Развитие методологии исследования влияния температуры на механические свойства бетона

Данная статья является первой в цикле статей, посвященных обобщению и анализу многочисленных опубликованных материалов по исследованию механических свойств бетона при нагреве. Необходимость изучения влияния температуры нагрева на механические характеристики бетона обусловлена необходимостью их использования в применяемых практических методиках расчёта по оценке огнестойкости конструкций. Дано представление об объёме имеющихся исследовательских программ, их доступности и различию. Описаны результаты многочисленных и разноплановых исследований прочностных и деформативных характеристик бетона, подтвержденные специальными методами исследования на воздействие температуры. Исследования механических свойств бетона при нагреве проводились по разным методам испытания, различных видов и составов бетона, что привело к большому разнообразию данных, что трудно установить какие-то закономерности. Связь напряжений и деформаций для бетона при нагреве не удаётся получить из опытов в прямом виде и необходима методика определения требуемых характеристик. Сделан вывод о необходимости стандартизации условий испытаний, научного обобщения, структурирования и анализа выявленного многообразия результатов исследования механических свойств бетона при нагреве, способное объяснить существующие закономерности и предсказать новые. 

1. Furamura F. Stress-strain Curve of Concrete at High Temperatures // Transactions of the Architectural Institute of Japan, Abstract No 7004. 1966. p. 686.

2. Baldwin R., North M.A. Stress-strain Curves of Concrete at High Temperature – A Review / Fire Research Station, Borehamwood, Herts. Note No.785. October 1969. 15 p.

3. Baldwin R., North M.A. A Stress-strain Relationship for Concrete at High Temperature // Magazine of Concrete Research. 1973. Vol. 25. Issue 85. Pp. 208-212. DOI: 10.1680/macr.1973.25.85.208

4. Smith G.M., Young L.E. Ultimate Flexural Analysis on Stress-Strain Curves for Cylinders // ACI Journal Proceedings. 1956. Vol. 53. Issue 12. Pp. 597-609. DOI: 10.14359/11531

5. Hognestad E. A Study of Combined Bending and Axial Load in Reinforced Concrete Members. Bulletin No. 399. University of Illinois Engineering, Experiment Station. Urbana, Illinois. 1951. 134 p.

6. Malhotra H.L. The effect of temperature on the compressive strength of concrete // Magazine of Concrete Research. 1956. Vol. 8. No. 3. pp. 85-94.

7. Abrams M.S. Compressive Strength of Concrete at Temperatures to 1600 F / ACI Special Publication SP-25 Temperature and Concrete. American Concrete Institute. 1971. pp. 33–58.

8. Cruz C.R. Apparatus for Measuring Creep of Concrete at Elevated Temperature // Journal of the PCA Research and Development Laboratories. Bulletin 225. Portland Cement Associations. 1968. V. 10. No. 3. Pp. 36–42.

9. ACI 216R-89. Guide for Determining Fire Endurance of Concrete Elements. / American Concrete Institute, ACI Committee 216. Farmington Hills, Michigan, 1989. 48 pp.

10. Hansen C.T., Eriksson L. Temperature Change Effect on Behavior of Cement Paste, Mortar, and Concrete under Load // ACI Journal Proceedings. 1966. Vol. 63. No. 4. Pp. 489–502.

11. Anderberg Y., Thelandersson S. Stress and Deformation Characteristics of Concrete: Part 2 - Experimental Investigation and Material Behavior Model. Bulletin 54. Lund Institute of Technology, Sweden. 1976. 85 p.

12. Schneider U. Ein Beitrag zur Frage des Kriechans und der Relaxation von Beton unter hohen Temperaturen. Habilitationsschrift. Heft 42. Technischen Universität Braunschweig. 1979. 180 p.

13. Schneider U. Behaviour of Concrete at High Temperature. HEFT 337. Deutscher Ausschuss für Stahlbeton. Wilhelm Ernst & Sohn, Munich, Germany, 1982.

14. Naus D.J. The Effect of Elevated Temperature on Concrete Materials and Structures – A Literature Review / U.S. Nuclear Regulatory Commission, Office of Nuclear Regulatory Research, Oak Ridge National Laboratory. Washington, DC. 2005. 204 p.

15. Naus D.J. A Compilation of Elevated Temperature Concrete Material Property Data and Information for Use in Assessments of Nuclear Power Plant Reinforced Concrete Structures / U.S. Nuclear Regulatory Commission, Office of Nuclear Regulatory Research, Oak Ridge National Laboratory. Washington, DC. 2010. 328 p.

16. Willam K., Xi Y., Lee K., Kim B. Thermal Response of Reinforced Concrete Structures in Nuclear Power Plants / SESM No. 02-2009. Department of Civil, Environmental, and Architectural Engineering, University of Colorado at Boulder. 2009. 210 p.

17. Knaack A.M., Kurama Y.C., Kirkner D.J. Stress-Strain Properties of Concrete under Elevated Temperatures / Structural Engineering Research Report University of Notre Dame (NDSE-09-01). Notre Dame, Indiana. 2009. 130 p.

18. Phan L.T., McAllister T.P., Gross J.L., Hurley M.J. Best Practice Guidelines for Structural Fire Resistance Design of Concrete and Steel Buildings / NIST Technical Note 1681. National Institute of Standards and Technology, Society of Fire Protection Engineers. 2010. 217 p.

19. Alogla S., Kodur V. Temperature-Induced Transient Creep Strain in Fiber-Reinforced Concrete. Cement and Concrete Composites. 2020. Vol. 113. 103719. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2020.103719.

20. Яковлев А.И. Расчёт огнестойкости строительных конструкций. – М.: Стройиздат, 1988. – 143 с.

21. Милованов А.Ф. Стойкость железобетонных конструкций при пожаре. – М.: Стройиздат, 1998. – 304 с.

22. Милованов А.Ф., Зиновьев В.Н. Деформации высокопрочного бетона при кратковременном нагреве // Бетон и железобетон. 1981. №9.

23. Милованов А.Ф. Методы определения физико-механических свойств бетона для условий пожара. // Пути повышения огнестойкости строительных материалов и конструкций: Материалы семинара МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского. – М.: Знание, 1982. – С. 81-85.

24. Олимпиев В.Г. О методике исследования прочности и деформативности бетона при высоких температурах в условиях пожара // Огнестойкость строительных конструкций. – М.: ВНИИПО, 1973. – Вып. 1. – С.44-64.

25. Олимпиев В.Г., Зенков Н.И. Исследование прочностных и деформативных свойств тяжелого силикатного бетона при воздействии высоких температур // Огнестойкость строительных конструкций. – М.: ВНИИПО, 1975. – Вып. 3. – С. 24-36.

26. Олимпиев В.Г., Зенков Н.И., Сорокин А.Н. Исследование прочности и деформативности лёгкого бетона при высоких температурах // Огнестойкость строительных конструкций. – М.: ВНИИПО, 1976. – Вып. 4. – С. 23-33.

27. Зенков Н.И., Зависнова Л.М. Прочность и деформативность бетона на гранитном заполнителе при действии высоких температур. // Огнестойкость строительных конструкций. – М.: ВНИИПО, 1977. – Вып. 5. – С. 88-94.

28. Franssen J.-M. Plastic Analysis of Concrete Structures Subjected to Fire. Proceedings of the Workshop Fire Design of Concrete Structures: What now? What next? Milano. 2005. Pp.133-145.