CC BY
0УДК 614.84
Суханов И.Д.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России им. героя РФ генерала армии Е.Н. Зиничева (г. Санкт-Петербург, Россия)
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.
| 1
L
в
100 300 500 700
Теч перетура Г^С
Рисунок 1.2 - Изменение механических характеристик термически упрочненной стали марки 20ГС при нагревании: а0,02 - условный предел упругости, а0,2-условный предел текучести, ав 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
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.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Приказ Минстроя России от 19.12.2018 N 832/пр "Об утверждении СП 63.13330.2018 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения";
2. Расчет пределов огнестойкости железобетонных конструкций: задачник [Текст]: задачник / сост. В. В. Смирнов, А. Ю. Кошелев, Э. А. Ожегов, С. В. Шархун, под общ. ред. О. А. Мокроусовой. - Екатеринбург: Уральский институт ГПС МЧС России, 2015. - 58 с;
3. Федотов Е.В. Оценка огнестойкости железобетонных плит при высоких температурах. — Журнал «Строительная механика», 2013, №5, с. 45-52;
4. Сапожников И.П. Строительные материалы и конструкции при воздействии огня. — М.: Высшая школа, 2014. — 342 с.
Sukhanov I.D.
St. Petersburg University State Fire Service EMERCOM of Russia
named after E.N. Zinichev (St. Petersburg, Russia)
FEATURES OF BEHAVIOR OF REINFORCED CONCRETE SLABS IN FIRE CONDITIONS
Abstract: article discusses the features of the behavior of reinforced concrete slabs in fire conditions. The main attention is paid to the effect of high temperatures on the materials that make up the construction of reinforced concrete slabs, such as concrete and reinforcement.
The processes occurring in concrete during heating, including changes in its physical and mechanical properties depending on temperature, are described. Special attention is paid to the influence of deformations and mechanical changes resulting from temperature influences on the limits of fire resistance of plates. Various types of plates (solid, ribbed, multi-hollow), their behavior during heating and limiting conditions for fire resistance are considered.
The results offire tests of reinforced concrete structures are presented, including the effect of suspended ceilings and vapor permeability on the durability of structures in fire conditions. The key aspects that affect the loss of the bearing capacity of the plates and the possibility of their destruction during the fire action are highlighted.
Keywords: reinforced concrete slabs, fire safety, fire resistance, high temperatures, deformations, physical mechanical properties, fire tests, bearing capacity, structural failure.
