Recenze

Destrukce betonu: metody a doporučení

1.1. V případě požáru v budovách a konstrukcích, které používají betonové a železobetonové konstrukce, je možná křehká destrukce betonu. K destrukci betonu dochází náhle, rychle a je proto nejnebezpečnější.

1.2. Křehká destrukce betonu začíná zpravidla 5-20 minut od začátku požáru a projevuje se odlupováním kusů betonu z ohřátého povrchu konstrukce v podobě ploch o ploše přibližně 1 cm 2 až 0,5-1 m 2 a tloušťce 1 mm až 5 cm Destrukce betonu může pokračovat po celou dobu působení požáru až do úplného zničení konstrukce.

Křehká destrukce betonu může být doprovázena zvukovým efektem ve formě lehkého prasknutí, prasknutí různé intenzity nebo „exploze“. Při křehkém prasknutí betonu mohou kusy o hmotnosti až několika kilogramů odletět na vzdálenost 10-20 m.

1.3. Křehký lom betonu při požáru může velmi rychle vést k destrukci betonových nebo železobetonových konstrukcí. V tomto případě může být mez požární odolnosti konstrukcí výrazně nižší, než je požadováno v důsledku zmenšení velikosti betonové části konstrukce, poklesu tloušťky popř.

úplné odstranění ochranné vrstvy pracovní výztuže, stejně jako vytvoření průchozího otvoru. Zmenšení velikosti průřezu svislého nosného sloupu nebo panelu při zahřátí na jedné straně vede ke zvýšení napětí ve zbývající části průřezu, a to jak v důsledku zmenšení jeho plochy, tak v důsledku vzhledu přídavný ohybový moment (obr. 1).

Snížení tloušťky nebo odlupování ochranné vrstvy nosné výztuže u železobetonových nosníků vede k rychlému zahřátí této výztuže na kritickou teplotu (500-700 °C) a destrukci konstrukce (obr. 2).

Zmenšení tloušťky obvodové konstrukce vede k prudkému nárůstu teploty jejího nevyhřívaného povrchu na kritickou teplotu (180-220 °C) a v důsledku toho k dosažení limitu požární odolnosti konstrukce.

Rýže. 1. Vliv křehkého lomu betonu na mez požární odolnosti nosného železobetonového panelu při jednostranném působení ohně.

a — schéma panelu se zatížením (P); б – graf závislosti vnitřní teploty (T._п v případě požáru od času (t); 1 – panel; 2 — rozbitý kus betonu; t ₁ — mez požární odolnosti panelu při křehkém lomu betonu; t ₂ – stejné, bez křehkého ničení betonu; — pokojová teplota v čase t ₁ ; – totéž v okamžiku t ₂

Vlivem křehké destrukce betonu se může v ohradní konstrukci ihned nebo po nějaké době objevit průchozí otvor a konstrukce nebude překážkou šíření požáru z jedné místnosti do druhé (obr. 3). Když se v konstrukci objeví průchozí otvor, je dosaženo limitu požární odolnosti.

1.4. Při požáru se velmi často počátek křehké destrukce betonu nekryje s destrukcí celé konstrukce, ke které dochází mnohem později. V některých případech, i přes křehkou destrukci betonu, může konstrukce dlouhodobě odolávat účinkům ohně. Zároveň může být jeho limit požární odolnosti zcela dostatečný a splňovat požadavky regulačních dokumentů.

Při posuzování důsledků křehké destrukce betonu při požáru a jejího vlivu na mez požární odolnosti betonových a železobetonových konstrukcí je nutné v každém konkrétním případě zvážit možnost destrukce a mez požární odolnosti každé jednotlivé konstrukce.

Přečtěte si více

Jak zmrazit celer na zimu

1.5. Křehká destrukce betonu při požáru je nejnebezpečnější pro nosné konstrukce, zejména pro konstrukce s malým průřezem, které snesou velké zatížení. Jejich předčasná destrukce může způsobit zřícení dalších konstrukcí nebo stavby (stavby) jako celku. Zvláštní pozornost by měla být věnována možnosti křehkého lomu betonu nosných sloupů a panelů spodních podlaží a suterénů vícepodlažních budov.

Rýže. 2. Vliv křehkého lomu betonu na mez požární odolnosti nosného železobetonového nosníku

а – diagram paprsku; б — graf závislosti teploty uvnitř místnosti a teploty pracovních armatur na čase; 1 – nosník; 2 – pracovní armatury; 3 – rozbitý kus betonu; 4 – závislost vnitřní teploty na čase; 5 – totéž, vyztužení při křehké destrukci betonu; 6 – totéž, výztuž bez křehkého lomu betonu

Rýže. 3. Vliv křehkého lomu betonu na mez požární odolnosti železobetonové obvodové konstrukce

а — schéma obvodové konstrukce; б – graf závislosti vnitřní teploty Ah kde čas od času došlo k požáru; 1 – strop (strop); 2 – podlaha; 3 – uzavírací konstrukce; 4 — rozbitý kus betonu; A, B — místnosti, které jsou odděleny konstrukcí; 7 — závislost na vnitřní teplotě А od času; 8 – totéž pro křehký lom betonu; 9 – stejné, na povrchu obvodové konstrukce ze strany místnosti Бkdy nedochází ke křehkému lomu betonu

1.6. Důvodem křehké destrukce betonu při požáru je přechod trhlin již existujících před ohřevem nebo nově vzniklých při ohřevu ve struktuře betonu z rovnovážného stavu do jejich nerovnovážného a samovolného rozvoje (obr. 4) vlivem zdůrazňuje.

Rýže. 4. Schéma rozložení napětí v blízkosti trhliny způsobující odlupování betonu při jeho křehkém lomu

1 — průřez betonového prvku; 2 – prasknout; 3 — trajektorie pohybu trhliny; 4 — teplotní diagram; σ_р — tahová napětí z filtrace páry; σ_szh — tlaková napětí z nerovnoměrného rozložení teploty po tloušťce průřezu prvku a z vnějšího zatížení; h — tloušťka prvku

Rýže. 5. Konkrétní stavový diagram

R υ _T — relativní napětí na začátku tvorby nových trhlin; R υ _T — relativní napětí na začátku vývoje hlavních trhlin; I — bod maximálního napětí; II – bod nestabilního stavu betonu; 1 — vzestupná větev konkrétního stavového diagramu; 2 – stejný, sestupný; 3 — deformace žeber nebo těsnících prvků tenkostěnné konstrukce poté, co beton projde bodem maximálního napětí; ε₁ — relativní deformace v okamžiku výskytu nových trhlin; ε₂ – totéž na začátku vývoje hlavních trhlin, R – relativní napětí; ε – relativní deformace

1.7. Křehkost betonu je charakterizována hodnotou Δ R _у (obr. 5), rovnající se rozdílu relativních napětí v parametrických bodech O. Ya Berga * na stavovém diagramu betonu

* Berg O. Ya. Fyzikální základy teorie pevnosti betonu a železobetonu. M., Gosstroyizdat, 1962.

Gvozděv A.A. Struktura betonu a některé vlastnosti jeho mechanických vlastností. — V knize: Pevnost, struktura, změny a přetvoření betonu. M., Stroyizdat, 1978.

Přečtěte si více

Na jaře esnek zežloutne - co dělat?

Δ R _х = R υ _Т – R о _T, (1)

kde Δ R _х — charakteristiky křehkosti betonu;

R о _Т — relativní napětí na počátku tvorby nových trhlin;

R υ _Т — relativní napětí na začátku vývoje hlavních trhlin.

Čím menší je hodnota Δ R _х , tím větší je nebezpečí křehkého zničení betonu při požáru. V důsledku toho, čím dříve se nové trhliny v betonu objeví (tj R о _Т ), tím méně je beton křehký.

Nejkřehčí složkou betonu je cementový kámen. Jemné a hrubé kamenivo činí beton méně křehkým, protože podporuje vznik malých trhlin ve fázi výroby, přepravy a skladování konstrukcí a zabraňuje vzniku velkých hlavních trhlin při zatížení vnějším zatížením (včetně vlastní hmotnosti konstrukce). a vytápění.

1.8. Při analýze křehkého lomu betonu při požáru můžete využít základní principy mechaniky křehkého lomu. V tomto případě je charakteristikou betonu při jeho křehkém lomu koeficient pseudointenzity napětí v ústí trhliny (К₁) rovné

NA ₁ = K ₁ + b , (2)

kde К ₁ — faktor intenzity napětí homogenního materiálu, Mn m -3 / 2;

NA ₁ — součinitel pseudointenzit napětí nehomogenního materiálu, Mn m -3 / 2;

b je pozitivní funkce, která zohledňuje vliv kameniva v betonu na rozvoj trhlin (podobně jako vliv plastické zóny u plastových materiálů), Mn m -3/2.

Čím vyšší je hodnota NA ₁ tím lépe materiál odolává vzniku trhlin v něm.

Experimentálně určit hodnotu NA ₁ můžete použít stávající techniku *.

* Čerepanov G.P. Mechanika křehkého lomu. Ed. „Věda“, M., 1974 (str. 192, tabulka 4.1, odstavec 4);

Kiyoshl Okada a Wataru Koyanagi . Vliv kameniva na lomový proces betonu. Proč. Int. Conf. Mech. Chovej se. Mater. Kyoto, 1972, sv. 4, str. 72-83.

Faktor pseudointenzity stresu ( NA ₁ ) je úměrná křehkosti betonu (Δ R _х ); oba tyto ukazatele souvisejí s efektivní povrchovou energií a lomovou houževnatostí betonu. Tyto parametry jsou charakteristiky, které hodnotí odolnost betonu (jako materiálu) proti křehkému lomu.

1.9. Křehký lom betonu je také důsledkem působení napětí na beton způsobených ohřevem a vnějším zatížením a vedoucích k přechodu trhliny z rovnovážného do nerovnovážného stavu.

Největší vliv na křehkou destrukci betonu mají při požáru: vlastní teplotní napětí od teplotního gradientu napříč průřezem prvku, napětí od statické neurčitosti konstrukce, od vnějšího zatížení a od filtrace páry betonová konstrukce.

1.10. Křehkou destrukci betonu při požáru lze usnadnit štípáním při ohřevu velkého kameniva.

Při analýze příčin destrukce betonu a výběru složení betonu, které by se požárem nezničilo, je nutné prověřit možnost destrukce hrubého kameniva metodou uvedenou v příloze. 1.

1.11. Ke křehké destrukci tenkostěnných prvků železobetonových konstrukcí při ohřevu může dojít v důsledku ztráty stability, která je spojena s přítomností padající větve ve stavovém diagramu betonu. K této ztrátě stability dochází u tuhých žeber nebo těsnících prvků obklopujících tenkostěnný prvek, stejně jako u lokálního ohřevu tenkostěnné konstrukce, kdy nevytápěné oblasti působí jako tuhý rám.

Přečtěte si více

Jak vypěstovat vodní meloun Sugar Baby?

Tento zvláštní typ ztráty stability v charakteristickém bodě II na stavovém diagramu betonu (viz obr. 5) je znám z literatury *. Zpravidla je doprovázena rychle se vyskytující křehkou destrukcí materiálu s charakteristickým silným zvukem, často připomínajícím výbuch.

* Dougill TW Relevance zavedené metody zkoušení požáru konstrukcí pro železobeton. Výzkum aplikovaných materiálů. Říjen. 1966, str. 235-239.

K zamezení křehké destrukce betonu v tenkostěnných konstrukcích při požáru je nutné omezit jejich tloušťku v souladu s pokyny ve třetí části těchto Doporučení.

1.12. Křehká destrukce betonu při požáru závisí na struktuře betonu, jeho složení, vlhkosti, teplotě, okrajových podmínkách konstrukce a vnějším zatížení, tzn. záleží jak na materiálu (betonu), tak na typu betonové či železobetonové konstrukce.

1.13. Je nutné kontrolovat možnost křehkého lomu betonu při požáru a jeho vliv na mez požární odolnosti betonových a železobetonových konstrukcí a v případě potřeby zajistit opatření proti křehkému lomu betonu a konstrukce jako celku.

Riziko křehkého porušení betonu lze prakticky minimalizovat přijetím speciálních opatření.

2.1. Při vývoji nových betonových skladeb nebo zdokonalování stávajících je nutné posoudit možnost křehkého porušení betonu při požáru.

2.2. Možnost křehkého lomu betonu při požáru u normálně tvrdnoucího betonu se posuzuje hodnotou kritéria křehkého lomu ( F ), který je určen vzorcem

kde α_σ _t — koeficient lineární teplotní deformace betonu, 1/deg;

E _σ _t — modul pružnosti vyhřívaného betonu, Mn/m2;

ρ je hustota betonu v suchém stavu, kg/m3;

а — koeficient úměrnosti rovný 1,16 · 10 -2 W · m 5/2 /kg;

NA ₁ — součinitel pseudointenzit napětí nehomogenního materiálu, Mn m -3/2;

П – celková pórovitost, m 3 / m 3;

λ — součinitel tepelné vodivosti betonu, W/(m.deg);

W э _о – objemová provozní vlhkost betonu, m 3 / m 3. Hodnoty koeficientů а_σ _t , E_σ , ρ, λ jsou určeny z tabulek v příloze. 2 pro průměrnou teplotu betonu 200-300 °C.

Faktor pseudointenzity stresu (NA₁) se berou podle údajů v tabulce. 1 v závislosti na druhu a množství kameniva (pro beton z portlandského cementu).

Množství hrubého kameniva, %

Hodnoty NA ₁ pro normálně tuhnoucí beton, Mn m -3/2

Přírodní písek a žulový drť

50 a další
20 a méně

Kamenivo z přírodního písku a keramzitu

Přírodní písek a drcený vápenec

Poznámky: 1. Tabulka ukazuje hodnoty NA₁ pro beton s největší velikostí kameniva 10 mm. Pokud je velikost kameniva větší než 10 mm, hodnoty NA₁ je třeba vynásobit 1,14.

2. Údaje jsou uvedeny pro normálně tuhnoucí beton. U betonu ošetřeného tepelnou a vlhkostní úpravou jsou hodnoty NA₁ by měla být snížena 1,4krát.

3. Hodnoty NA₁ pro kompozice se spotřebou plniva 20 % jsou brány lineární interpolací.

2.3. Provozní objemová vlhkost betonu ( W э _о ) s hustým kamenivem se určí jako jeho průměrná rovnovážná vlhkost podle vzorce

W э _о = W _в ρ 10-3, (4)

kde W _в — hmotnostní rovnovážná vlhkost betonu, kg/kg;

Přečtěte si více

Jak dlouho trvá, než meloun po odkvětu dozraje?

ρ je hustota betonu v suchém stavu, kg/m3.

Hmotnostní obsah vlhkosti betonu ( W _в ) se přijímá podle tabulky. 2 v závislosti na relativní návrhové vlhkosti (φ), při které bude předmětná konstrukce provozována, a na spotřebě cementu.

Hmotnostní vlhkost betonu W _{V ·} 10, kg/kg

relativní vypočtená vlhkost vzduchu φ, %

Beton je dnes základem pro navrhování většiny stavebních projektů pro různé účely. Zaujímá vedoucí postavení na trhu stavebních materiálů a používá se k položení základů téměř všech budov ve výstavbě. Betonové výrobky však mají nízkou odolnost vůči kyselému prostředí, což často vede k jejich předčasné destrukci.

Existuje několik hlavních důvodů ničení betonu:

Mechanické. Vznikají při vysokém zatížení – statistické, dynamické, opotřebení. V takových případech je zničení výsledkem použití betonu nízké kvality, který nesplňuje požadavky na návrh.
Karbonizační a korozní procesy. Materiál má schopnost dobře absorbovat kyslík, oxid uhličitý ze vzduchu a vody. Tato kvalita nemá negativní dopad na pevnost betonové konstrukce, ale ničí výztuž. Rez, která vzniká při oxidaci kovových tyčí, zvětšuje jejich objem, což vede ke zvýšení vnitřního tlaku a lomu výrobků.
Cykly zmrazování a odmrazování. Voda přítomná v pórech betonu při teplotách pod nulou zvětšuje svůj objem, což vede k napětí, které ničí materiál.

Způsoby, jak zabránit destrukci betonu

Pevnost betonu závisí na chemickém složení cementu. Pro přípravu roztoku se doporučuje použít komponenty, které jsou odolné vůči agresivnímu prostředí, spíše než používat hustší kamenivo. Vlastnosti materiálu lze zlepšit použitím vysoce kvalitních komponentů.

Pokud je vztyčená konstrukce trvale vystavena vlhkosti, časem se vlastnosti betonu zhorší. Voda, která proniká do jeho struktury, materiál pomalu ničí. Existuje řada způsobů, jak zabránit destrukci betonu, které se používají s ohledem na stávající zatížení konstrukce.

Při natírání betonu z důvodu mechanického namáhání je nutné v první řadě rozložit tlak na konstrukci. Tato metoda účinně zabraňuje další destrukci, i když může negativně ovlivnit celkový vzhled produktu.

Pro zpomalení praskání způsobeného působením vlhkého prostředí je nutné demontovat postižená místa, která nejsou schopna plnit svou funkci. Chcete-li odstranit praskliny, je třeba je pokrýt speciálním roztokem. Na povrch celého hotového výrobku se nanášejí impregnační hmoty schopné proniknout do určité hloubky. V případech, kdy není možné zastavit destruktivní proces, se doporučuje vyměnit postiženou oblast nebo dokonce celou konstrukci.

Zničení betonu můžete zabránit zvýšením jeho hustoty. Při vyšších hladinách již kyseliny tak výrazně nepůsobí, protože brání pronikání agresivních složek do struktury materiálu. Prevenci se doporučuje provádět jak přímo ve fázi výstavby objektu, tak bezprostředně po jeho dokončení. Spočívá v dobrém utěsnění ventilačních potrubních systémů a instalaci drenážních konstrukcí. Protikorozní ochrany je dosaženo použitím materiálů na bázi syntetické pryskyřice, tekutých kaučukových směsí a barev a laků.