48 - Вплив вогню на залізобетонні конструкції
Пожежа загрожує життю через задуху, отруєння та високу температуру, але якщо вона трапляється в будівлі, небезпека збільшується структурою самої будівлі. У відкритому приміщенні, на свіжому повітрі, майже неможливо перевищити 700ºC. У закритому приміщенні температура піднімається на 30% більше за рахунок відбиття і випромінювання стін.
Критична точка займання (точка спалаху) знаходиться при 273ºC, до цього часу це впливатиме лише на алюмінієву конструкцію. Звідси розробляється так званий еквівалентний або нормалізований вогонь, на який посилаються всі норми та вогнестійкість матеріалів, вимірювана хвилинами. Понад 40 хвилин еквівалентного вогню, ми вже говоримо про дуже важливу пожежу з певним ризиком для життя людини.
Щоб отримати посилання на те, як високі температури впливають на матеріали, ми скажемо, що при 400 ºC сталь стає пластичною, а при 600 ºC відбувається раптовий спад її опору.
Бетон починає псуватися при температурі вище 380 ºC протягом тривалих періодів часу. При 400 ° С втрачається стійкість між 15-25%, залежно від того, це вапняк або кремнієві заповнювачі. Понад 800 ° C він більше не володіє життєздатною міцністю на стиск і буде слабшати далі, коли охолоджується, коли вогонь згасне.
Вплив на залізобетон
Вплив на залізобетонні конструкції починається з поведінки самих матеріалів. Як ми бачили, бетон при високих температурах втрачає меншу ємність, ніж сталь. У випадку з попередньо напруженою сталлю звинувачується набагато більше: коли бетон зазнає втрат у 35%, ми говоримо про те, що попередньо напружена сталь втрачає 60-70% своєї потужності.
На відміну від сталі, бетон піддається впливу вогню, тому оцінки є більш складними. На додаток до змінних, характерних для кожного пожежі (завантаження палива, аерація тощо), варіація конкретних результатів може бути зумовлена низкою внутрішніх факторів, таких як щільність, пористість, тип заповнювача та метод вібрації під час виконання.
В основному, основні наслідки пожежі на залізобетон можна узагальнити так:
- Пошкодження адгезії через термічний розрив між сталевою арматурою та бетоном, що її покриває.
- Значні втрати товщини бетонної оболонки внаслідок ефекту відшарування або вибухового відшарування бетону.
- Зниження стійкості бетону, коли його температура перевищує 380ºC протягом тривалих періодів.
- Зменшення опору сталевих арматур, коли температура перевищує 250ºC.
- Пошкодження або руйнування стиків і ущільнень, що в певних конструкціях може призвести до руйнування.
2.1. Пошкодження прихильності.
Наявність порожнин або слабких місць у секції бетону дозволяє високим температурам проходити крізь бетон і дуже швидко досягати арматури. Сталь є хорошим провідником, тому весь сталевий стрижень нагрівається, але не бетон. Сталь має тенденцію до розширення, а бетон - ні. Це призводить до ущільнень і тріщин. Після охолодження відбувається розрив.
Адгезія пошкоджується саме цим термічним стрибком.
У випадку з попередньо напруженим бетоном це стає більш гострим, оскільки воно працює за рахунок зчеплення.
Це явище породжується або жорстоким підвищенням температури, або різким охолодженням (агресивне зникнення).
Поломка бетону за рахунок прилипання відбувається при охолодженні, тобто коли вже немає диму. Тому тріщини, які з’являються таким чином, білі, оскільки внутрішня поверхня не задимлена.
2.2. Ефект розливання
Процес відшарування, який також називають відшаруванням, відбувається швидко, при 100-150 ºC, в результаті теплового впливу та зміни стану проміжної води.
Оскільки вода перетворюється на пару і через щільну структуру бетону пара не може ефективно виходити через свою матрицю, і тиск зростає. Коли тиск у бетоні перевищує його опір, починається процес відколювання або відшарування. Вироблені таким чином труби оголюють «свіжий» бетон, який піддається сильному нагріванню, що відтворює процес відшарування з більшою швидкістю.
Ефект відколювання миттєвий, так що бетон, що покриває, під час пожежі стрибає, тобто внутрішня поверхня піддається диму та сажі: тріщини та порожнини через відшарування почорніли.
Масивний розкол може призвести до повної втрати покриваючого бетону або «падіння», оголюючи арматуру.
До цього моменту бетон заважав сталі досягати високих температур, тому він також зберігав свою міцність. У той же час потужність пожежі така, що сталь швидко досягає температури 250 ° С і вище. Відбувається зменшення опору броні.
Якщо ми говоримо про пожежу всередині будівлі, то частина конструкції, яка найбільше піддається впливу вогню, а також найбільш чутлива - це нижня частина підлог. Тут напруження розтягуються і принципово підтримуються сталевими арматурами. Отже, якщо на них впливають високі температури, зменшення їх опору перетворюється на передачу напружень на бетон, який вже є внутрішньо перенапруженим. Це призводить до крихкого руйнування бетону на зсув та обвалення плити через руйнування в негативні моменти арматури.
Ефект відшарування сильно залежить від співвідношення вода/цемент у бетоні. Слід визнати, що при вмісті вологи нижче 3% ризику немає. Що відповідає I класу впливу.
У високостійкому бетоні рекомендується мати 2-3% дуже тонких поліпропіленових волокон (f »30 м), щоб ці волокна плавилися при підвищенні температури і, таким чином, забезпечували шляхи розширення пари.
Заключні думки
Ми перевіряємо важливість гарантування товщини бетонного покриття. На додаток до цього, ми можемо обмежити температуру бетону (і сталі), щоб уповільнити або запобігти його досягненню критичної температури за допомогою пасивних методів захисту.
У разі відшарування це не лише спричиняє значні пошкодження конструкції. Беручи до уваги, що це відбувається на ранній фазі пожежі, це відбувається, коли в будівлі все ще можуть бути люди або присутні пожежно-рятувальні групи. Вибухонебезпечний відшарований бетон - це дощ сміття, який може спричинити травми та перекрити шляхи виходу. Евакуація людей та робота протипожежних команд сильно заважають.
Тому, здається, він намагатиметься запобігти або принаймні затримати висипання або відшарування бетону.
Окрім контролю типу бетону, дозування тощо. Одним із способів було б застосувати пасивний протипожежний захист до бетонної облицювання. Нанесення шару відповідного неорганічного продукту протипожежного захисту запобігає відшаруванню бетону як протягом необхідного періоду стійкості, так і після цього періоду, оскільки матеріал продовжує забезпечувати передбачуваний рівень захисту завдяки теплоізоляції бетону. Ця дія запобігає раптовому руйнуванню конструкції відразу після певного періоду стійкості або тривалого пожежі.
БІБЛІОГРАФІЯ
CEPREVEN (2003): Монографічний курс «Пасивний захист від пожеж». CEPREVEN, Науково-дослідна асоціація безпеки життєдіяльності та майна. Мадрид, листопад 2003 р.
ФАЛЛЕР, ДЖОРДЖ (2004): “Ідентифікація ризиків та проектування пожежі”. ICCP Arup Fire. Презентація семінару «Аналіз ризиків та надійність конструкцій. Пожежна техніка ”. IETcc - Вища рада з наукових досліджень. Мадрид, березень 2004 р.