Тепловыми свойствами, которые определяют температурно-зависимые свойства в бетонных конструкциях, являются теплопроводность, удельная теплоемкость (или теплоемкость) и потеря массы. На эти свойства существенное влияние оказывает тип заполнителя, содержание влаги и состав бетонной смеси. Было проведено множество программ испытаний для характеристики тепловых свойств бетона при повышенных температурах.
Подробный обзор
Подробный обзор влияния температуры на тепловые свойства различных типов бетонов дан Халиком, Kodur et al и Флинн.
Теплопроводность бетона при комнатной температуре находится в диапазоне от 1,4 до 3,6 Вт / м ° К и изменяется в зависимости от температуры. Рисунок иллюстрирует изменение теплопроводности НСК в зависимости от температуры на основе опубликованных данных испытаний и эмпирических соотношений. Данные испытаний составлены Халиком из разных источников на основе экспериментальных данных и эмпирических соотношений в различных стандартах.
Изменение измеренных данных
Изменение измеренных данных испытаний показано через заштрихованную область на рисунке 1и это изменение в сообщаемых данных о теплопроводности в основном объясняется содержанием влаги, типом заполнителя, условиями испытаний и методами измерения, используемыми в экспериментах.
Следует отметить, что существует очень мало стандартизированных методов, доступных для измерения тепловых свойств. На рисунке также нанесены верхняя и нижняя границы значений теплопроводности в соответствии с положениями EC2, и этот диапазон предназначен для всех типов агрегатов. Тем не менее, теплопроводность, показанная на рисунке, согласно отношениям ASCE, применима для бетона карбонатных заполнителей.
Изменение теплопроводности бетона нормальной прочности в зависимости от температуры.
Общая теплопроводность
Общая теплопроводность Общая теплопроводность постепенно уменьшается с температурой, и это снижение зависит от свойств бетонной смеси, в частности, от содержания влаги и проницаемости. Эта тенденция к снижению теплопроводности может быть объяснена изменением содержания влаги с повышением температуры.
Теплопроводность HSC выше, чем у NSC из-за низкого отношения w / c и использования различных связующих в HSC. Как правило, теплопроводность HSC находится в диапазоне от 2,4 до 3,6 Вт / м ° К при комнатной температуре. Теплопроводность бетонов, армированных волокнами (как со стальными, так и полипропиленовыми волокнами), почти соответствует той же тенденции, что и у обычного бетона, и приближается к таковой у HSC. Поэтому делается вывод, что существенного влияния волокон на теплопроводность бетона в интервале температур 20–800 ° С не наблюдается.
Удельная теплоемкость
Удельная теплоемкость бетона при комнатной температуре варьируется в диапазоне 840 Дж / кг · К и 1800 Дж / кг · К для различных типов заполнителей. Часто удельная теплоемкость выражается через теплоемкость, которая является продуктом удельной теплоемкости и плотности бетона.
Удельная теплоемкость чувствительна к различным физическим и химическим превращениям, которые происходят в бетоне при повышенных температурах. Это включает испарение свободной воды при температуре около 100 ° C, диссоциацию Ca (OH) 2 в CaO и H 2 O между 400–500 ° C и кварцевое превращение некоторых агрегатов выше 600 ° C. Таким образом, удельная теплоемкость сильно зависит от содержания влаги и значительно увеличивается при более высоком соотношении воды и цемента.
Измеренная удельная теплоемкость
Халик и Кодур составили измеренную удельную теплоемкость разных бетонов из различных исследований. Рисунок иллюстрирует изменение удельной теплоемкости для НБК в зависимости от температуры, о чем сообщалось в различных исследованиях на основе данных испытаний и различных стандартов.
Удельная теплоемкость типа бетона остается почти постоянной до 400 ° C, после чего увеличивается до примерно 700 ° C, а затем остается постоянной в диапазоне от 700 до 800 ° C. Из различных факторов тип заполнителя оказывает существенное влияние на удельную теплоемкость (теплоемкость) бетона. Этот эффект отражен в заданных соотношениях ASCE для удельной теплоемкости бетона.
Карбонатный заполнитель
Карбонатный заполнитель бетона имеет более высокую удельную теплоемкость (теплоемкость) в диапазоне температур 600–800 ° C, и это вызвано эндотермической реакцией, которая возникает в результате разложения доломита и поглощает большое количество энергии. Эта высокая теплоемкость в бетоне с карбонатным заполнителем помогает минимизировать отколы и повысить огнестойкость элементов конструкции.
Изменение удельной теплоемкости бетона нормальной прочности в зависимости от температуры.
По сравнению с NSC, HSC демонстрирует несколько меньшую удельную теплоемкость во всем диапазоне температур 20–800 ° C. Наличие волокон также оказывает незначительное влияние на удельную теплоемкость бетона.
Бетон с полипропиленовыми волокнами
Для бетона с полипропиленовыми волокнами при сжигании полипропиленовых волокон образуются микроканалы для выпуска пара; и, следовательно, количество поглощенного тепла меньше для обезвоживания химически связанной воды; таким образом, его удельная теплоемкость снижается в интервале температур 600–800 ° C.
Однако бетон со стальными волокнами имеет более высокую удельную теплоемкость в диапазоне температур 400–800 ° C, что можно объяснить дополнительным поглощением тепла при обезвоживании химически связанной воды.
Массовая потеря
В зависимости от плотности бетоны обычно подразделяются на две основные группы: (1) бетоны нормального веса с плотностью в диапазоне от 2150 до 2450 кг · м -3; и (2) легкие бетоны с плотностью от 1350 до 1850 кг · м -3. Плотность или масса бетона уменьшается с повышением температуры из-за потери влаги. На удержание массы бетона при повышенных температурах сильно влияет тип заполнителя.
Рисунок иллюстрирует изменение массы бетона как функцию температуры для бетонов, изготовленных из карбонатных и кремнистых заполнителей. Потеря массы минимальна как для карбонатных, так и для кремнистых заполнителей до примерно 600 ° C.
Однако тип заполнителя оказывает значительное влияние на потерю массы в бетонах при температуре выше 600 ° C. В случае бетона с кремнистым заполнителем потеря массы незначительна даже выше 600 ° C. Однако при температуре выше 600 ° C бетон с карбонатным заполнителем испытывает больший процент потери массы по сравнению с бетоном с кремнистым заполнителем. Этот более высокий процент потери массы в бетоне с карбонатным заполнителем объясняется диссоциацией доломита в карбонатном заполнителе при температуре около 600 ° C.
Изменение массы бетона с различными заполнителями в зависимости от температуры.
Прочность бетона
Прочность бетона не оказывает существенного влияния на потерю массы, и, следовательно, HSC демонстрирует аналогичную тенденцию потери массы, что и NSC. Потеря массы для фибробетона также аналогична обычному бетону при температуре до 800 ° C. При температуре выше 800 ° C потеря массы в HSC, армированном стальными волокнами, несколько ниже, чем в случае простого HSC.
Источник - https://wikipediya.com.ua