|
Высокопрочный бетон классов В45, В55 и В60 имел прочность кубов 10x10x10 см в возрасте 28 сут соответственно 53; 66,5 и 88 МПа; к моменту испытания на огнестойкость в возрасте 49—57 сут прочность кубов — 54; 73 и 94,6 МПа, прочность призм 10x10x40 см из бетона естественной влажности соответственно — 37; 47,8 и 63 МПа (рис. 8,в). Прочность высушенных при 110°С призм и цилиндров из бетона класса В60 соответственно составила 47 и 58 МПа. Прочность на растяжение —5,2 МПа для бетона класса В55 и 5,8 МПа — для В60.
Кубиковая прочность высокопрочного бетона естественной влажности классов В55 и В60 при нагреве до 60 и 120°С снижается соответственно на 12 и 18%, после нагрева до 200°С — возрастает на 10%. Дальнейшее увеличение температуры до 800°С ведет к резкому снижению прочности 'на сжатие.
Образцы из высокопрочного бетона, хранившиеся на воздухе в течение 7 сут после кратковременного нагрева до 800°С, легко разламывались в руках. Это объясняется нарушением структуры бетона вследствие разности температурных деформаций цементного камня и заполнителя, модификационного превращения кварца в заполнителе [12], дегидратации гидрата окиси кальция и гашения свободной окиси кальция цементного камня после нагрева (выше 600°С) и охлаждения бетона.
Уменьшение призменной прочности при 60—120°С еще более существенно и составляет 22—30%.
Предварительно высушенные образцы из высокопрочного бетона в интервале температур 20—200°С несколько повысили прочность на сжатие, которая составила примерно 103% прочности ненагреваемых образцов. Дальнейшее повышение температуры приводит к уменьшению прочности на сжатие предварительно высушенного высокопрочного бетона, у которого характер снижения такой же, как для образцов из бетона естественной влажности. При нагреве до 300°С прочность высокопрочного бетона на растяжение уменьшается в среднем на 12%, при температуре 800°С она составляет 10% контрольной прочности.
Прочность бетона призм естественного твердения при нагружении их после нагрева до температуры 60, 120, 200, 400, 480, 570, 680 и 800°С составила соответственно 78, 70, 82, 73, 45, 25, 14 и 5% прочности бетона при нормальной температуре. За 100% принята прочность бетона призм естественной влажности, испытанных при 20°С. Изменение относительной призменной прочности не зависит от класса бетона.
При испытании призм по методике, разработанной в НИИЖБе, образцы из бетона естественной влажности, нагруженные до уровней напряжений 0,8; 0,7; 0,65; 0,5 и 0,ЗЛ/>, разрушились при температуре 50, 70, 420, 495 и 640°С. Образцы, высушенные при температуре 110°С и нагруженные до уровня напряжений 0,9, 0,7, 0,5 и 0,ЗЯ^>, разрушились при температуре соответственно 415, 450, 560 и 720°С.
Различные методики, разработанные в НИИЖБе и ВНИИПО, для призм и полых цилиндров, высушенных при 110°С, показали примерно одинаковые результаты, независимо от скорости нагрева и формы нагреваемых образцов. Разница в результатах испытаний не превышает 6%. Так, при уровнях напряжений 0,7; 0,5 и 0,3 прочности на сжатие, призмы и цилиндры разрушались соответственно при температуре 450 и 480, 560 и 570, 720 и 680°С, несмотря на то, что цилиндры нагревались с большей скоростью, чем призмы.
Относительная прочность цилиндров и кубов, нагруженных после нагрева, при температуре выше 480°С изменяется одинаково. Это дает возможность для оценки изменения относительной прочности бетона при нагреве до высоких температур пользоваться данными испытаний кубов в охлажденном состоянии после нагрева до заданных температур, а не полых цилиндров в нагретом состоянии.
Опытами установлено, что с повышением температуры прочность на сжатие и растяжение высокопрочного бетона классов В55—В60 уменьшается. Причем прочность высокопрочного бетона, нагруженного в нагретом состоянии в призмах, на 8—15% меньше прочности бетона в цилиндрах.
Температуры, соответствующие разрушению призм и полых цилиндров из высокопрочного бетона, высушенных при 110°С и нагретых в нагруженном состоянии, были практически одинаковыми, независимо от скорости нагрева и формы образцов. Чем выше кубиковая прочность бетояа естественной влажности, тем меньше она снижается при температуре до 120°С. Уменьшение относительной призмен-ной прочности обычного бетона на гранитном щебне при нагружении после нагрева не зависит от класса бетона.
Керамзитоперлитобетон классов В25 и В30 в 28-суточ-ном возрасте при нормальной температуре имел соответственно кубиковую прочность 21,6 и 30,1 МПа, призменную прочность — 24,6 и 26 МПа и прочность на растяжение при раскалывании 2,2 и 2,4 МПа (рис. 8,г).
Кубиковая прочность керамзитоперлитобетона классов В25 и В30, имеющего естественную влажность, при нагреве до 600СС уменьшается в среднем на 60%. При хранении на воздухе в течение 7 сут после кратковременного нагрева до 800°С кубиковая прочность керамзитоперлитобетона снижается еще на 6%. Кубиковая прочность бетона, высушенного при 110°С, снижается более интенсивно, чем у бетона, имевшего естественную влажность, однако при 800°С они практически одинаковы.
Прочность на растяжение керамзитоперлитобетона, имевшего естественную влажность, при нагреве до 230°С увеличивается в среднем на 23% и при дальнейшем нагреве до 800°С уменьшается на 55%.
Призменная прочность керамзитоперлитобетона естественной влажности при нагреве до 60 и 120°С снижается соответственно на 13 и 25%, что, по-видимому, обусловлено адсорбционным действием влаги.
При дальнейшем нагреве происходит увеличение объема заполнителей и разность температурных деформаций цементного камня и заполнителей способствует образованию микротрещин [12], что обусловлено снижением призменной прочности бетона при 200°С и на 34% и при 400°С — на 40%.
При 600 и 800°С происходит дегидратация гидросиликата и гидроалюмината кальция, что способствует нарушению структуры цементного камня, увеличению объема и разрушению структуры керамзитоперлитобетона, вследствие чего призменная прочность снижается при 600°С на 52%> и при 800°С — на 72%. Изменение относительной призменной прочности не зависит от класса керамзитоперлитобетона.
Анализируя отечественные и зарубежные исследования о влиянии температуры до 800°С на прочность при сжатии и растяжении, на призменную прочность, следует отметить, что прочность бетона на сжатие в нагретом и в остывшем состояниях после нагрева до 500°С оказалась примерно одинаковой. При нагреве выше 500°С прочность на сжатие
бетона после нагрева в охлажденном состоянии была несколько меньше, чем в нагретом состоянии. Образцы из бетона после нагрева до 600—800°С и хранившиеся на воздухе 7—10 сут имели дополнительное снижение прочности на сжатие вследствие нарушения структуры бетона, вызванного дегидратацией гидрата оксида кальция и гашением свободной окиси кальция цементного камня после нагрева выше 600°С, модификационного превращения кварца в заполнителе и разности температурных деформаций цементного камня и заполнителя [12]. При нагреве до 500°С предварительно нагруженных образцов до 0,2—0,4Я/> прочность на сжатие бетона была на 15—20% больше, чем в образцах нагретых, а потом нагруженных. При напряжениях сжатия 0,5—0,1 Кь в последующем нагреве прочность на сжатие бетона была на 20—30% меньше, чем в образцах, нагруженных после нагрева. Влажность бетона существенно влияет на прочность при сжатии при нагреве до 150—200°С. Во влажном бетоне прочность на сжатие при нагреве до 200°С снижается в большей степени и составляет 70—60% прочности при нормальной температуре. Чем быстрее бетон высыхает при нагреве, тем меньше снижается его прочность на сжатие.
Охлаждение бетона водой после кратковременного нагрева приводит к дополнительному снижению на 20—30% прочности на сжатие.
После кратковременного нагрева до 500°С через один год нахождения бетона на воздухе прочность на сжатие восстанавливается, а после нагрева до 600°С и выше при длительном нахождении на воздухе бетон разрушается.
Для определения прочности бетона на сжатие и растяжение после пожара вполне допустимо образцы сначала нагреть до требуемой температуры и потом испытать в охлажденном состоянии, как это рекомендует ГОСТ 10180—89.
Для определения влияния нагрева на призменную прочность бетона и на деформации сжатия призмы из бетона естественной влажности предварительно нагружаются до относительного напряжения сжатия 0,2; 0,4; 0,6 и 0,8/? и затем нагреваются до тех пор, пока призмы не разрушаются.
образца и приспособлением для измерения деформаций и температур бетона согласно ГОСТ 24452—80.
Для определения призменной прочности при нагреве сотрудники ВНИИПО предложили методику, которая оценивала бы прочность отдельных слоев неравномерно нагретой конструкции. В качестве моделей были предложены образцы, имеющие форму полого цилиндра. Выбор образца в виде полого цилиндра обусловлен был тем, что бетон в тонкостенном цилиндре нагревался равномерно, так как нагрев осуществлялся с внутренней и наружной стороны. Этим приемом предполагалось избежать температурный перепад по сечению образца, который имеется в призмах и влияет на результат испытаний, и прочность не соответствует фактической прочности бетона в конструкции.
Однако при изготовлении тонкостенных пустотелых цилиндров приходится применять мелкозернистый бетон. И, кроме того, бетонные цилиндры необходимо высушивать при 110°С, чтобы бетон не потрескался при нагреве.
Было установлено, что повышение скорости нагрева цилиндров с 360 до 845°С/ч не влияет на их прочность при сжатии и что бетон разрушается хрупко и при меньших предельных деформациях сжатия.
Опыты, проведенные в НИИЖБе, показали, что бетон в призмах при нагреве со скоростью 150°С/ч и последующей выдержке при каждой температуре нагрева 4 ч, как и в цилиндрах со скоростью 845°С/ч прогревается равномерно. Относительная прочность на сжатие при нагреве в призмах и цилиндрах примерно одинаковая.
Относительная прочность бетона при нагреве выше 480°С в цилиндрах, испытанных по методике ВНИИПО, и кубов, испытанных в охлажденном состоянии после нагрева, также была близка. Кроме того, предельные деформации сжатия бетона в цилиндрах были меньше, чем в призмах.
|
|
