярно адсорбированных слоев. Последней удаляется вода, адсорбированная в виде мономолекулярных слоев.

Начальная максимальная влажность бетона в конструкции после изготовления - 5 %. В первые полгода влажность бетона в средних слоях и на поверхности выравнивается и уменьшается. Через год влажность бетона не превышает 2,5 % и после двух лет составляет менее 2,0 %. Равновесная влажность бетона при относительной влажности воздуха 60 % не более 1,5 % и при 70 % - не более 2,5 %.

Затем влажность бетона уменьшается и влагопотери доходят до 2 - 5 %.

Теперь рассмотрим случай пуска в эксплуатацию комплекса, когда системы отопления и кондиционирования воздуха еще не пущены в нормальную эксплуатацию и влажность воздуха - 50 %.

Значения критерия хрупкого разрушения бетонов F вычисляли по формуле (6.1). Из табл. 6.4 видно, что все составы бетона в пусковой период не будут разрушаться, так как значения F < 4.

При эксплуатации в летний период влажность воздуха будет 45 - 55 % и хрупкого разрушения бетона не будет.

В холодное время года, когда относительная влажность воздуха в помещениях будет еще меньше (35-45 %), бетон тем более не будет хрупко разрушаться в железобетонных конструкциях подземного торгового центра в период пуска в эксплуатацию и при эксплуатации.

Сухой капиллярно-пористый бетон при повышении влажности в помещениях будет вновь впитывать ее и увлажняться. Если нарушится нормальная работа системы обеспечения или через стены и днище будет попадать вода, а дренаж не будет работать, то влажность бетона может быстро повыситься до максимальной, как это было установлено при обследовании железобетонных конструкций подземного гаража. В этом случае возможно хрупкое разрушение бетона во время пожара.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: