2020-07-12
295
8.47 При высокотемпературном нагреве во время пожара происходят дополнительные потери предварительного напряжения в арматуре от температурной усадки и ползучести бетона на уровне продольной арматуры, релаксации напряжений в арматуре при нагреве, разности температурных деформаций бетона и арматуры и снижения модуля упругости арматуры при нагреве.
Учет дополнительных потерь предварительного напряжения в арматуре необходим при расчете деформаций и при решении вопроса дальнейшего использования изгибаемых элементов после пожара (пункт 9.9 СП 329.1325800.2017).
При температурном воздействии бетон на уровне продольной арматуры интенсивно прогревается, происходит температурная усадка бетона. Деформация температурной усадки тяжелого бетона даже при кратковременном нагреве больше, чем при нормальной температуре. Значение дополнительных потерь предварительного напряжения от температурной усадки бетона при пожаре допускается принимать равным 
40 МПа.
Дополнительные потери предварительного напряжения от релаксации напряжений в арматуре при нагреве за счет развития пластических деформаций зависят от значения напряжений в арматуре и температуры ее нагрева. Потери предварительного напряжения в арматуре от релаксации напряжений за 1-3 ч нагрева допускается принимать равными
, (8.50)
где 
- разность между температурой нагрева арматуры при пожаре и температурой при натяжении;
- предварительное напряжение в арматуре принимается с учетом всех потерь при нормальной температуре.
Дополнительные потери предварительного напряжения от разности температурных деформаций бетона и арматуры учитываются только при нагреве и принимаются равными
, (8.51)
где значения коэффициента 
определяют по таблице 5.3, коэффициента 
- по таблице 5.7, 
- по формуле (5.7) в зависимости от температуры нагрева арматуры. В охлажденном состоянии после нагрева дополнительные потери предварительного напряжения от разности температурных деформаций бетона и арматуры не учитываются, т.к. при остывании конструкции после пожара эти деформации обратимы.
Дополнительные потери предварительного напряжения в арматуре, вызванные быстро натекающей ползучестью бетона при нагреве, зависят от напряжений в бетоне на уровне продольной арматуры. Их допускается принимать равными 10 
, где 
- сжимающие напряжения в бетоне на уровне продольной арматуры.
В железобетонных конструкциях из бетона классов В30 и выше, имеющих предварительное напряжение уровней 
, после пожара потери предварительного напряжения 
в стержневой арматуре допускается определять
классов А500, А600
; (8.52)
класса А800
; (8.53)
класса А1000
; (8.54)
в проволочной арматуре классов Вр1200 - Вр1500 и канатной К1400, К1500
, (8.55)
где 
0 - остаток предварительного напряжения в арматуре, % исходного значения при изготовлении преднапряженной конструкции;
20 - температура арматуры при пожаре, °С.
Из формул (8.52)-(8.55) следует, что во время пожара от температурного воздействия происходит полная потеря предварительного напряжения в стержневой арматуре класса А600 при нагреве свыше 210°С, класса А800 - свыше 220°С, класса А1000 - свыше 350°С, в проволочной арматуре классов Вр1200-Вр1500 и канатной К1400, К1500 - свыше 330°С.
Потери предварительного напряжения в арматуре при ее нагреве выше температуры, при которой происходит полная потеря предварительного напряжения при пожаре, в охлажденном состоянии после пожара не восстанавливаются.
При нагреве арматуры ниже температуры, при которой во время пожара происходит полная потеря предварительного напряжения, в охлажденном состоянии после пожара может наблюдаться некоторое восстановление потерь предварительного напряжения в арматуре из-за обратимости дополнительных потерь от разности температурных деформаций арматуры и бетона.
8.48 Расчет огнестойкости предварительно напряженных железобетонных конструкций производится по СП 63.13330 с учетом 8.47.
9 Оценка предела огнестойкости по целостности
9.1 Предел огнестойкости по целостности Е характеризуется по образованию сквозных отверстий или трещин в бетоне железобетонных конструкций вследствие его хрупкого (взрывообразного) разрушения при пожаре либо за счет нарушения структуры бетона в конструкциях в результате прогрева бетона по толщине элемента до критической температуры.
Возможность наступления предела огнестойкости по целостности Е оценивается экспериментально или аналитически.
9.2 В плитах, стенах и стенках двутавровых балок при двухстороннем нагреве предел огнестойкости по целостности с образованием сквозных трещин наступает при прогреве бетонного сечения по всей толщине элемента до критической температуры нагрева бетона, когда полностью нарушается структура бетона. Оценка возможности потери целостности за счет возникновения прогрева бетона по сечению выше критической температуры при пожаре производится путем анализа температур прогрева элементов по всему сечению (приложения А, Б). Критические температуры нагрева бетона приведены в 8.7.
9.3 Хрупкое взрывообразное разрушение при пожаре возникает в бетонных и железобетонных конструкциях из тяжелого бетона на силикатном заполнителе с влажностью более 3,0%-3,5%, карбонатном заполнителе с влажностью более 4%, из легкого конструкционного керамзитобетона с влажностью более 5% и плотностью более 1200 кг/м 
, высокопрочного бетона класса В60 и выше, а также в плитах, стенах и стенках двутавровых балок при двустороннем нагреве бетона в расчетном сечении выше критической температуры нагрева.
Хрупкое взрывообразное разрушение бетона начинается, как правило, через 5-15 мин от начала огневого воздействия, длится в течение 20-45 мин от начала огневого воздействия, проявляется в виде отколов от нагреваемой поверхности конструкции кусков бетона (лещадей) площадью от 1 см 
до 0,5-1 м и толщиной до 15 мм, сопровождается звуковым эффектом в виде треска различной интенсивности или "взрыва". Отрыв лещадей в одной и той же зоне конструкции может неоднократно повторяться с интервалом 5-15 минут, что приводит к уменьшению толщины сечения конструкции, интенсивному нагреву арматуры, выходу из плоскости и пережогу оголенных арматурных стержней.
9.4 Хрупкое взрывообразное разрушение бетона при пожаре приводит к снижению предела огнестойкости за счет:
- уменьшения размера бетонного сечения конструкции,
- увеличения напряжений в поврежденной части сечения,
- уменьшения толщины или полного разрушения защитного слоя бетона,
- интенсивного прогрева оголенной арматуры свыше критической температуры,
- образования трещин и сквозных отверстий в тонкостенных железобетонных конструкциях толщиной 40-100 мм (стенки двутавровых балок, плиты перекрытий и покрытий, полки ребристых плит).
Причиной хрупкого взрывообразного разрушения бетона при пожаре является образование трещин в структуре бетона и их переход в неравновесное спонтанное развитие под воздействием внешней нагрузки неравномерного нагрева и фильтрации пара по толщине сечения элемента.
9.5 Хрупкое взрывообразное разрушение бетона при пожаре зависит от вида заполнителя, пористости, влажности, физических свойств бетона и скорости нагрева при пожаре.
9.6 При проектировании следует оценивать возможность возникновения хрупкого взрывообразного разрушения бетона при пожаре и его влияние на предел огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций, предусматривать меры по борьбе с хрупким разрушением бетона конструкции в целом.
Опасность хрупкого разрушения бетона практически может быть сведена к минимуму при выполнении соответствующих мероприятий.
Оценку возможности возникновения хрупкого взрывообразного разрушения бетона в железобетонной конструкции при пожаре допускается производить по рисунку 9.1 по напряжениям сжатия независимо от вида бетона.
|
Рисунок 9.1 - Зависимость хрупкого разрушения бетона от напряжений сжатия в бетоне и толщины элемента
Общая оценка возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре
9.7 Общая расчетная оценка возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре может быть произведена только на стадии разработки и подбора его состава при известных сырьевых вещественных компонентах.
Возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре для бетонов нормального твердения оценивается по значению критерия хрупкого разрушения F, который определяется по формуле
, (9.1)
где а - коэффициент пропорциональности, равный 1,16·10 
Вт·м 
/кг;
- коэффициент линейной температурной деформации бетона, 1/°С;
- модуль упругости нагретого бетона, МН/м 
(1 МН/м 
= 1 МПа = 10 кгс/см );
- плотность бетона в сухом состоянии, кг/м 
;
- коэффициент псевдоинтенсивности напряжений неоднородного материала, МН·м 
;
П - общая пористость, м /м ;
- коэффициент теплопроводности бетона, Вт/(м·°С), определяют по формулам (6.2), (6.3), (6.4) для температуры бетона 200°С;
- объемная эксплуатационная влажность бетона, м /м .
Значения коэффициентов , и 
определяют по таблицам 9.1-9.3 для средней температуры бетона 200°С-300°С.
Коэффициент линейной температурной деформации бетона нормального твердения в зависимости от вида и содержания в нем крупного заполнителя приведен в таблице 9.1.
Таблица 9.1
| Вид заполнителя | Значения | ||
| 40 | 60 | 80 | |
| Природный песок и гранитный щебень | 9,2 | 9,3 | 9,5 |
| Природный песок и известняковый щебень | 6,2 | 5,2 | 4,4 |
| Известняковый песок и щебень | 4,7 | 4,3 | 4 |
| Природный песок и крупный керамзитовый заполнитель | 8 | 7,6 | 7,2 |
| Примечание - Для бетона тепловлажностной обработки значения | |||
, 1/°С, при содержании крупного заполнителя в бетоне, %
увеличиваются в 1,1 раза.
Модуль упругости нагретого до температур 200°С-300°С бетона в зависимости от проектного класса бетона на сжатие приведен в таблице 9.2.
Таблица 9.2
| Бетон | Значения | |||||||
| В7,5 | В15 | В22,5 | В30 | В40 | В45 | В55 | В60 | |
| Тяжелый | 1 | 1,4 | 1,7 | 2 | 2,2 | 2,3 | 2,3 | 2,4 |
| На пористых заполнителях с плотностью, кг/м :
| ||||||||
| 1400 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | - | - | - | - | - |
| 1800 | 0,7 | 0,9 | 1,1 | 1,2 | - | - | - | - |
| 2200 | - | 1,1 | 1,3 | 1,4 | - | - | - | - |
| Примечание - Для бетона тепловлажностной обработки при атмосферном давлении значения | ||||||||
, МН/м 
умножаются на 0,9, для бетона автоклавной обработки - на 0,77.
Коэффициент теплопроводности бетона 
для средней температуры 200°С-300°С в зависимости от вида и содержания крупного заполнителя приведен в таблице 9.3.
Таблица 9.3
| Вид заполнителя | Значения | |
| 40 | 60 | |
| Природный песок и гранитный щебень | 1,9 | 2,3 |
| Природный песок и известняковый щебень | 1,3 | 2,0 |
| Известняковый песок и щебень | 0,9 | 1,4 |
| Природный песок и крупный керамзитовый заполнитель | 0,4 | 0,3 |
, Вт/(м·°С), при содержании крупного заполнителя в бетоне, %
Общая пористость П бетона с плотным заполнителем в зависимости от В/Ц и расхода цемента Ц приведена в таблице 9.4.
Таблица 9.4
| Водоцементное отношение (В/Ц) | Значение П, м | ||
| 300 | 400 | 500 | |
| 0,3 | 0,07 | 0,1 | 0,12 |
| 0,5 | 0,09 | 0,12 | 0,15 |
| 0,7 | 0,16 | 0,20 | 0,25 |
Общую пористость бетона с плотным заполнителем П можно определять по формулам:
для В/Ц 
0,4
; (9.2)
для В/Ц<0,4
. (9.3)
Для бетона с пористым заполнителем общая пористость П’ увеличивается на значение пористости заполнителя 
, умноженное на относительное объемное содержание заполнителя в бетоне 
, т.е. в этом случае
, (9.4)
где П’ - общая пористость бетона с пористым заполнителем;
- относительное объемное содержание заполнителя в бетоне;
- общая пористость заполнителя.
Коэффициент псевдоинтенсивности напряжений 
для бетона на портландцементе принимают по таблице 9.5 в зависимости от вида и количества заполнителей.
Таблица 9.5
| Вид заполнителя | Количество крупного заполнителя, % | Значения  для бетонов нормального твердения, МН·м 
|
| Природный песок и гранитный щебень | 50 и более | 0,53 |
| 20 и менее | 0,42 | |
| Природный песок и керамзитовый заполнитель | - | 0,31 |
| Природный песок и известняковый | 50 и более | 0,44 |
| щебень | 20 и менее | 0,35 |
| Примечания
1 В настоящей таблице приведены значения
2 Для бетона, подвергнутого тепловлажностной обработке, значение
3 Значения | ||
следует умножать на 1,14.
Эксплуатационная объемная влажность бетона 
с плотными заполнителями определяется как его средняя равновесная влажность по формуле
, (9.5)
где 
- равновесная влажность бетона по массе, кг/кг;
- плотность бетона в сухом состоянии, кг/м 
.
Влажность бетона по массе принимается по таблице 9.6 в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха 
, при которой будет эксплуатироваться рассматриваемая конструкция, и от расхода цемента.
Таблица 9.6
Расход цемента на 1 м  бетона, кг
| Влажность бетона по массе | |||
| 15 | 25 | 50 | 73 | |
| 200 | 0,5 | 0,6 | 0,9 | 1,2 |
| 300 | 0,9 | 1 | 1,3 | 2,5 |
| 400 | 1,2 | 1,5 | 2,1 | 3,0 |
| 500 | 1,5 | 2 | 2,7 | 3,8 |
| 700 | 2,1 | 3 | 3,9 | 5,4 |
| Примечание - Промежуточные значения | ||||
·10 
, кг/кг, при относительной расчетной влажности воздуха 
, %
При применении пористых заполнителей влажность бетона следует увеличивать на значение
; (9.6)
где 
- часть эксплуатационной объемной влажности бетона, обусловленная наличием в нем крупного пористого заполнителя, м /м ;
- относительный объем пористого заполнителя в бетоне;
- плотность бетона в сухом состоянии, кг/м 
;
- равновесная влажность заполнителя по массе, кг/кг.
Для керамзита среднюю равновесную влажность 
по массе принимают по таблице 9.7 в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха 
помещения, где будут эксплуатироваться бетонные или железобетонные конструкции.
Таблица 9.7
Относительная расчетная влажность воздуха  , %
| Равновесная влажность керамзита , кг/кг
|
| 15 | 0,006 |
| 25 | 0,0075 |
| 50 | 0,012 |
| 75 | 0,015 |
| 100 | 0,028 |
Относительную расчетную влажность воздуха в помещениях жилых зданий принимают равной 75%.
Относительную расчетную влажность воздуха в помещениях промышленных зданий принимают в зависимости от влажности воздуха в помещении по таблице 9.8.
Таблица 9.8
| Влажность воздуха в помещении, % | Относительная расчетная влажность воздуха в помещениях промышленных зданий  , %
|
| 60-90 | 75 |
| 30-60 | 45 |
| 10-30 | 15 |
При эксплуатации железобетонных конструкций во влажных условиях или в первый месяц влажного твердения бетона, когда все поры и капилляры заполнены водой, максимальную равновесную влажность бетона определяют по формуле
, (9.7)
где П - пористость бетона;
- плотность воды, равная 1000 кг/м 
;
- плотность бетона естественной влажности.
Наибольшая влажность бетона наблюдается непосредственно после изготовления железобетонной конструкции, по мере твердения бетон высыхает. Поэтому необходимо рассматривать возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре как во время строительства и пуска объекта в эксплуатацию, так и в процессе эксплуатации сооружения в зависимости от относительной расчетной влажности воздуха.
По значению критерия F устанавливают возможность хрупкого разрушения бетона при пожаре.
При 
4 бетон не будет подвержен хрупкому взрывообразному разрушению при пожаре, и дополнительные мероприятия по защите конструкций от хрупкого разрушения при пожаре не требуются.
При 4< F <6 бетон подвержен хрупкому разрушению при пожаре в конструкциях с напряжениями сжатия от длительной нормативной нагрузки в крайнем сжатом волокне бетона или в элементах толщиной менее 4 см. Необходима дальнейшая проверка возможности хрупкого разрушения бетона в конструкции в соответствии с 9.9.
При 
6 хрупкое разрушение бетона при пожаре неизбежно. Необходимо проведение мероприятий в соответствии с 9.14, 9.15.
9.8 Вывод о возможности хрупкого разрушения бетона при пожаре в ненесущих конструкциях делают на основании средних значений критической влажности бетонов по массе 
, равных
3% - для тяжелого бетона с крупным заполнителем из гранита;
4% - для тяжелого бетона с крупным заполнителем из карбонатных пород;
5% - для легкого конструкционного бетона с крупным пористым заполнителем;
2% - для тяжелых силикатных бетонов.
Если эксплуатационная влажность бетона 
меньше критической влажности бетона по массе, умноженной на плотность бетона: 
, то хрупкое разрушение бетона при пожаре не происходит.
