Исследование поведения железобетонных конструкций из высокопрочного бетона при пожаре

Введение. Высокопрочный бетон обладает высокой механической прочностью и рядом других преимуществ, но склонен к взрывообразному разрушению при быстром высокотемпературном нагреве (при пожаре), что приводит к уменьшению сечений железобетонных конструкций и преждевременному наступлению предела огнестойкости по потере несущей способности (R). Результаты исследований огнестойкости конструкций из высокопрочных бетонов отсутствуют в строительной нормативной базе. Расчетный метод оценки огнестойкости конструкций из высокопрочного бетона также не проработан с апробацией огневыми испытаниями.

Цель. Экспериментальное исследование огнестойкости железобетонных плитных конструкций из высокопрочных бетонов классов В60 и В100 с учетом влияния процесса взрывообразного разрушения высокопрочного бетона при пожаре.

Материалы и методы. Огневым испытаниям подлежали серии натурных плит, изготовленные из высокопрочного бетона классов В60 и В100 с добавкой микрокремнезема в количестве 6,75, 9 и 13 %, с армированием стальной арматурой класса А500С. Для сопоставления результатов были испытаны контрольные плиты из обычного тяжелого бетона класса В30. По результатам огневых испытаний определялись пределы огнестойкости натурных плит из высокопрочного бетона и специфика взрывообразного разрушения высокопрочного бетона при пожаре. Установлен упрощенный метод оценки предела огнестойкости для плитных конструкций из высокопрочного бетона на микрокремнеземе.

Результаты. В статье приведены результаты экспериментальных исследований и огневых испытаний огнестойкости плитных конструкций из высокопрочного бетона классов В60 и В100 с добавкой микрокремнезема в количестве 6,75, 9 и 13 %, с армированием стальной арматурой класса А500С.

Выводы. Эффективность исследований определяется развитием расчетного метода оценки огнестойкости для конструкций из высокопрочного бетона при проектировании. По результатам работы выявлена необходимость дальнейших исследований огнестойкости разных типов конструкций из высокопрочного бетона с вариациями классов и видов высокопрочных бетонов в зависимости от их вещественно-количественного состава.

1. СП 468.1325800.2019. Бетонные и железобетонные конструкции. Правила обеспечения огнестойкости и огнесохранности. 2020.

2. EN 1992-1-2:2004. Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-2: General rules – Structural fire design. [EN 1992-1-2:2004. Еврокод 2: Проектирование железобетонных конструкций. Часть 1–2. Общие правила. Определение огнестойкости].

3. Каприелов С.С. Новые модифицированные бетоны. М.: ООО «Предприятие Мастер Бетон». 2010, 258 с.

4. Kim J.-K., Kim Y.-Y. Experimental study of the fatigue behavior of high strength concrete. <i>Cement and Concrete Research.<i> 1996, vol. 26, Issue 10.

5. Aitcin P.C. High-performance concrete. London: E&FN SPON. 1998.

6. Shi C., Wu Z., Xiao J., Wang D., Huang Z., Fang Z. A review on ultra-high performance concrete: Part 1. Raw materials and mixture design. <i>Construction and Building Materials.<i> 2015, no. 101, pp. 741–751.

7. Chan Y., Chu S. Effect of silica fume on steel fibre bond characteristics in reactive powder concrete. <i>Cement and Concrete Research<i>. 2004, no. 34 (7), pp. 1167–1172.

8. Леонович С.Н., Литвиновский Д.А. Аналитические зависимости прочностных, деформативных, силовых и энергетических параметров высокопрочного бетона при нагреве // <i>Вестник БНТУ<i>. 2011. № 4. С. 30–34.

9. Castillo C. Effect of transient high temperature on high-strength concrete / C. Castillo. <i>ACI structural journal.<i> 1990, vol. 87, p. 8.

10. Djaknoun S. Characterization of the Fracture Toughness of the Concrete Mortars Exposed to Elevated Temperatures/ Laboratoire de Mecanique / S. Djaknoun. <i>American Journal of Applied Sciences.<i> 2009, vol. 6(2), pp. 296–305.

11. Zhang B. Fracture energy of high performance concrete at high temperatures up to 450 C: the effect of heating temperatures and testing conditions; Napier University; University of Glasgow / B. Zhang. <i>Magazine of concrete Research.<i> 2006, vol. 58, pp. 277–288.

12. Plan L.T. Mechanical properties of high-strength concrete at elevated temperature / L.T. Plan. NISTIR 6726, National Institute of Standards and Technology. 2001.

13. ГОСТ 30247.0-94 (ИСО 834-75). Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования. 1996.

14. ГОСТ 30247.1-94. Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции. 1996.

15. Отчет по НИОКР «Проведение огневых испытаний и формирование требований к огнестойкости и огнесохранности железобетонных конструкций». Том 1. АО «НИЦ «Строительство». 2017. 271 с.

16. Отчет по НИОКР «Исследование бетонных конструкций, армированных фиброй композитной полимерной и арматурой композитной полимерной (АКП), на воздействие пожара». Том 1. АО «НИЦ «Строительство». 2019. 127 с.

17. ГОСТ 31108-2016. Цементы общестроительные. Технические условия. 2017.

18. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия. 1995.

19. ГОСТ 8736-2014. Песок для строительных работ. Технические условия. 2015.

20. СП 20.13330.2016. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (с Изменениями № 1, 2, 3, 4). 2017.

21. ГОСТ 12730.2-2020. Бетоны. Методы определения влажности. 2021.

22. Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ (ред. от 30.04.2021) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».