Воздействие на бетон нагревания и электрического тока

Сооружения из железобетона обладают достаточной огнестойкостью. Свойства бетона в отношении воздействия огня являются благоприятными: бетон не воспламеняется, он не выделяет дыма и обеспечивает хорошую теплоизоляцию. Кроме того, защитный слой бетона создает естественную защиту для арматуры, а размер бетонных сооружений позволяет часто замедлять нагревание центральной части строительных элементов. Нормативными документами разных стран регламентируется минимальная величина защитного слоя бетонной смеси. В дополнение к этому конструктивные системы современных сооружений часто являются статически неопределимыми, и в результате этого в условиях пожара может происходить перераспределение внутренних усилий.
Тем не менее опыт пожаров показал, что плотный бетон может подвергнуться значительным повреждениям и разрушениям, например, из-за выкрашивания поверхностного слоя. Другим неблагоприятным результатом воздействия огня являются деформации конструкций в условиях защемления, которые могут приводить к обрушению строительного элемента или разрушению всего сооружения в целом. Температура пожара способствует увеличению в объеме нагретых частей постройки, значительно превышающих тот предел, на который эти части сооружения с учетом КТР были рассчитаны. Это может привести к смятию и выпучиванию конструкций. Наконец, нежелательным последствием пожара является ухудшение механических свойств бетона и арматуры. То есть при пожарах опасность повреждения и разрушения зданий и сооружений может быть вызвана:

1) нагревом стальной арматуры, приводящим к чрезмерному удлинению и падению ее прочности;

2) температурной деформацией бетонных конструкций, которая приводит к возникновению значительных напряжений вплоть до разрушения;

3) потерей несущей способности бетона сжатой зоны балок из-за большого удлинения стальной арматуры;

4) хрупкостью бетона из-за изменения общего объема кварцевой составляющей при нагреве более 550 °С;

5) разрушением конструкций из-за неравномерных температурных напряжений, обусловленных воздействием воды при испарении и тушении огня.

Объемы и характер повреждения бетона и металла в сооружении при пожаре зависят от скорости нагрева, величины максимальной температуры и продолжительности самого пожара. В процессе нагревания сложная природа бетона играет важную роль, поскольку каждый из составляющих его компонентов при повышении температуры ведет себя по-своему.

Очевидные первичные признаки повреждения конструкций при нагревании во время пожара — растрескивание и выкрашивание бетона, которые в основном начинаются с разрушения защитного слоя, происходящего из-за неравномерного расширения следующих друг за другом слоев по мере нагревания, а также из-за возникающего внутреннего давления, по мере того как влага в бетоне превращается в перегретый пар. Далее при нагреве более 550 °С происходит резкое увеличение в объеме кварцевого наполнителя, что приводит к отторжению защитного слоя, а в тонкостенных конструкциях — к оголению арматурного каркаса. Снижение прочности бетона при растяжении и сжатии представляет собой практически самую важную характеристику при расчете огнестойкости конструкций.