WPŁYW TEMPERATUR WYSTĘPUJĄCYCH W CZASIE POśARU NA PRZYCZEPNOŚĆ STALI DO BETONU SAMOZAGĘSZCZALNEGO.pdf

(212 KB) Pobierz

st. bryg. prof. dr hab. in Ŝ . Zoja BEDNAREK

mł. kpt. mgr in Ŝ . Paweł OGRODNIK

SGSP, Katedra Techniki Po Ŝ arniczej,

Zakład Mechaniki Stosowanej

WPŁYW TEMPERATUR WYST Ę PUJ Ą CYCH W CZASIE

PO ś ARU NA PRZYCZEPNO ŚĆ STALI DO BETONU

SAMOZAG Ę SZCZALNEGO

W artykule przedstawiono wyniki badań przyczepności stali St3S

oraz 18G2 do betonu zwykłego i samozagęszczalnego C40/50.

The article contains the results of experiments on bond between

steel St3S or 18G2 and concrete and self compacting concrete

C40/50.

Wprowadzenie

Coraz większe zainteresowanie technologów betonów cieszą się betony samo-

zagęszczalne, które dzięki swoim właściwościom pozwalają, między innymi, na

układanie mieszanki betonowej bez konieczności zagęszczania, powodują skróce-

nie czasu wykonania konstrukcji oraz dają moŜliwość wykonania konstrukcji

o duŜej gęstości zbrojenia [2].

Zakład Mechaniki Stosowanej Szkoły Głównej SłuŜby PoŜarniczej od kilku lat

zajmuje się badaniami przyczepności stali zbrojeniowej róŜnych gatunków do be-

tonów zwykłych w warunkach termicznych występujących w czasie poŜarów.

Przedstawione w artykule wyniki badań są dalszą częścią prac badawczych

i dotyczą spadku przyczepności stali do betonu samozagęszczalnego po przebytym

poŜarze (po ostygnięciu).

Przygotowanie próbek

Próbki do badań wykonano w formie walca o średnicy 100 mm i wysokości

150 mm. Zostały one wykonane w specjalnie przygotowanych formach walcowych

w celach porównawczych z dwóch rodzajów betonu: zwykłego C40/50 oraz samo-

zagęszczalnego (SCC) tej samej klasy zbrojonych prętem gładkim (stal St3S) bądź

Ŝebrowanym (stal 18G2) o średnicy 10 mm. W czasie betonowania próbek wyko-

nano cienki kanalik w celu wprowadzenia termopary w miejsce styku betonu

i pręta stalowego na środku próbki.

2

Wymiary próbek dobrano na podstawie wcześniejszych badań tak, aby tempera-

tury na zewnątrz próbki oraz na styku betonu i stali uległy szybkiemu wyrównaniu.

Porównanie składu uŜytych w badaniach betonów przedstawiono w tab. 1.

Próbki do badań wykonano w Instytucie Konstrukcji Budowlanych Politechniki

Warszawskiej.

Po zabetonowaniu próbki wraz z formami umieszczono w komorze kontrolo-

wanej wilgotności 95% i temperaturze 18 °C. Po trzech dniach próbki zostały roz-

formowane i ponownie umieszczone w komorze. Po 28 dniach od zabetonowania

próbki wyjmowano z komory i do czasu przeprowadzenia badań przechowywano

w laboratorium. Badania próbek przeprowadzono po sześciu miesiącach od ich

wykonania.

Tab. 1. Porównanie składu mieszanki betonowej

Liczba składników [kg/m 3 ]

Składnik

Beton zwykły

Beton samozagęszczalny

Cement CEM I42,5

365

372

Popiół lotny E. śerań

–

120

Piasek Wiślany

866

783

Grys amfibolitowy 2–8mm

1198

1128

Woda

156

155

Surerplastyfikator (na bazie

fosforanów)

3,65

10,75

Warunki termiczne bada ń

Obecnie najczęściej stosowaną metodą badania przyczepności jest badanie po-

przez bezpośrednie wyciąganie lub wciskanie (Pull-out Bond Test) [1, 3].

Celem badań wykonanych w Zakładzie Mechaniki Stosowanej Szkoły Głównej

SłuŜby PoŜarniczej za pomocą metody bezpośredniego wyciągania było:

·

wyznaczenie spadku przyczepności stali do betonu samozagęszczalnego na

skutek oddziaływania wysokich temperatur,

·

ustalenie róŜnicy utraty przyczepności po przebytym poŜarze stali do betonu

samozagęszczlnego (SCC) i zwykłego C40/50,

·

ustalenie wpływu niektórych właściwości zespolonych materiałów na spadek

przyczepności, między innymi rodzaju betonu oraz rodzaju stali (gładka, Ŝe-

browana).

W czasie badań dąŜono do tego, aby warunki obróbki termicznej próbek przed

badaniami wytrzymałościowymi były maksymalnie zbliŜone do warunków ter-

micznych poŜarów. Za podstawę przyjęto rozkład temperatur występujący na styku

betonu i pręta stalowego otrzymany w badaniach. Przyjęto, Ŝe rozkład ten będzie

odpowiadać rozkładowi „temperatura–czas” występującemu w płycie betonowej

774885322.228.png

774885322.239.png

774885322.250.png

774885322.261.png

774885322.001.png

774885322.012.png

774885322.023.png

774885322.033.png

774885322.044.png

774885322.055.png

774885322.066.png

774885322.077.png

3

na głębokości 15 mm. Osiągnięcie załoŜonej temperatury uzyskiwano, przeprowa-

dzając grzanie próbek zgodnie z przyjętym rozkładem. ZałoŜony rozkład tempera-

tur przedstawiono na rys.1.

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

0

10

20

30

40

50

60

Czas [min]

50°C

100°C

150°C

200°C

250°C

300°C

350°C

400°C

450°C

500°C

550°C

600°C

Krzywa poŜarowa temperatura-czas

Rys. 1. Zakładany rozkład temperatur z oznaczonym czasem osi ą gni ę cia

temperatury zadanej

Po osiągnięciu załoŜonej temperatury była ona utrzymywana na stałym pozio-

mie przez 30 min. W tym czasie następowało wyrównanie temperatur na po-

wierzchni próbki oraz na styku betonu ze zbrojeniem. Przykład rozkładów tempe-

ratur uzyskanych w czasie badania przedstawiono na rys. 2.

620

1

520

2

420

3

320

220

120

20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

CZAS [min]

1 - Temperatura w piecu

2 - Temperatura na powierzchni próbki

3 - Temperatura na styku betonu i stali

Rys. 2. Przykładowa krzywa „temperatura-czas” przeprowadzonego badania

774885322.097.png

774885322.108.png

774885322.119.png

774885322.130.png

774885322.141.png

774885322.152.png

774885322.163.png

774885322.174.png

774885322.185.png

774885322.196.png

774885322.197.png

774885322.198.png

774885322.199.png

774885322.200.png

774885322.201.png

774885322.202.png

774885322.203.png

774885322.204.png

774885322.205.png

774885322.206.png

774885322.207.png

774885322.208.png

774885322.209.png

774885322.210.png

774885322.211.png

774885322.212.png

774885322.213.png

774885322.214.png

774885322.215.png

774885322.216.png

774885322.217.png

774885322.218.png

774885322.219.png

774885322.220.png

774885322.221.png

774885322.222.png

774885322.223.png

774885322.224.png

774885322.225.png

774885322.226.png

774885322.227.png

774885322.229.png

774885322.230.png

774885322.231.png

774885322.232.png

774885322.233.png

774885322.234.png

774885322.235.png

774885322.236.png

774885322.237.png

774885322.238.png

774885322.240.png

774885322.241.png

774885322.242.png

774885322.243.png

774885322.244.png

774885322.245.png

774885322.246.png

774885322.247.png

774885322.248.png

774885322.249.png

774885322.251.png

774885322.252.png

774885322.253.png

774885322.254.png

774885322.255.png

774885322.256.png

774885322.257.png

774885322.258.png

774885322.259.png

774885322.260.png

774885322.262.png

774885322.263.png

774885322.264.png

774885322.265.png

774885322.266.png

774885322.267.png

774885322.268.png

774885322.269.png

774885322.270.png

774885322.271.png

774885322.002.png

774885322.003.png

774885322.004.png

774885322.005.png

774885322.006.png

774885322.007.png

774885322.008.png

774885322.009.png

774885322.010.png

774885322.011.png

774885322.013.png

774885322.014.png

774885322.015.png

774885322.016.png

774885322.017.png

774885322.018.png

774885322.019.png

774885322.020.png

774885322.021.png

774885322.022.png

774885322.024.png

774885322.025.png

774885322.026.png

774885322.027.png

774885322.028.png

774885322.029.png

4

Próbki ogrzewano według jednakowego programu do zakładanej w badaniu

temperatury w zakresie od 50 °C do 600 °C dla stali gładkiej (St3S) oraz od 50 °C

do 800 °C dla stali Ŝebrowanej (18G2) z odstępami wynoszącymi 50 °C. Układ

sterowniczy pieca regulował temperaturę oraz transmitował sygnały termoelek-

tryczne z trzech czujników pomiarowych do komputera. Badania przyczepności

polegające na wyciąganiu pręta z betonowej próbki (Pull-out Bond Test) przepro-

wadzono po 48 godzinach od wyjęcia próbek z pieca badawczego. Wartość siły

powodująca przesunięcie pręta traktowano jako siłę przyczepności. Spadek przy-

czepności określano jako róŜnicę przyczepności w przyjętej w badaniu temperatu-

rze w porównaniu z przyczepnością w temperaturze pokojowej (20 °C) [4].

Opracowanie wyników bada ń

Wyniki badań zostały opracowane statystycznie. Do analizy wyników wykorzy-

stano program Microsoft Excel, który przedstawia linie trendu oraz współczynniki

determinacji R 2 . W celu analizy przedziałów ufności zastosowano program Stati-

stica 6. Wyniki badań w postaci opracowanych wykresów porównawczych przed-

stawiono poniŜej na rys. 3 oraz na rys. 4. Temperatury przedstawione na wykre-

sach dotyczą temperatur mierzonych na styku betonu i stali za pomocą termopar.

600

y = 7,1447x + 58,301

R 2 = 0,9861

500

400

y = 6,4195x + 26,373

R 2 = 0,9816

300

200

100

0

0

20

40

60

80 100

Spadek siły przyczepno ś ci w [%]

Linia trendu spadku przyczepno ś ci - beton samozag ę szczalny C40/50

Linia trendu spadku przyczepno ś ci - beton zwykły C40/50

Rys. 3. Spadek przyczepno ś ci stali St3S do betonu samozag ę szczalnego i zwykłego C40/50

W przedstawionych funkcjach liniowych

y = ax + b (1)

oraz logarytmicznych

y = a lnx + b (2)

774885322.030.png

774885322.031.png

774885322.032.png

774885322.034.png

774885322.035.png

774885322.036.png

774885322.037.png

774885322.038.png

774885322.039.png

774885322.040.png

774885322.041.png

774885322.042.png

774885322.043.png

774885322.045.png

774885322.046.png

774885322.047.png

774885322.048.png

774885322.049.png

774885322.050.png

774885322.051.png

774885322.052.png

774885322.053.png

774885322.054.png

774885322.056.png

774885322.057.png

774885322.058.png

774885322.059.png

774885322.060.png

774885322.061.png

774885322.062.png

774885322.063.png

774885322.064.png

774885322.065.png

774885322.067.png

774885322.068.png

774885322.069.png

774885322.070.png

774885322.071.png

774885322.072.png

774885322.073.png

774885322.074.png

774885322.075.png

774885322.076.png

774885322.078.png

774885322.079.png

774885322.080.png

774885322.081.png

774885322.082.png

774885322.083.png

774885322.084.png

774885322.085.png

774885322.086.png

774885322.087.png

774885322.088.png

774885322.089.png

5

y – temperatura na styku betonu i stali, w której występuje załoŜony spadek siły

przyczepności [C],

x – spadek siły przyczepności w [%],

a, b – współczynniki podane na rys. rys. 3 i 4.

900

800

y = 149,96Ln(x) + 132,77

R 2 = 0,8207

700

600

500

y = 201,51Ln(x) - 71,438

R 2 = 0,792

400

300

200

100

0

0

20

40

60

80

Spadek siły przyczepno ść i [%]

Linia trendu spadku przyczepno ś ci - beton samozag ę szczalny C40/50

Linia trendu spadku przyczepno ś ci - beton zwykły C40/50

Rys. 4. Spadek przyczepno ś ci stali 18G2 do betonu samozag ę szczalnego i zwykłego C40/50

Podsumowanie i wnioski

·

Wyniki przedstawionych badań wskazują róŜnicę spadku przyczepności stali

do betonu samozagęszczalnego (SCC) i zwykłego na skutek oddziaływania

wysokich temperatur.

·

Z badań dostępnych w literaturze wykonywanych w temperaturze normalnej

20 °C (bez wstępnej obróbki termicznej) wynika, Ŝe siła przyczepności stali

do betonu jest większa w przypadku SCC w porównaniu z betonem zwykłym.

W przypadku wstępnej obróbki termicznej w temperaturach poŜarowych

mniejszy spadek przyczepności stali do betonu odnotowywany jest w przy-

padku betonu SCC w porównaniu z betonem zwykłym.

·

W przypadku stali St3S zarówno dla betonu zwykłego, jaki i betonu SCC

spadek przyczepności po wstępnej obróbce termicznej moŜe być opisany pro-

stą zaleŜnością linową. Natomiast w przypadku stali 18G2 i obydwu zaprezen-

towanych betonów lepsze dopasowanie przedstawia funkcja logarytmiczna.

·

Porównując badania spadku przyczepności stali St3S oraz 18G2, naleŜy

stwierdzić, Ŝe równieŜ dla betonu samozagęszczalnego w przypadku prętów

Ŝebrowanych spadek przyczepności po wstępnym ogrzaniu próbki do załoŜo-

nej temperatury jest mniejszy niŜ w przypadku prętów gładkich.

774885322.090.png

774885322.091.png

774885322.092.png

774885322.093.png

774885322.094.png

774885322.095.png

774885322.096.png

774885322.098.png

774885322.099.png

774885322.100.png

774885322.101.png

774885322.102.png

774885322.103.png

774885322.104.png

774885322.105.png

774885322.106.png

774885322.107.png

774885322.109.png

774885322.110.png

774885322.111.png

774885322.112.png

774885322.113.png

774885322.114.png

774885322.115.png

774885322.116.png

774885322.117.png

774885322.118.png

774885322.120.png

774885322.121.png

774885322.122.png

774885322.123.png

774885322.124.png

774885322.125.png

774885322.126.png

774885322.127.png

774885322.128.png

774885322.129.png

774885322.131.png

774885322.132.png

774885322.133.png

774885322.134.png

774885322.135.png

774885322.136.png

774885322.137.png

774885322.138.png

774885322.139.png

774885322.140.png

774885322.142.png

774885322.143.png

774885322.144.png

774885322.145.png

774885322.146.png

774885322.147.png

774885322.148.png

774885322.149.png

774885322.150.png

774885322.151.png

774885322.153.png

774885322.154.png

774885322.155.png

774885322.156.png

774885322.157.png

774885322.158.png

774885322.159.png

774885322.160.png

774885322.161.png

774885322.162.png

774885322.164.png

774885322.165.png

774885322.166.png

774885322.167.png

774885322.168.png

774885322.169.png

774885322.170.png

774885322.171.png

774885322.172.png

774885322.173.png

774885322.175.png

774885322.176.png

774885322.177.png

774885322.178.png

774885322.179.png

774885322.180.png

774885322.181.png

774885322.182.png

774885322.183.png

774885322.184.png

774885322.186.png

774885322.187.png

774885322.188.png

774885322.189.png

774885322.190.png

774885322.191.png

774885322.192.png

774885322.193.png

774885322.194.png

774885322.195.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin