Файл: Ильин, Н. А. Огнестойкость железобетонных и каменных конструкций лекции для студентов специальностей ПГС и СХС.pdf

жением модуля упругости и температурной ползучестью, необра­ тимы.

Температурная ползучесть зависит от скорости нагрева, ве­ личины начальных напряжений и вида стали.

Рис. 3. Снижение модуля упругости арматурных сталей с различным содержанием углерода (обо­ значения сталей приведены на рис. 2).

Ползучесть горячекатаной низколегированной стали марки 30ХГ2С при постоянной величине преднапряжений, равной 3800 кгс/см2, заметно проявляется при кратковременном нагреве до 200°С (рис. 4, а). С увеличением температуры от 250 до 300°С величина деформаций ползучести увеличивается в 2,2 раза до величины &п—1,9-10 3, что приводит к полной потере преднапряжения.

Характеристика температурной ползучести высокопрочной проволоки из стали класса Вр-П в зависимости от температуры нагрева и начальных напряжений показана на рис. 4, б. С воз­ растанием преднапряжения от 4000 до 9000 кгс/см2 npi/ темпе­ ратуре 300е С деформация ползучести увеличивается в 5,5 раза. При постоянных начальных напряжениях, равных 9000 кгс/см2, с повышением температуры от 245 до 300° С происходит увели-

чение деформаций ползучести с 2,5 - 10_3 до 5,5 -10-3. Это вызы­ вает полную потерю преднапряжения арматуры.

Величина остаточных деформаций от снижения модуля упру­ гости в 8—10 раз меньше по сравнению с деформациями ползу­ чести арматуры при заданных температурах.

Рис. 4. Изменение деформаций ползучести:

а — низколегированной стали марки 30ХГ2С в зависимости от температуры; о — высокопроч­ ной проволоки класса Вр-Ч! в зависимости от начальных напряжений и температуры

3.2. ИЗМЕНЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАТИВНЫХ

СВОЙСТВ БЕТОНА И КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. Изменение свойств бетона. С повышением температуры нагрева до 200° С прочность бетона увеличивается. При темпера­ туре 300—400° С прочность понижается примерно до первона­ чальной величины; при температуре до 500°С происходит необра­

Основными причинами разрушения бетона в результате воз­ действия высоких температур являются внутренние температур-

10

ные и усадочные напряжения составляющих компонентов (це­ ментного камня и заполнителя). Кроме этого, при температуре 547° С и более происходит дегидратация минералов цемента и выделение свободной извести. Гашение свободной извести це-

Рис. 5. Изменение прочности каменных материалов, не на­ груженных в процессе нагрева:

/ — известняк; 2 — гранит; 3 — цементно-песчаный раствор; 4 — силикатный кирпич; 5 — бетон на гранитном заполнителе; 6 — керамзитобетон; 7 — пенокерамзитобетон; ^ — бетон на известня- ,ковом заполнителе

ментного камня влагой воздуха после охлаждения бетона сопро­ вождается увеличением ее объема, что приводит к разрушению бетона. При темперздуре 573°С происходит модификационное превращение, кристаллического кварца (заполнителя), сопро­ вождающееся значительным увеличением объема минерала.

Обезвоживание цементного камня приводит к разрушению про­ странственной решетки кристаллогидратов и к потере прочности.

Изменение прочности бетона, нагруженного в процессе нагре­ ва, приведено на графике (рис. 6). Наличие нагрузки существен-

2 о io o $оо soo 4оо see боо 7оо S o о

Рис. 6. Изменение прочности бетонов, предва­ рительно нагруженных и не нагруженных в процессе нагрева:

1 — ненагруженный керамзитобетон, испытанный в охлажденном состоянии; 2 — предварительно нагру­

женный керамзитобетон на 0,2 - Я пр; 3 — то же, на

0,3 *^пр’ 4 — то же, на 0,5 -^пр (по данным автора);

5 — армированный предварительно нагруженный бе­ тон на известняковом щебне; 6 — то же, при гранит­ ном щебне (по данным А. И. Яковлева); 7 — ненагруженные образцы тяжелого бетона состава 1:4,5, испытанные в охлажденном состоянии; 8 — то же, испытанные в горячем состоянии; 9 — предваритель­ но нагруженный бетон того же состава, испытанный

в горячем состоянии' (но данным Малотрм)

но влияет на изменение прочности бетона в зависимости от тем­ пературы. Приложение определенной величины нагрузки (до критической) замедляет рост микротрещии, развитию которых в ненагруженном бетоне при нагреве и после охлаждения внешние сжимающие силы не препятствуют.

Нагревание до высокой температуры вызывает существенное изменение деформативности бетона, это является следствием по-

12

вреждения его структуры. В аналогичных условиях модуль уп­ ругости тяжелого бетона понижается интенсивнее, чем керамзитобетона (рис. 7). Характер изменения упругих и неупругих де-

JSf

Рис. 7. Изменение модуля упругости бетона в зави­

стает, а модуль деформации при сжатии уменьшается при тем­ пературе 200° С на 20—30%, при 400° С — на 40 — 70%, при 600°С — на 70—90%.

Предельная сжимаемость керамзитобетона после нагрева до 200, 400 и 600°С возрастает соответственно в 1,6; 2,2 и 2,8 раза по сравнению с первоначальной величиной.

2. Изменение свойств каменных материалов. Глиняный обык­ новенный кирпич выдерживает нагрев до 700—900° С, сохраняя прочность без признаков разрушения. Это объясняется тем, что температура обжита кирпича достигает 900° С; температура плавления равна 1000—1100° С. Значительное понижение проч­ ности глиняного кирпича происходит в диапазоне температур

900—1000° С.

13

' Силикатный кирпич но прочности при воздействии высоких температур уступает обыкновенному глиняному кирпичу (кривая 4,. рис. 5). Основной причиной снижения прочности силикатного

Рис. 8. Упругие и пластические деформации нагруженного в процессе нагрева "керамзитобетона.

кирпича считают диссоциацию гидрата окиси кальция при тем­ пературе 547—600° С и увеличение объема кварца при темпера­ туре 573° С.

X 3.3. ВЗРЫВООБРАЗНОЕ РАЗРУШЕНИЕ БЕТОНА

Поверхность влажного бетона через 10—20 мин после нача ла огневого воздействия на конструкцию взрывообразно разру­ шается: пластины площадью до 200 см2 и толщиной до 10 мм от­ летают на расстояние- 10—15 м. Такое разрушение бетона про­ исходит непрерывно по всей поверхности, подвергающейся дей­

ствию огня.

Опытами установлено, что взрывообразное разрушение бето­ на с объемной массой более 1250 кг/м3 и влажностью более 5% происходит при быстром повышении температуры его поверхно­ сти (при непосредственном воздействии пламени на конструк­ цию при пожаре) .

Высокое содержание влаги в бетоне и относительно большое сопротивление диффузии способствует образованию водяного

14

пара, который не может быстро удалиться. Образуется так на­ зываемый «эффект парового котла». Вследствие этого возникают внутренние напряжения, превышающие значения предела проч­ ности на разрыв, и происходит взрыв бетона.

При влажности бетона ниже 3% взрыв не происходит. Бето­ ны с объемной массой ниже 1250 кг/м3 не взрываются при лю­ бой влажности-

§ 4. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СЦЕПЛЕНИЕ АРМАТУРНЫХ СТАЛЕЙ С БЕТОНОМ

На величину сцепления арматурных сталей с бетонами в ос­ новном влияют температура нагрева и поверхность сталей.

С повышением температуры нагрева сцепление гладкой ар-

200 40О 600 700

т ем п ер от ура н а г /эе £ о _

Рис. 9. График изменения величины сцепления армату ры с бетоном после нагрева и последующего'.охлаждения:

1 — гладкая арматура с тяжелым бетоном; 2—то же, с керамзитобетоном; 3 — горячекатаная арматура периодического про­ филя с тяжелым бетоном; 4 — то же, с керамзитобетоном.

15

Сцепление горячекатаной арматуры периодического профиля с тяжелым бетоном в интервале температур до 300° С выше пер­ воначального значения; при температуре выше 350° С величина сцепления уменьшается и при 450° С составляет около 75% пер­

бетоном при температуре 110—400° С в 2—8 раз выше, чем глад­ кой арматуры.

§5. ПОВЕДЕНИЕ КАМЕННЫХ

ИЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ОГНЕВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

5.1. КАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Исследование реальных пожаров показывает, что у кирпич­ ных конструкций при огневом воздействии происходит отслаива­ ние наружних слоев. Отслоения кирпича при этом не отвали­ ваются и образуют своего рода защитный слой. Это объясняет­ ся их сцеплением с раствором швов.

Конструкции из глиняного обыкновенного кирпича (стены и столбы) выгодно отличаются от аналогичных конструкций, вы­ полненных из искусственных и естественных каменных материа­ лов, так как температура, при которой происходит отслоение обожженного кирпича, значительно выше, чем у естественных камней. Огнестойкость кирпичных стен определяют по прогреву необогреваемой поверхности свыше допустимой величины.

Поведение конструкций из необожженной глины и грунтов (сырцовый кирпич, саман и др., применяемые для стен сельско­ хозяйственных зданий) в условиях огневого воздействия изуче­ но недостаточно. Однако их огнестойкость не менее огнестой­ кости стен из естественных камней.

Конструкции из гипса обладают определенной огнестойко­ стью, что объясняется малым коэффициентом теплопроводностиОднако нагретые гипсовые изделия под действием воды быстро разрушаются.

16