Инженерные конструкции могут подвергаться экстремальным нагрузкам, например при пожаре, ударах или взрывах, а также их комбинированным воздействиям в результате случайных событий.
Для лучшего понимания надежности конструкций при воздействии экстремальных явлений, в первую очередь, необходимо изучить механические свойства строительных материалов. Бетон, как широко используемые строительный материал, достаточно изучен для прогнозирования его поведения в различных сценариях нагрузки.
Доказано, что свойства бетона зависят как от температуры, так и от скорости деформации при пожаре или другом воздействии. В целом, прочность бетона повышается с увеличением скорости деформации. Это увеличение (так называемый эффект скорости деформации) может быть связан с термической активацией, макро вязкостью и инерциальным механизмом.
Кроме того, так называемый эффект скорости деформации зависит от различных неопределенных факторов, например от состава, соотношения воды и цемента, метода и времени отверждения, типа заполнителя, размера образца и прочих факторов. Под воздействием огня, бетон значительно разрушается и теряет большую часть своей несущей способности.
Для количественной оценки влияния температуры используются понижающие коэффициенты и расчетные кривые. Cтальной фибробетон, сочетающий цементирующую матрицу и прерывистую арматуру, состоящий из случайно распределенных в матрице стальных волокон, обладает хорошей прочностью и высокой прочностью на разрыв и может быть лучше, чем традиционного бетона.
Поэтому стальной фибробетон лучше выдерживает некоторые экстремальные нагрузки, по сравнению с обычным бетоном. За последние несколько десятилетий установили, что, хотя стальной фибробетон и отличается от простого бетона – его качество все еще зависит от скорости деформации и температуры.
Под воздействием высоких температур материалы становятся более хрупкими и проявляют различные эффекты скорости деформации по сравнению с материалами при комнатной температуре. Тем не менее, имеющихся в настоящее время исследований недостаточно. Они выполняются на различных материалах с различными экспериментальными процедурами, учитывающими различные комбинации высокой температуры и скорости деформации (например, динамическая нагрузка при высокой температуре или после нее).
Таким образом, мы еще далеки от количественного определения комбинированного воздействия скорости деформации и температуры. Что касается стального фибробетона, то исследований его свойств, при пожарах и ударах еще меньше, чем исследований обычного бетона.
Несмотря на недостаток испытаний, можно сделать следующие неоспоримые выводы:
- При температуре не выше 600 C включение стального волокна может эффективно предотвратить разрушение образцов стального фибробетона на фрагменты при динамической нагрузке, в то время как это изменение в структуре не является значительным при разрушении при 800 C.
- Кривые динамического напряжения-деформации фибробетона имеют такие же формы, как и в случае квазистатических нагрузок. Кривые напряжения-деформации как в статических, так и в динамических условиях становятся более плоскими с увеличением температуры.
- Динамическая прочность на сжатие фибробетона, при воздействии повышенных температур, все еще чувствительна к скорости деформации. Тем не менее, влияние температуры и количества стальных волокон на скорость деформации неравномерно.
- С ростом температур, динамическая прочность на сжатие и модуль упругости фибробетона уменьшаются, в то время как критическая деформация возрастает. Кроме того, сначала повышается пиковая прочность, а затем она уменьшается при тех же условиях.
- При воздействии высоких температур, дозировка стальных волокон оказывает незначительное влияние на динамическую прочность при сжатии, критическую деформацию и модуль упругости, а также пиковую вязкость.
Считается, что больше внимания следует уделять изучению влияния размеров волокна, дозировки волокна и температуры на растяжение, изгиб и сжатие фибробетона при динамических нагрузках с более широким диапазоном скоростей деформации.