Суханов И.Д.
ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА *
Аннотация:
в статье рассматриваются особенности поведения железобетонных плит в условиях пожара. Основное внимание уделено влиянию высоких температур на материалы, составляющие конструкцию железобетонных плит, такие как бетон и арматура. Описываются процессы, происходящие в бетоне при нагреве, включая изменение его физико-механических свойств в зависимости от температуры.Особое внимание уделено влиянию деформаций и механических изменений, возникающих в результате температурных воздействий, на пределы огнестойкости плит. Рассматриваются различные типы плит (сплошные, ребристые, многопустотные), их поведение при нагреве и предельные состояния по огнестойкости.Приведены результаты огневых испытаний железобетонных конструкций, в том числе влияние подвесных потолков и паропроницаемости на долговечность конструкций в условиях пожара. Выделяются ключевые аспекты, которые влияют на потерю несущей способности плит и возможность их разрушения в процессе огневого воздействия.
Ключевые слова:
железобетонные плиты, пожарная безопасность, огнестойкость, высокие температуры, деформации, физико-механические свойства, огневые испытания, несущая способность, разрушение конструкций
Железобетонные плиты являются важнейшими элементами несущих и ограждающих конструкций зданий, от которых зависят безопасность и устойчивость сооружений в условиях пожара. Основными материалами, из которых состоят плиты, являются бетон и арматура. Их взаимодействие и физико-механические изменения при нагреве определяют фактический предел огнестойкости железобетонных плит.Бетон — это композитный материал, состоящий из цементного камня и заполнителей. При воздействии высоких температур на бетон происходят различные химические и физические процессы, которые могут как увеличивать, так и снижать его прочностные характеристики [3].На начальной стадии нагрева, при температурах до 200°С, происходит образование дополнительных гидросиликатов кальция за счет химического взаимодействия гидроксида кальция с кремнеземом кварцевого песка, что способствует незначительному увеличению прочности бетона [2] (рис. 1.1, а, кривая 1).Рисунок 1.1 - Изменение временного сопротивления сжатию различных видов бетона в нагретом состоянии (а - без нагрузки, б - после нагрева и остывания без нагрузки): 1 - тяжелый бетон, 2 - легкий бетон с заполнителем из шлаковой пемзы, 3 - легкий бетон с заполнителем из керамзитового гравия, 4 - перлитобетон, 5 - газозолобетон, 6 - пенокерамзитобетон, 7 - пенобетон с заполнителем из шлаковой пемзы.Однако дальнейший нагрев приводит к противоположным процессам: усадка цементного камня и расширение заполнителя начинают снижать прочность. Деструктивные процессы усиливаются при удалении влаги из бетона, что вызывает внутренние напряжения и снижает прочность материала. При температурах выше 200°С процессы дегидратации и разрушения структуры бетона продолжаются, что значительно ухудшает его физико-механические свойства.Кроме того, бетон склонен к взрывообразному разрушению при пожарах, если его влажность превышает критическую величину, особенно при интенсивном нагреве. Чем плотнее бетон, тем выше риск взрывного разрушения, так как у плотных бетонов ниже паропроницаемость. Легкие и ячеистые бетоны, имеющие меньшую объемную массу и более пористую структуру, обладают меньшей склонностью к взрывообразному разрушению [4].Арматура, включенная в железобетонные плиты, также изменяет свои характеристики при воздействии высоких температур. Сталь, как и другие металлы, с повышением температуры теряет прочность, что обусловлено увеличением подвижности атомов и ослаблением межатомных связей. На рисунке 1.2 видно, что при температурах выше 400°С происходит снижение предела прочности и упругости арматурной стали, что негативно сказывается на несущей способности железобетонных плит.Рисунок 1.2 - Изменение механических характеристик термически упрочненной стали марки 20ГС при нагревании: σ0,02 - условный предел упругости, σ0,2- условный предел текучести, σв временное сопротивление разрыву (предел прочности) [2].Особенностью арматурной стали является зависимость её поведения от химического состава и способа упрочнения.Углеродистая сталь при нагреве теряет свою прочность, но восстанавливает ее после остывания. В то же время низколегированные стали при температурах до 300°С могут демонстрировать некоторое увеличение прочности, которая сохраняется и после остывания.Термически упрочненная арматура при нагреве теряет свои упрочненные свойства необратимо, что снижает предел прочности и текучести, ухудшая общую устойчивость конструкции.Огнестойкость плит перекрытий зависит от различных факторов, включая тип бетона, характеристики арматуры и наличие защитных слоев. Плиты могут утрачивать свою несущую способность, теплоизолирующие свойства или целостность при воздействии пожара [4].Однако многочисленные огневые испытания показывают, что для большинства современных плит перекрытий критическим является предельное состояние по несущей способности (R).В ходе пожара плиты подвергаются воздействию высоких температур, преимущественно с нижней стороны. Это приводит к снижению прочности растянутой арматуры, в то время как сжатая часть бетона и арматуры нагреваются значительно меньше.В большинстве случаев разрушение железобетонных плит происходит в результате образования пластического шарнира в месте максимального изгибающего момента. Температурная ползучесть арматуры и раскрытие трещин в бетоне на фоне высоких температур способствуют разрушению сжатой зоны и обрушению конструкции.Для некоторых типов плит (например, ребристых плит) характерна высокая огнестойкость благодаря развитой сжатой зоне и наличию дополнительной арматуры. Многопустотные плиты, в отличие от сплошных плит, более подвержены разрушению из-за слабых приопорных участков, что требует их дополнительного армирования.Железобетонные плиты, являясь основными несущими конструкциями зданий, проявляют сложное поведение в условиях пожара. На огнестойкость плит влияют как физико-химические изменения в бетоне и арматуре, так и конструктивные особенности самих плит.В условиях пожара железобетонные плиты могут терять свою несущую способность из-за потери прочности арматуры и деструктивных процессов в бетоне, что требует особого внимания к проектированию и использованию плит в зданиях, особенно с повышенными требованиями к пожарной безопасности.
Номер журнала Вестник науки №9 (78) том 4
Ссылка для цитирования:
Суханов И.Д. ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ В УСЛОВИЯХ ПОЖАРА // Вестник науки №9 (78) том 4. С. 590 - 596. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/17450 (дата обращения: 09.07.2025 г.)
Вестник науки © 2024. 16+