Диссертация (1172914), страница 6
Текст из файла (страница 6)
При этом минимизируется накопление нарушенийструктуры бетона.Эта мера защиты железобетонных конструкций подтверждается и описывается в статьях [66, 121].Исходя из этого, необходимо рассмотреть крупномасштабные испытанияогнестойкости конструкций с ППФ.1.4.Влияние добавки полипропиленовой фибрына огнестойкость железобетонных конструкцийЭкспериментальные исследования огнестойкости перекрытий с добавкойППФ проводились на базе научно-производственной компании «Си Айрлайд»[125].Для проведения эксперимента использовался тяжелый бетон марки В60 сплотностью 2200 кг/м3, в одно перекрытие добавлялась ППФ. Размеры железобетонных перекрытий составляли 1700×1000×200 мм.
В результате, перекрытияс добавкой фибры показали предел огнестойкости в 180 мин. В перекрытияхбез добавки произошло взрывообразное разрушение в первой трети часа, в пе-34рекрытиях с добавкой ППФ такое явление не происходило. В течение эксперимента делались фото полипропиленовой фибры до и после нагрева (рисунок1.21, 1.22).Рисунок 1.21 – Полипропиленоваяфибра в бетоне до начала огневыхиспытаний [125]Рисунок 1.22 – ВыплавлениеППФ в бетоне после огневых испытаний [125]На фото видно наличие полипропиленовой фибры в бетоне до нагрева иотсутствие ее после воздействия температуры более 200 ℃, что подтверждаетпредположения о ее выплавлении и образовании микроканалов.Однако остается необходимость в исследовании возможности защиты бетонов от взрывообразного разрушения посредством добавки ППФ.В зарубежных научных источниках говорится о защите железобетонныхконструкций от взрывообразного разрушения за счет добавления в состав бетона ППФ, способ и механизм защиты описан в статье [126] и представлен ниже.Исследования, проводимые в Португалии в 2010 году [127] с железобетонными колоннами с использованием стальной и полипропиленовой фибры,показали свою эффективность.
Для испытаний были изготовлены железобетонные колоны размерами 250×250 и высотой 3 м. Процент арматуры в тестируемых колоннах варьировался в зависимости от процентного содержания стальной фибры, что является обычно суммарным количеством стали (стальные волокна + стальная арматура). Целью данного исследования было изучение возможности замены продольных арматурных стержней в бетонной колонне настальные волокна. Кроме того, в бетон были также добавлены полипропиленовые волокна в целях повышения огнестойкости колонн и избежание его взры-35вообразного разрушения. Испытания проводились в условиях стандартноготемпературного режима. Колонна С3 изготавливалась из бетона с добавлениемстальной фибры в размере 16,56 кг/м3 и полипропиленовой фибры в размере 1,5кг/м3, а также с четырьмя арматурными стержнями диаметром 20 мм.
КолоннаС4 изготавливались без добавления фибры и с четырьмя арматурными стержнями диаметром 25 мм. В результате выявлено, момент потери несущей способности колонн С4 и С3 одинаков. За счет уменьшения диаметра рабочей арматуры и добавления стальной фибры колонна С3 показывает такие же результаты. Тем самым можно сделать вывод, что за счет добавления стальной фибрыможно уменьшить расход стальной рабочей арматуры.
Также в качестве положительного момента можно отметить то, что в результате стальная фибра придает конструкции высокую пластичность и уменьшает раскрытие трещин.Полипропиленовая фибра защищает конструкции от взрывообразногоразрушения, что также положительно влияет на огнестойкость конструкций(рисунки 1.23, 1.24).Рисунок 1.23 – Колонна С1после испытания [127]Рисунок 1.24 – Колонна C4после испытания [127]На рисунках 1.23, 1.24 представлен вид колонн С1 и С4. Видно, что наколонне С4 по всей высоте произошло взрывообразное разрушение, колонна С136такому явлению не была подвержена.
Связано это с тем, что в колонне С1 вобъеме бетона присутствовала ППФ с расходом 1,5 кг/м3.Стоит отметить, что железобетонные конструкции предрасположены кявлению взрывообразного разрушения в основном в средах с высокой влажностью, где бетон может насыщаться этой влагой. Особенно это актуально длятоннелей метрополитена или автодорожных тоннелей.Основным конструктивным элементом в тоннелях автодорожных и метрополитена являются железобетонные блоки обделки (тюбинги), которые эксплуатируются в условиях повышенной влажности. Ранее установлено [1, 12,106], что железобетонные конструкции из тяжелого бетона с влажностью более3,5 % при пожаре имеют склонность к взрывообразному разрушению.Например, в статье [128] описано, что возникновение пожаров в тоннеляхсопровождается разрушением конструкций вследствие взрывообразного разрушения.
Для предотвращения последствий этого явления и повышения прочности конструкции применяют сталефибробетон в сочетании с полипропиленовыми микроволокнами, что позволяет минимизировать эффект взрывообразного разрушения. Данная технология защиты железобетонных конструкций, аособенно для тоннельных сооружений, является очень эффективной и позволяет повысить как их прочность, так и огнестойкость. Так, например, проводимыеисследования железобетонной обделки с добавкой и без добавки ППФ показалиее эффективность (рисунок 1.25).Рисунок 1.25 – Испытания железобетонных тюбингов с добавкойи без добавки полипропиленовой фибры на огнестойкость37На рисунке 1.25 видно, что в железобетонном тюбинге без добавки фибры имеются достаточно сильные повреждения защитного слоя и вскрытие рабочей арматуры.
В бетоне с добавкой фибры отсутствуют разрушения защитного слоя арматуры. Следует вывод, что данный способ пассивной защиты эффективен. Это говорит о необходимости исследований в данном направлении иопределения прочностных и теплотехнических показателей.Взрывообразное разрушение вызывает большую опасность обрушенияконструкций зданий и сооружений, в том числе тоннельных сооружений. Приоткалывании защитного слоя конструкции ее несущая способность и огнестойкость значительно падает, что может привести к гибели множества людей ибольшому материальному ущербу, поэтому крайне важным является проведение дальнейших исследований в данном направлении.1.5.Влияние добавки фибры на теплофизическиехарактеристики бетоновПредел огнестойкости железобетонных конструкций определяется путемрешения теплотехнической и прочностной задачи [34].
В свою очередь, для решения теплотехнической задачи необходимо знать теплофизические характеристики компонентов железобетонных конструкций (бетон, арматура и др.). Основными теплофизическими характеристиками строительных материалов являются теплопроводность и теплоёмкость ct.Для бетона в процессе его прогрева эти характеристики сильно отличаются от нормальных температур. Зависят эти изменения от вида, плотности, влажности, а также температуры. Теплофизические характеристики изменяютсятакже с введением различных добавок в бетон, например, фибры.В настоящее время существует большое количество методов определениятеплофизических характеристик, которые делятся на две группы: стационарныеи нестационарные [129].
Основой стационарных методов является неизменность во времени температурных полей, поэтому они относятся к более простым. Так, для исследования твёрдых тел относят метод плоского слоя, метод38продольного теплового потока. К отрицательным сторонам этих методов относят невозможность одновременного определения коэффициентов теплоемкости,теплопроводности и температуропроводности, а также высокую стоимость ихпроведения.Один из таких методов описан в статье [130]. Исследования проводилисьна оборудовании для термического анализа и измерения теплофизических характеристик STA 449 на образцах кубической формы со стороной грани 0,15 м сдобавкой стальной фибры диаметром 0,4 мм и длиной 20 мм.В результате исследования получены эмпирические зависимости для: марочного бетона [130]:t 0,71 32,92 /(T 273) ,ct 918742 1667,92 /(T 273)(1.2);(1.3) для торкрет-бетона [130]:t 0,73 29,28 /(T 273) ,(1.4)ct 995628 1607,33 /(T 273) ;(1.5) для торкрет-фибробетона [130]:t 0,66 29,28 /(T 273) ,ct 643563 1058,48 /(T 273) .(1.6)(1.7)В основе второй группы методов лежит идея об определении теплофизических характеристик при изменении температуры во времени.
В нашем случаеиспользуется температурная зависимость стандартного режима пожара.В России исследованиями теплофизических характеристик бетона пристандартном температурном режиме пожара занимались такие ученые, какА.И. Яковлев, Л.В. Шейнина, А.Н. Сорокин, В.М. Ройтман.В статье [34] описаны основные положения определения теплофизических характеристик путем решения обратной задачи нестационарной теплопроводности.
Заключается этот метод в определении коэффициентов теплопровод-39ности λt и теплоёмкости ct за счет сопоставления экспериментальных и расчётных зависимостей прогрева бетона во времени.Экспериментальные зависимости прогрева бетона во времени находятсяпутем огневых испытаний специально изготовленных бетонных плит. Для получения расчётных зависимостей прогрева бетона во времени теплотехническую задачу можно решить численными методами (метод элементарных балансов Ваничева, метод конечных элементов, метод конечных разностей).В данной работе [34] производились огневые испытания различных бетонных плит с целью получения теплофизических характеристик. Для эксперимента применялись такие бетоны, как керамзитобетон со степенями уплотнения1500 кг/м3 и 1600 кг/м3, бетон на трепельном заполнителе, поризованный бетон.Для фибробетонов такие показатели фактически отсутствуют, имеетсянезначительное количество работ, где исследовались, в основном, сталефибробетоны.Например, исследования [107] теплофизических характеристик сталефибробетона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
