Специфика реакции бетона на воздействие высокой температуры

Данная статья является второй в цикле статей, посвященных обобщению и анализу многочисленных опубликованных материалов по исследованию термомеханических свойств бетона при высокотемпературном воздействии. В этой статье приведен обзор опытных данных, касающиеся исследования свойств бетона при кратковременном нагреве и предпринята попытка анализа и структурирования результатов многочисленных, разноплановых испытаний, касающиеся исследования свойств бетона при кратковременном высокотемпературном нагреве. Рассмотрена физика процесса деформирования бетона при нагреве и его причины. Отражена зависимость получаемых характеристик от условий испытаний. Показаны основные наиболее значимые факторы, оказывающие влияние на прочностные и деформативные характеристики бетона при нагреве. Развиты представления о механизмах термической деструкции и термосилового сопротивления бетона, подтвержденные специальными методами исследования бетона и его компонентов. Приводятся основные причины изменения прочностных и деформативных характеристик бетона при кратковременном высокотемпературном нагреве, при этом акцент сделан на выявление влияющих факторов и степени их влияния, а также на обобщение существующих трактовок деградационных механизмов.

1. Шейкин А.Е., Чеховский Ю.В., Бруссер М.И. Структура и свойства цементных бетонов. – М.: Стройиздат, 1979. – 344 с.

2. Bazant Z.P., Xi Y. Drying Creep of Concrete: Constitutive Model and New Experiments Separating Its Mechanisms // Materials and Structures. 1994. Vol. 27. pp. 3-14.

3. 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.

4. Malik M., Bhattacharyya S.K., Barai S.V. Thermal and mechanical properties of concrete and its constituents at elevated temperatures: A review // Construction and Building Materials. 2021. 270.121398.

5. Hager I. Behaviour of Cement Concrete at High Temperature // Bulletin of the Polish Academy of Sciences Technical Sciences. 2013. Vol. 61. No. 1. DOI: 10.2478/bpasts-2013-0013

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. Schneider U. Verhalten von Beton bei hohen Temperaturen (Behaviour of Concrete at High Temperatures). Heft 337 des Deutscher Ausschuss fur Stahlbeton. Wilhelm Ernst & Sohn, Munich, Germany, 1982.

8. Schneider U. Concrete at High Temperatures – a General Review // Fire Safety Journal. 1988. No. 13. pp. 55-68.

9. Van der Merwe J.E. Evaluation of Concrete Tensile Strength as a Function of Temperature // Construction and Building Materials. 2022. No. 329. 127179.

10. Khoury G.A. Compressive Strength of Concrete at High Temperatures: a Reassessment // Magazine of Concrete Research. 1992. Vol. 44. No. 161. pp. 291–309.

11. fib Bulletins No. 38: Fire design of concrete structures – materials, structures and modeling. State-ofart Report. 2007. 105 p.

12. Purkiss J.A., Long-Yuan Li. Fire Safety Engineering Design of Structures. 2013. CRC Press Publ., 3rd edition. 442 p.

13. Harmathy T.Z. Thermal Properties of Concrete at Elevated Temperatures // Journal of Materials. 1970. No. 5. Pp. 47-74.

14. Verbeck G., Copeland L.E. Some Physical and Chemical Aspects of High Pressure Steam Curing / Menzel Symposium on High Pressure Steam Curing. ACI SP-32. 1972. pp. 1-131.

15. Piasta J. Heat Deformation of Cement Phases and Microstructure of Cement Paste // Materials and Structures. 1989. Vol. 17. No. 102. pp. 415-420.

16. Kottas R., Seeberger J., Hisdorf H. Strength cahracteristics of concrete in the temperature range 20°С to 200°С / Paper H1/2. 5th SMIRT Int. Conference, Berlin, 1979.

17. Castellote M., Alonso C., Andrade C., Turrillasa X., Campoc J. Composition and Microstructural Changes of Cement Pastes Upon Heating, as Studied by Neutron Diffraction // Cement and Concrete Research. 2004. No. 34. pp. 1633-1644.

18. Quon D.H.H. Phase Changes in Concrete Exposed to Sustained High Temperatures / Division Report MRP/MSL 80-111(TR), Mineral Sciences Laboratories, CAANMET. Ottawa, Canada,1980.

19. Harmathy T.Z., Allen L.W. Thermal Properties of Selected Masonry Unit Concretes // Journal of American Concrete Institute. 1973. No. 70. Pp. 132–142.

20. Phan L.T. Fire Performance of High-Strength Concrete: A Report of the State-of-the Art / NISTIR 5934. Building and Fire Research Laboratory. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland. 1996. 105 p.

21. Schneider U. Properties of Materials at High Temperatures – Concrete / RILEM Committee 44-PHT. Kassel Universität, Germany. 1985.

22. Fire Design of Concrete Structures – In Accordance With CEB/FIP Model Code 90 / Comité Euro International Du Beton. CEB Bulletin D’Information No. 208. Switzerland, July 1991.

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

24. Purkiss J.A., Bali A. The transient behaviour of concrete at temperature up to 800°C / Proceedings of the 10th Ibausil, Section 2/1. Hochschule fur Architektur und Bauwesen, Weimar. 1988. pp. 234–239.

25. Khoury G.A. Majorana C.E., Pesavento F., Schrefler B.A. Modelling of heated concrete // Magazine of Concrete Research. 2002. Vol. 54. No. 2. pp. 77-101.

26. Gawin D., Pesavento F., Schrefler B.A. Modelling of deformations of high strength concrete at elevated temperatures // Materials and Structures. 2004. Vol. 37. No. 268. pp. 218-236.

27. Bažant Z.P., Chern J.C. Concrete creep at variable humidity: constitutive law and mechanism // Materials and Structures. 1985. Vol. 18. No.103. pp. 1-20.