5. Свойства бетона и арматуры при огневом воздействии и после него бетон

5.1. Нормативные R_b,n и расчетные R_b сопротивления бетона осевому сжатию (призменная прочность), начальный модуль упругости бетона при сжатии Е_b следует принимать по СНиП 2.03.01-84*.

При пожаре в нагруженном состоянии конструкции подвергаются высокотемпературному огневому воздействию, которое изменяет свойства бетона. Изменение прочности бетона на осевое сжатие с увеличением температуры учитывают коэффициентом условий работы бетона _bt, представляющим собой отношение прочности бетона при нагреве к прочности бетона при нормальной температуре.

Изменение модуля упругости бетона с увеличением температуры учитывают коэффициентом _b, представляющим собой отношение модуля упругости бетона при нагреве к модулю упругости бетона при нормальной температуре.

При нагреве увеличиваются пластические деформации бетона. Упругопластические свойства бетона учитывают коэффициентом , представляющим собой отношение упругих деформаций к полным.

Значения коэффициентов условий работы g_bt, _b, для различных видов бетона приведены в Приложении 1.

5.2. При нагревании бетона естественной влажности полная температурная деформация бетона состоит из двух видов деформаций: обратимой - температурное расширение _bt и необратимой - температурная усадка _cs. Значения коэффициентов температурного расширения _bt и температурной усадки _cs для различных видов бетона в диапазоне температур от 20 до 1000°С приведены в Табл. 2 и 3.

Таблица 2.

Вид бетона	Коэффициент температурной деформации бетона bt·106·С1 при температуре бетона, С
	2050	100	300	500	7001000
Тяжелый на гранитном заполнителе	9	9	8	11	14,5
Тяжелый на известняковом заполнителе	10	10	9	12	15,5
Конструкционный керамзитобетон	8,5	8,5	7	5,5	4,5

Таблица 3.

Вид бетона	Коэффициент температурной усадки бетона cs·106·С1 при температуре нагрева бетона, °С
	20-50	100	300	500	700-1000
Тяжелый на гранитном заполнителе	0,5	1,0	1,0	-1,8	-6,8
Тяжелый на известняковом заполнителе	0,5	1,5	1,1	1,3	1,5
Конструкционный керамзитобетон	2,0	2,0	1,5	1,5	1,5

5.3. Коэффициент теплопроводности тяжелого бетона на гранитном щебне:

 = 1,2 - 0,00035t Вт/м·°С; (1)

на известняковом щебне:

 = 1,14-0,00055t Вт/м·°С; (2)

конструкционного керамзитобетона:

 = 0,36-0,00012t Вт/м·°С. (3)

Коэффициент теплоемкости тяжелого бетона на гранитном и известняковом щебне:

C = 00,71+0,00083t кДж/°С, (4)

конструкционного керамзитобетона:

C = 0,83+0,00042t кДж/°С. (5)

Приведенный коэффициент температуропроводности бетона вычисляют по формуле:

a_red = /(C+50W) м²/c (6)

где:  и С - расчетные средние коэффициенты теплопроводности и теплоемкости бетона, вычисляют для температуры 450°С;

W - весовая эксплуатационная влажность бетона, в кг/кг;

 - плотность сухого бетона, кг/м³.

Увеличение коэффициента теплоемкости на 50W связано с учетом расхода тепла на испарение свободной воды в порах бетона.

5.4. Диаграмма деформирования бетона состоит из трех линейных участков, соединяющих характерные базовые точки (Рис. 1). Первый участок диаграммы 0-1 характеризует упругую работу бетона до условного предела пропорциональности. На втором участке 1-О установлена связь между напряжения R_b_bt ми и деформациями бетона от условного предела пропорциональности до предельного значения напряжения при однородном напряженном состоянии - при центральном сжатии (прямоугольная эпюра напряжений). Третий участок О-2 при постоянном значении напряжений, равном сопротивлению бетона сжатию R_b_bt, характеризует изменение предельного значения деформаций бетона от однородного напряженного состояния до наибольшего значения при неоднородном напряженном состоянии (при треугольной эпюре деформаций) бетона.

Рис. 1. Расчетная диаграмма деформирования бетона на сжатие при нагреве.

Напряжения в основной базовой точке «О» диаграммы принимаются равными значению сопротивления бетона при центральном сжатии R_b_bt и соответствующей предельной деформации _bo. Предельную деформацию при центральном сжатии e_bo, в основной базовой точке «О» диаграммы деформирования бетона принимают по Табл. 4.

Таблица 4

Температура (°С) менее нагретого бетона в сечении	Предельная деформация eb0 (%) при центральном сжатии
	тяжелого бетона на заполнителе		конструкционного керамзитобетона
	гранитном	известняковом
20	0,20	0,25	0,20
100	0,25	0,30	0,25
200	0,35	0,40	0,30
300	0,55	0,60	0,45
400	0,65	0,75	0,60
500	0,90	0,95	0,95
600	1,20	1,25	1,20
700	1,30	1,40	1,35
800	1,50	1,60	1,85

При огневом воздействии сжатые элементы подвергаются неравномерному нагреву. Разрушение этих элементов происходит по более прочному, менее нагретому бетону, обладающему меньшей предельной деформацией. Поэтому предельная деформация сжатия бетона, приведенная в Табл. 4, должна приниматься по наименьшей температуре нагрева бетона в поперечном сечении элемента.

Значение напряжения при сжатии для первой дополнительной точки диаграммы деформирования бетона принимается:

_b1 = R_bg_bt1 = 0,6R_bg_bt, (7)

где: g_bt1 = 0,6 g_bt.

Деформацию бетона, соответствующую напряжению _b1, определяют по формуле:

e_b1 = R_bg_bt1/E_b_b = 0,6R_bg_bt/E_b_b (8)

Значение напряжения _b2 для второй дополнительной точки диаграммы деформирования бетона принимают максимальными, равными R_bg_bt. Деформация бетона, отвечающая этому напряжению, является наибольшей предельной деформацией при неоднородном напряженном состоянии (при треугольной эпюре деформаций) и принимается:

e_b2 =1,7e_b0, (9)

Предельную деформацию сжатия e_b2 при неоднородном напряженном состоянии принимают по Табл. 5 в зависимости от средней температуры бетона сжатой зоны, которую принимают по Рис. 7.

Таблица 5

Средняя температура бетона сжатой зоны, °С	Предельная деформация крайнего волокна бетона сжатой зоны eb2, (%)
	тяжелого бетона на заполнителе		конструкционного керамзитобетона
	гранитном	известняковом
20	0,34	0,42	0,34
50	0,38	0,46	0,38
100	0,42	0,51	0,42
150	0,50	0,60	0,46
200	0,59	0,68	0,51
250	0,76	0,85	0,63
300	0,93	1,02	0,76
350	1,00	1,14	0,89
400	1,10	1,27	1,02

5.5. При расчете огнестойкости используют диаграммы деформирования бетона на сжатие от кратковременного огневого воздействия, построенные с учетом изменения свойств бетона в нагретом состоянии при пожаре и в зависимости от изменения относительного нормативного сопротивления бетона сжатию, приведенные в Приложении 2.

При расчете огнесохранности конструкции после пожара используют диаграммы деформирования бетона при сжатии после кратковременного огневого воздействия, т.е. в охлажденном состоянии. Диаграммы деформирования бетона на сжатие построены в зависимости от изменения относительного расчетного сопротивления бетона сжатию. Деформации и температуры для промежуточных значений определяются интерполяцией.