6.1. Втрата цілісності - або освіту наскрізних отворів або наскрізних тріщин у вологому бетоні при односторонньому нагріванні - настає через 5-20 хв після початку пожежі і супроводжується відколами бетону від нагрівається поверхні.
У тонкостінних залізобетонних конструкціях товщиною 40-200 мм це призводить до утворення наскрізних отворів і тріщин. У конструкціях товщиною більше 200 мм це призводить до відколів шматків бетону товщиною до 50-100 мм, що зменшує поперечний переріз елемента.
Причиною крихкого руйнування бетону при пожежі є утворення тріщин в структурі бетону і їх перехід в неравновесное спонтанне розвиток під впливом зовнішнього навантаження і нерівномірного нагрівання і фільтрації пара по товщині перетину елемента.
6.2. Щоб уникнути крихкого руйнування в бетоні напруги стиснення в бетоні не повинні перевищувати значень, зазначених на рис. 6.1, незалежно від виду бетону.
Мал. 6.1. Залежність крихкого руйнування бетону від напружень стиску в бетоні і товщини елемента
6.3. У залізобетонних конструкціях з важкого бетону з силікатним заповнювачем і вологістю більше 3,5%, з карбонатним заповнювачем і вологістю більше 4% можливо крихке руйнування бетону при пожежі.
Можливість крихкого руйнування бетону при пожежі по В.В. Жукову оцінюється значенням критерію крихкого руйнування F. Якщо F ≤ 4, то крихкого руйнування бетону не буде. Якщо F> 4, то бетон буде крихке руйнуватися, і межа вогнестійкості по цілісності не перевищуватиме Е15. Критерій крихкого руйнування бетону слід визначати за формулою
де а - коефіцієнт пропорційності, що дорівнює 1,16 · 10 -2 Вт · м -3/2;
# 945; bt - коефіцієнт температурної деформації бетону, приймають по табл. 2.4 для температури бетону 250 ° С;
Еbt - модуль пружності бетону, МН / м 2 (МН / м 2 = МПа = 10 кгс / см 2), визначають за формулою (2.5), в якій коефіцієнт (# 946; b приймають по табл. 2.2 при нагріванні бетону до 250 ° С;
# 961; - щільність бетону в сухому стані, кг / м 3. приймають рівною щільності бетону в природному стані за вирахуванням води, що випаровується в кількості 150 кг / м 3;
K 1 + 1 - коефіцієнт псевдоінтенсівності напружень бетону, МН · м -3/2. приймають по табл. 6.1 в залежності від виду та кількості крупний заповнювач;
# 955; - коефіцієнт теплопровідності бетону, Вт / (м · ° С), визначають за формулами (3.2) і (3.3) для температури бетону 250 ° С;
п - загальна пористість бетону.
Загальну пористість бетону з щільними заповнювачами визначають за формулами:
для бетону з В / Ц ≥ 0,4
п = Ц (В / Ц - 0,2) 10 -3; (6.2)
для бетону з В / Ц <0,4
п = (В / Ц · 8 · 10 -4) Ц. (6.3)
При наявності в складі бетону мікрокремнезема (МК) або модифікатора (МБ) значення водоцементного відносини в формулах (6.2) і (6.3) приймають: у бетоні з мікрокремнезема
в бетоні з модифікатором
Об'ємна експлуатаційна вологість бетону Wе. м 3 / м 3. дорівнює:
де Wb - рівноважна вологість бетону по масі, кг / кг.
Примітки: 1. При крупності заповнювача більше 10 мм значення K 1 + 1 множать на 1,14. 2. Для бетону обробки їх значення K 1 + 1 ділять на 1,4. 3. Значення K 1 + 1 для витрати крупний заповнювач <50 и>35% приймаються по лінійної інтерполяції.
6.4. Максимальна рівноважна вологість бетону в залізобетонних конструкціях може зберігатися в перший місяць вологого твердіння бетону або при експлуатації у вологих умовах, коли все пори і капіляри заповнені водою.
Рівноважну вологість бетону в залежності від відносної розрахункової вологості повітря, при якій буде експлуатуватися залізобетонна конструкція, і від витрати цементу приймають за табл. 6.2.
Витрата цементу, кг на 1 м 3 бетону
Вагова вологість бетону Wb · 10 2. кг / кг, в залежності від відносної розрахункової вологості повітря,%
Примітка. Проміжні значення Wb приймають по лінійної інерполяціі.
6.5. Як видно з формули (6.1), значення критерію крихкого руйнування бетону F залежить від фізичних властивостей бетону, які незначно відрізняються для різних складів, і від об'ємної експлуатаційної вологості бетону, яка істотно впливає на значення цього критерію. Чим більше вологість бетону, тим більше значення критерію крихкого руйнування і тим більше небезпека можливості крихкого руйнування бетону під час пожежі.
Необхідно розглядати можливість крихкого руйнування бетону при пожежі як під час будівництва, так і в період пуску об'єкта в експлуатацію та під час експлуатації споруди в залежності від відносної розрахункової вологості повітря.
6.6. Бетон, що має значення критерію крихкого руйнування F> 4, необхідно захистити від крихкого руйнування під час пожежі наступними заходами:
1) підвищенням протипожежної безпеки, щоб в разі пожежі його можна було локалізувати на початковій стадії;
2) зниженням розрахункової відносній вологості повітря в приміщенні;
3) додатковим конструктивним армуванням поверхневого шару бетону з боку нагріву арматурної сіткою з осередками 25-70 мм і діаметром арматури 0,5-1,0 мм;
4) нанесенням вогнезахисного покриття товщиною 2-4 см на нагрівається поверхню бетону;
5) пристроєм металевого облицювання з боку нагрівається поверхні;
6) застосуванням бетонів з обмеженою витратою цементу, зменшеним В / Ц, крупним заповнювачем з більш низьким коефіцієнтом температурного розширення.
Приклад 17.Дано. Склади важкого бетону, які застосовували при будівництві підземного торгового центру (табл. 6.3).
Найменування конструкцій, в яких застосовували бетон
Потрібно визначити можливість крихкого руйнування бетону в залізобетонних конструкціях за умови вогневого впливу пожежі.
Розрахунок. Найбільшу вологість бетон має після виготовлення конструкцій. Тому розглянемо можливість крихкого руйнування бетону при пожежі під час будівництва об'єкта, коли відносна розрахункова вологість повітря 75%.
Визначення критерію крихкого руйнування бетону F виробляємо за формулою (6.1), в яку входять значення зазначених нижче фізичних величин.
Коефіцієнт температурної деформації важкого бетону на силикатном заповнювачі при нагріванні до 250 ° С приймаємо по табл. 2.4 - # 945; bt = 8,25 · 10 -6 ° С -1.
Коефіцієнт теплопровідності важкого бетону на силикатном заповнювачі при 250 ° С визначаємо за формулою (3.2)
# 955; = 1,2 - 0,00035 · 250 = 1,11 Вт / (м · ° С).
Коефіцієнт псевдоінтенсівності напруги бетону приймаємо по табл. 6.1 з урахуванням примітки 1, так як крупність заповнювача для всіх складів бетону була 20 мм. Для 1-го складу бетону K 1 1 = 0,58 · 10 3 кН / м -3/2.
Модуль пружності для бетону класу В30 приймаємо по табл. 2.3 - Eb = 32,5 · 10 3 МПа.
коефіцієнт # 946; b. враховує зниження модуля пружності бетону з підвищенням температури до 250 ° С, приймаємо по табл. 2.2 - # 946; b = 0,6.
Еbt = 32,5 · 10 3 · 0,6 = 19,5 · 10 3 МН / м 2; # 961; = 2380-150 = 2230 кг / м 3.
Загальну пористість бетону визначають за формулами (6.2) і (6.3).
Для 1-го складу з В / Ц = 0,42> 0,4
П = 0,1 (3,7 + 0,45) (0,42 - 0,2) = 0,091.
Для 2-го складу з В / Ц = 0,36 <0,4
П = 0,08 · 5,5 · 0,36 = 0,158.
Об'ємна експлуатаційна вологість бетону визначається за формулою (6.6), в якій рівноважна вологість бетону приймається по табл. 6.2 в залежності від відносної розрахункової вологості повітря. Для 1-го складу бетону (табл. 6.3) Wе = 0,1 · 0,028 · 22,3 = 0,062 і критерій крихкого руйнування бетону дорівнює:
Для інших складів бетону обчислені значення критерію крихкого руйнування бетону F наведені в табл. 6.4. Як видно з таблиці, для складів бетону 1, 2, 3, 5 і 6 значення F ≥4.
У стіні в грунті, в пандусах, плитах покриттів і перекриттів, в колонах і балках можливо крихке руйнування бетону при пожежі під час будівництва. Тому необхідно серйозну увагу звернути на техніку пожежної безпеки, щоб в разі загоряння пожежа можна було б локалізувати на початковій стадії.
Слід зазначити, що в залізобетонних конструкціях перекриттів, у яких нижня поверхня облицьована профільним сталевим листом, і в конструкціях «стіна в ґрунті», мають облицювання з металевого листа з внутрішньої поверхні, вибухового руйнування не буде, так як облицювання перешкоджає отколу бетону з нагрівається поверхні. У цих конструкціях можливо тільки утворення тріщин глибиною до 5 см, які не вплинуть на міцність і деформативність конструкцій і не знизять їх межа вогнестійкості.
Після розпалубки залізобетонних конструкцій вологість бетону зменшується, так як порушується гігрометріческое рівновагу з повітрям. Вологий капілярно-пористий бетон висихає. Випаровування вологи з бетону починається в першу чергу з великих пір і капілярів за рахунок порушення фізико-механічних зв'язків і видалення вільної води. Потім починається випаровування води з мікропор і дрібних капілярів. Після видалення капілярної води починається видалення структурно пов'язаної і адсорбційної води зі структурних осередків, утворених дрібними кристаликами продуктів гідратації цементу і полімолекулярнимі адсорбованих шарів. Останньою видаляється вода, адсорбована в вигляді мономолекулярного шарів.
Початкова максимальна вологість бетону в конструкції після виготовлення - 5%. У перші півроку вологість бетону в середніх шарах і на поверхні вирівнюється і зменшується. Через рік вологість бетону не перевищує 2,5% і після двох років становить менше 2,0%. Рівноважна вологість бетону при відносній вологості повітря 60% не більше 1,5% і при 70% - не більше 2,5%.
Потім вологість бетону зменшується і влагопотері доходять до 2 - 5%.
Тепер розглянемо випадок пуску в експлуатацію комплексу, коли системи опалення та кондиціонування повітря ще не пущені в нормальну експлуатацію і вологість повітря - 50%.
Значення критерію крихкого руйнування бетонів F вираховували за формулою (6.1). З табл. 6.4 видно, що всі склади бетону в пусковий період пошукові роботи не будуть руйнуватися, так як значення F <4.
При експлуатації в літній період вологість повітря буде 45 - 55% і крихкого руйнування бетону не буде.
У холодну пору року, коли відносна вологість повітря в приміщеннях буде ще менше (35-45%), бетон тим більше не буде крихке руйнуватися в залізобетонних конструкціях підземного торгового центру в період пуску в експлуатацію і під час експлуатації.
Сухий капілярно-пористий бетон при підвищенні вологості в приміщеннях буде знову вбирати її і зволожувати. Якщо порушиться нормальна робота системи забезпечення або через стіни і днище потраплятиме вода, а дренаж не працюватиме, то вологість бетону може швидко підвищитися до максимальної, як це було встановлено при обстеженні залізобетонних конструкцій підземного гаража. У цьому випадку можливо крихке руйнування бетону під час пожежі.