Будівельні матеріали та їх поведінка при дії високих температур

Міцність крупнопористого бетону значною мірою залежить від міцності контактів між зернами крупного заповнювача та міцності в'яжучої речовини. Залежно від границі міцності при стиску крупнопористі бетони поділяють на класи В1; В2; В2,5; В3,5; В5 і В7,5. Міцність крупнопористого бетону на розтяг не нормується.

Теплопровідність крупнопористого бетону залежить від його середньої густини й становить 0,30...0,98 Вт/(м · К).

Склад крупнопористого бетону зазвичай представляють у вигляді відношення (за об'ємом) цемент : заповнювач.

Крупнопористий бетон застосовують лише в конструкціях, які експлуатуються в умовах стиску, в тому числі для виготовлення монолітних або збірних стін опалюваних будівель заввишки до чотирьох поверхів. Оскільки бетон має наскрізну пористість, то для уникнення продувності стін їх слід обштукатурювати з обох боків. Іноді можливе його використання при виготовленні тришарових огороджувальних конструкцій, наприклад у середньому шарі рекомендується застосовувати крупнопористий керамзитобетон із середньою густиною 550 кг/м³. При проектуванні стінових конструкцій з такого бетону потрібно вживати заходи, які запобігають утворенню конденсату в міжзерновому просторі, що призводить до виникнення „містків холоду”.

Крупнопористий бетон також використовують для виготовлення панелей із горизонтальною розрізкою стін.

При застосуванні легких пористих заповнювачів одержують теплоізоляційний крупнопористий бетон, з якого виготовляють плити для теплоізоляції стін та покриттів будівель. Крупнопористий бетон придатний також для виготовлення звукопоглинальних виробів у вигляді плит та блоків.

Поризований бетон є різновидом легких бетонів на пористих заповнювачах. Його отримують поризацією розчинової суміші або заміною її поризованим цементним тістом, виключивши із складу дрібний заповнювач. Для поризації таких бетонів застосовують невелику кількість піно- та газотвірних добавок. Залежно від виду використаного заповнювача та способу поризації, бетони дістають відповідну назву, наприклад керамзитопінобетон, керамзитогазобетон. Порівняно з легким бетоном щільної структури поризований бетон має відносно низькі середню густину й коефіцієнт теплопровідності.

Марки поризованих бетонів за середньою густиною становлять D800...D1400, класи за міцністю при стиску - В2,5...В7,5.

Поризовані бетони, які відрізняються покращеними теплофізичними характеристиками, доцільно використовувати для зовнішніх огороджень (стінові панелі, панелі покриттів).

Ніздрюватий бетон - це штучний пористий матеріал, структура якого характеризується наявністю рівномірно розподілених сферичних пор діаметром до 2 мм, заповнених повітрям або газом. Від величини пор та кількості їх в одиниці об'єму залежать основні властивості бетону: середня густина, міцність, теплопровідність. Об'єм пор може досягати 85% загального об'єму ніздрюватого бетону.

У зв'язку з введенням нових нормативних показників теплозахисту будівель, їх спорудження із традиційних стінових матеріалів (цегла, керамзитобетонні панелі) стало економічно невигідним внаслідок необхідності збільшення товщини стін до 1...1,5 м. Пристосування до нових вимог вимагає використання матеріалів із покращеними теплоізоляційними характеристиками, в тому числі ніздрюватих бетонів, вироби з яких характеризуються коефіцієнтом теплопровідності в 2...З рази нижчим, ніж цегла або керамзитобетонні панелі, внаслідок чого стіни будівель із ніздрюватого бетону забезпечують необхідний термічний опір при зберіганні товщини стінових конструкцій в межах 400...600 мм.

Порівняння різних показників огороджувальних конструкцій свідчить, що лідером за техніко-економічними показниками є ніздрюватий бетон, різновиди якого представлені газо- та пінобетоном. Відомо, що ці два типи пористого бетону істотно відрізняються технологією виробництва, об'ємами капіталовкладень, технологією укладання, а також фізико-технічними показниками. Проте, внаслідок дефіциту теплоефективних матеріалів на будівельному ринку вони не є „конкурентами”, а скоріше „партнерами”, оскільки мають власні галузі раціонального і ефективного застосування.

Стіни, виконані із застосуванням ніздрюватого бетону, забезпечують комфортні умови завдяки особливостям пористої структури бетону. Сукупність фізичних та теплофізичних властивостей (висока відносна пористість бетону, теплопровідність, теплозасвоєння, достатня повітропроникність і паропроникність) забезпечує мінімальну величину коливань температури в середині приміщення при зміні температури зовнішнього повітря. Ніздрюватий бетон за рахунок власної високої повітро- і паропроникності, яку можна регулювати товщиною і властивостями оздоблювальних внутрішніх покриттів, забезпечує часткову інфільтрацію антропотоксинів (шкідливих речовин життєдіяльності людини) і дозволяє підтримувати високі комфортні умови в приміщенні. Ці властивості ніздрюватого бетону обумовлюють зменшення кратності повітрообміну і, відповідно, зниження витрат на підтримування нормальної температури у приміщенні.

За екологічними показниками ніздрюватий бетон наближається до дерев'яних конструкцій. Будівлі з нього є практично вічними, причому міцнісні показники з часом дещо підвищуються, вони не гниють, на відміну від деревини, і не піддаються корозії, як вироби із металу.

Ніздрюватий бетон - екологічно чистий матеріал, він не виділяє токсичних сполук, рівень радіоактивності його нижче допустимих меж і не перевищує 350 Бк/кг. Крім того, для його виготовлення використовують розповсюджені місцеві матеріали: пісок, вапно, цемент, воду, причому при їхній переробці не утворюються відходи, які забруднюють повітря, воду та грунт. За даними Міністерства охорони здоров'я коефіцієнт екологічності, наприклад для стін із деревини становить 1,0; для ніздрюватого бетону - 2,0; керамічної цегли - 10,0; керамзитобетону - 20,0.

Тешюакумулюючі властивості ніздрюватого бетону забезпечують потрібний рівень комфортності проживання та зниження витрат на опалення будівель, а також гарантують вирівнювання температурних коливань не тільки влітку та взимку, але й при змінних коливаннях температури дня та ночі.

Завдяки наявності замкнутих пор у структурі ніздрюватого бетону, водопоглинання його нижче, ніж інших стінових матеріалів із капілярною структурою, і тому на цей час стінові вироби з ніздрюватого бетону застосовують також для підземних поверхів житлових будинків із відповідною зовнішньою ізоляцією.

Звукоізоляційні властивості стін із ніздрюватого бетону достатньо високі і визначаються їхньою здатністю затримувати звук, наприклад, при середній густині бетону 400...500 кг/м³ залежно від товщини матеріалу досягаються наступні показники звукоізоляції: при 100 мм - 35...37 дБ; 125 мм - 44...46 дБ; 150 мм - 55...57 дБ; 175 мм - 64...66 дБ.

Ніздрюватий бетон відносять до матеріалів пожежобезпечних. Він не горить і ефективно запобігає розповсюдженню вогню, а тому його можна застосовувати для кладки стін всіх класів пожежної безпеки. Так, наприклад, границя вогнестійкості без руйнування структури матеріалу стіни, яка виконана з ніздрюватобетонних блоків товщиною 100 мм, становить 2 години, а границя розповсюдження вогню - 0 см.

Вироби з ніздрюватого бетону порівняно з іншими видами бетонів відрізняються кращою технологічністю при виконанні робіт, що дозволяє значно зменшити трудоємкість і вартість робіт при зведенні стін будівель.

Вироби з ніздрюватого бетону легко піддаються обробці різними інструментами, що дає змогу виготовляти будівельні конструкції різної конфігурації, прорізати канали і отвори під електричні кабелі або трубопроводи. Ніздрюватобетон-ні конструкції легко грунтуються і фарбуються або покриваються шпалерами.

Технічні характеристики ніздрюватих бетонів повинні відповідати вимогам ДСТУ Б В.2.7-45-96. За показниками середньої густини встановлено марки ніздрюватого бетону від D300 до D1200.

Міцність ніздрюватого бетону залежить від його середньої густини, виду й властивостей вихідних матеріалів, режиму теплової обробки та вологості.

Залежно від гарантованої міцності на стиск розрізняють класи ніздрюватого бетону: В0,35; В0,5; В0,75; В1; В1,5; В2,0; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12.5; ВІЗ, а також від середньої міцності - марки від М5 до М 200.

За морозостійкістю ніздрюваті бетони поділяють на марки F15, F25, F35, F50, F75 і F100.

Вимоги до основних властивостей ніздрюватих бетонів встановлюють залежно від їхнього призначення. Наприклад, конструкційні ніздрюваті бетони повинні мати клас за міцністю на стиск не менше як В5 (марка не менша ніж М75) і марку за морозостійкістю не менше як F50.

Теплопровідність ніздрюватого бетону залежить здебільшого від його середньої густини та вологості і перебуває у межах 0,08...0,30 Вт/(м-К); такий бетон має високі звукопоглинальні та звукоізоляційні властивості.

Усадка ніздрюватих бетонів при висиханні вища, ніж у важкого бетону, і становить 0,5...0,7 мм/м для автоклавного і до 3 мм/м - для безавтоклавного бетонів.

Ніздрюваті бетони мають високу повітропроникність, сорбційну вологість - 8...22%, паропроникність - 0,08...0,26 мг/м·год·Па залежно від виду кремнеземистого компонента та середньої густини.

Разом з тим, ніздрюватий бетон, поряд з високими теплоізоляційними показниками, характеризується недостатньо високою міцністю при стиску. Міцніс-ні характеристики споруд на його основі підвищують використовуючи різні конструктивно-технологічні рішення, наприклад, влаштування каркасних будівель із внутрішніми несучими стінами і колонами, монолітних поясів жорсткості, бето них рамок, армованих панелей перекриттів, несучих перетинок та ін. Особливо ефективними є вироби з ніздрюватого бетону для малоповерхового будівництва (в індивідуальних будинках типу „котедж”) або багатоповерхового каркасного будівництва. У світовій практиці ніздрюватий бетон також широко використовується при реконструкції старих будівель, особливо при необхідності додаткового утеплення огороджувальних конструкцій та при збільшенні поверховості будівель із збереженням існуючого фундаменту.

Різновидом ніздрюватих бетонів є бетони так званої варіатропної будови, особливість яких полягає в тому, що середня густина бетону плавно змінюється від однієї поверхні виробу чи конструкції до іншої. Це забезпечує оптимальну роботу конструкцій: зовнішні шари виконують переважно конструкційні і захисні функції, а внутрішні - теплоізоляційні. Порівняно з різношаровими, такі конструкції мають певні переваги: відсутні зони концентрації напружень між різнорідними шарами і накопичення конденсату; крім того, зменшуються трудові і матеріальні витрати на їхнє виготовлення.

Автоклавні ніздрюваті бетони придатні для виготовлення широкої номенклатури виробів, неавтоклавні - переважно для отримання дрібних стінових блоків та теплоізоляції.

Враховуючи умови експлуатації, обмежується застосовування виробів із нідрюватого бетону для цоколів і стін підвалів, а також стін приміщень з мокрим режимом експлуатації.

За техніко-економічними показниками та основними будівельними властивостями ніздрюваті бетони вигідно відрізняються від інших видів легких бетонів. Стіни з ніздрюватого бетону в 1,3...2 рази легші, ніж стіни з керамзитобетонних панелей, вартість їх також менша. Питомі капітальні вкладення в будівництво заводів ніздрюватобетонних виробів на З0...40% нижчі, ніж заводів, що випускають аналогічні вироби з легкого бетону на пористих заповнювачах.

Особливо ефективним є використання ніздрюватого бетону при отриманні виробів повної заводської готовності. Застосування великорозмірних ніздрювато-бетонних виробів дає змогу зменшити масу огороджувальних конструкцій, знизити витрати при зведенні будівель, скоротити строки будівництва.

Ніздрюваті бетони використовують для виготовлення армованих панелей зовнішніх стін та покриття будівель, неармованих стінових блоків і каменів, а також тепло-, звукоізоляційних і жаростійких виробів. Застосовують ніздрюватобетонні вироби у житлових, громадських, промислових та сільськогосподарських будівлях із відносною вологістю повітря не більше ніж 75%. Зовнішні поверхні огороджувальних конструкцій з ніздрюватого бетону захищають шаром облицювального розчину, подрібненими кам'яними матеріалами, керамічною плиткою, гідрофобними покриттями.

Важливим фактором ефективності використання різних стінових матеріалів, крім загальної техніко-економічної оцінки, є мікроклімат приміщення, який визначає комфортність проживання людини в будинках зі стінами з різних матеріалів.

Згідно з відомою класифікацією, що була запропонована на міжнародному симпозіумі з автоклавних будівельних матеріалів в Ганновері більш 20 років тому, перше місце за комфортністю належить будинкам зі стінами з деревини, на третьому-четвертому місцях - будинки з ніздрюватого бетону, на шостому - десятому - стіни із керамічної та силікатної цегли, а стіни із керамзитобетону і звичайного залізобетону займають вісімнадцяте - двадцяте, тобто останнє місце.

Спеціальні бетони

Розширення галузей застосування будівельних композитів (при одночасному зростанні вимог споживачів щодо їхньої якості) сприяє створенню широкої гами бетонів зі спеціальними властивостями, в тому числі високоміцних, дорожніх, декоративних, жаростійких, корозійностійких тощо, які можуть бути використані замість дефіцитних керамічних, металевих, кам'яних та інших матеріалів.

Високоміцний бетон - визначають як бетон із міцністю на стиск не менш як 50 МПа. На сьогоднішній день отримання бетонів міцністю до 100 МПа вже не становить великої проблеми, а в наукових колах мова йде про можливість створення бетонів міцністю 400...800 МПа.

Міжнародними організаціями з будівництва прийняті нові терміни і їх визначення щодо бетонів з підвищеною міцністю. Високоміцний бетон (High Strength Concrete) - це бетон, який характеризується міцністю при стиску зразків-циліндрів 60...130 МПа, або зразків-кубів 72...156 МПа. Високоякісний бетон (High Performance Concrete) - це бетон з високими експлуатаційними властивостями при водов'яжучому відношенні менш як 0,4. Як переваги таких бетонів вважають поліпшену легкоукладальність і міцність, що сприяє прискоренню будівництва і створенню більш економічних та довговічних конструкцій. Головними галузями використання високоякісних бетонів є висотне будівництво, атомні електростанції, морські гідротехнічні споруди, мости, різні інженерні споруди, дорожні покриття.

Піонерами практичного використання таких бетонів є будівельні фірми Франції, Японії, США, Норвегії.

Основними умовами отримання високоміцних бетонів є застосування високоактивних в'яжучих речовин (портландцементи, лужні цементи, в'яжучі речовини низької водопотреби (ВНВ), полімерні в'яжучі речовини), крупних та дрібних заповнювачів відповідної якості та гранулометричного складу, проектування жорстких бетонних сумішей, використання пластифікуючих добавок, в тому числі суперпластифікаторів, а також мікронаповнювачів. Впровадження високоміцних бетонів у будівництво дозволяє суттєво зменшити габарити конструкції, а відповідно, і об'єм бетону, скоротити витрати арматурної сталі у залізобетонних конструкціях. Зменшення розмірів перерізу дає можливість виготовляти конструкції під різні навантаження у формах одного типорозміру, що веде до скорочення парку форм.

Серед високоміцних бетонів останнього покоління найбільшу увагу привертають:

бетони, отримані на основі портландцементу, модифікація структури якого здійснена за рахунок використання суперпластифікаторів (для зниження водоцементного відношення) та мікронаповнювачів. Міцність при стиску таких матеріалів досягає 100 МПа, а при гідротермальній обробці - 300...500 МПа. У зарубіжній фаховій літературі такі бетони відомі під назвою DSP (demystified small particles );

портландцементні бетони, які містять у своєму складі водорозчинні полімери (наприклад, гідроксиполімерцелюлозу та гідролізований поліхлоридвініл), що підвищують ступінь ковзання частинок і тому забезпечують щільне укладання їх. Ці композити відрізняються високою міцністю при стиску та згині (до 150 МПа), модуль Юнга дорівнює 40...50 ГПа, опір утворенню тріщин 1 кДж-м². Вони можуть містити наповнювачі, що дозволяє отримувати матеріали зі спеціальними властивостями (підвищеною твердістю, електропровідністю, зносостійкістю). У зарубіжній літературі такі бетони відомі під назвою MDF(macro defect free);

бетонні полімерні композити, які поділяють на три групи:

- бетони полімерно-цементні (РСС -- Polymer Cement Concrete);

- бетони, що імпрегновані полімерами (РІС - Polymer Impregnated Concrete);

- бетони полімерні (РС - Polymer Concrete).

У полімерно-цементних композитах (РСС) процес полімеризації полімерів відбувається або перед гідратацією цементу, або паралельно процесу гідратації. Порівняно зі звичайними бетонами, РСС є стійкішими до дії динамічних сил, здатні до перетворення та розсіювання енергії, відрізняються більшими значеннями міцності при стиску, при згині, при розтягу, більшою адгезією та низькою водонепроникністю. Використовують такі композити для будівництва сходів, доріг, підлог, для ремонту та нарощування нового бетону на старий, для усунення тріщин, зміцнення перекриттів, антикорозійного захисту бетонів та як ущільнюючий матеріал.

Полімерні імпрегновані бетони отримують шляхом імпрегнації (просочування) бетонних конструкцій (в сухому стані) рідкими мономерами або полімерами з наступною полімеризацією їх в середині бетону внаслідок термічної, каталітичної або радіаційної обробки. Імпрегновані бетони, порівняно зі звичайними, характеризуються меншою пористістю, підвищеною стійкістю при дії агресивних середовищ, низькою повзучістю і відносно високими пружними властивостями. Використовують ці композити для гідротехнічного, в тому числі морського будівництва при спорудженні нафтових платформ у морі, для влаштування покриттів мостів, будівництва тунелів, корозійностійких підлог, контейнерів для радіоактивних відходів, труб, що працюють під тиском, зносостійких матеріалів.

Полімерні бетони отримують на основі синтетичних смол (полімерів або мономерів) та відповідних заповнювачів. Композити характеризуються високою міцністю при стиску, хімічною стійкістю, стійкістю до дії атмосферних факторів та добрим зчепленням. Використовують такі матеріали для виготовлення корозійностійких підлог, антикорозійного захисту матеріалів, фундаментів для станків. Швидке нарощування міцності дозволяє застосовувати їх для ремонту та відновлення автострад, при проведенні аварійних робіт на відповідальних об'єктах.

Фібробетони (FRC - Fiber Reinforced Concrete) -- композити, в яких бетонна матриця армована волокнами з метою підвищення міцності при згині, тріщинос-тійкості, ударної в'язкості, зносо-, термо- та корозійної стійкості.

Армуючі матеріали представлені металевими, мінеральними і органічними волокнами у вигляді безперервних структур (сіток, тканин та інших подібних матеріалів) або коротких відрізків волокон - фібр.

Дорожній бетон відрізняється від звичайного високою міцністю при розтягу та стиску, підвищеною морозостійкістю, зносостійкістю та корозійною стійкістю. Вимоги до дорожнього бетону зумовлені складними умовами його експлуатації, в тому числі наявністю статичних та динамічних навантажень, дією змінної вологості та температури.

Залежно від призначення дорожній бетон поділяють на бетон для одно- та двошарових покриттів, а також для основ вдосконалених покриттів. Як дорожні бетони використовують бетони класів В5...В40 (за міцністю при стиску), для яких границя міцності при згині становить від 1,5 до 5,5 МПа. Бетон одношарового та верхнього шару двошарового покриттів повинен мати відповідну морозостійкість: Р200 - для суворого, Р150 - помірного та Р100 - м'якого клімату.

Для одно- та двошарових покриттів доріг рекомендовано застосовувати портландцементи М500 (на основі клінкеру з нормованим мінералогічним складом за ГОСТ 10178), а для основ вдосконалених покриттів - портландцементи та шлакопортландцементи марок М300 та М400.

Для підвищення якості бетонної суміші та стійкості бетону проти спільної агресивної дії розчинів хлористих солей та морозу до складу бетонної суміші під час приготування додають поверхнево-активні добавки.

При обладнанні пішохідних переходів, паркових доріжок, а також при виготовленні елементів малої архітектури для міського благоустрою використовують кольорові бетони, їх отримують при введенні до бетонної суміші луго- та світлостійких пігментів у кількості 8...10% від маси цементу. В окремих випадках (для посилення декоративного ефекту) використовують заповнювачі, що мають потрібний колір, наприклад червоні кварцити, туфи, мармур.

Декоративний бетон застосовують для надання художньої виразності фасадам та інтер'єрам будівель, в тому числі при облицюванні стін та підлог. Ці бетони готують з використанням білого та кольорових цементів, а також спеціально підібраних заповнювачів.

Декоративний ефект може досягатися за рахунок зміни кольору, фактури поверхні та форми виробу. На сьогодні найбільшого застосування набули декоративні бетони, що імітують природне каміння або деревину.

Для отримання кольорових бетонів як дрібні заповнювачі використовують чисті кварцові піски, а як крупні - вапняки та доломіти. Для імітації гірських порід застосовують відходи дроблення та пиляння каменю, щебінь і піски з мармуру, висівки граніту, базальту та інших гірських порід. Зазвичай крупний заповнювач не дає особливого забарвлення бетону. На його колір більше впливають дрібні частинки заповнювача, розмір яких не перевищує 0,3 мм.

Жаростійкий бетон використовують при зведенні промислових агрегатів та будівельних конструкцій, що експлуатуються при дії температур від 300 до 1800°С.

За призначенням жаростійкі бетони поділяють на конструкційні та теплоізоляційні, а за типом структури розрізняють щільні (важкі) та ніздрюваті (легкі).

Як в'яжучі речовини для виготовлення жаростійких бетонів найчастіше застосовують портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистий та високогли-ноземистий цементи, рідке скло, лужні, фосфатні та алюмофосфатні в'яжучі.

Для отримання тонкомелених добавок та заповнювачів придатні золошлакові суміші, керамзит, аглопорит, перліт, вермикуліт, шамот, кордієрит, магнезит, карборунд, мулітокорунд тощо.

Головними характеристиками жаростійкого бетону є міцність при стиску, максимально допустима температура використання, термостійкість, морозостійкість, водонепроникність, середня густина, усадка.

Для бетонів ненесучих конструкцій (ГОСТ 20910) клас бетону ИЗ, И6, И7, И8, И9, И10, И11, И12, И13, И14, И15, И16, И17, И18 встановлюється за максимально допустимою температурою застосування (від 300 до 1800°С), яка визначається за значеннями залишкової міцності після випалювання та температурою деформації під навантаженням.

Бетони, призначені для використання в умовах змінних температурних режимів, повинні відрізнятися термостійкістю, яка визначається згідно з існуючими нормативними документами кількістю циклів водних або повітряних теплозмін. Термостійкі бетони поділяють на марки:

Т₁5, Т₁1О, Т₁І5, Т₁20, Т₁30, Т₁40 (водні теплозміни);

Т₂10, Т₂15, Т₂20, Т₂25 (повітряні теплозміни).

Для легкого жаростійкого бетону поділ на марки встановлено за середньою густиною у сухому стані - D300...D1800 (зміна марки через 100 кг/м³).

За видом заповнювачів жаростійкі бетони поділяють на кремнеземисті, алюмосилікатні і магнезіальні. В кремнеземистих бетонах заповнювачами й тон-комеленими добавками є кварцит і динас. В алюмосилікатних бетонах застосовують шамотні, муліто-кремнеземисті і мулітові заповнювачі, які забезпечують температуру експлуатації таких бетонів до 1600°С.

До магнезіальних бетонів відносять бетони, які включають як заповнювачі периклаз, магнезіально-шпинелевидні заповнювачі, а також магнезіально-силікатні (периклазофорстеритові, форстерито-хромітові, форстеритові та ін.).

Вибір в'яжучої речовини для жаростійкого бетону залежить від умов його експлуатації. Так, порландцемент та шлакопортландцемент не можна використовувати для конструкцій, що експлуатуються у кислотному середовищі, наприклад, у димових трубах, де має місце дія сірчаного ангідриду. В цьому випадку краще застосовувати бетон на рідкому склі, але останній не бажано експлуатувати в умовах дії води або водяної пари.

На основі рідкого скла з добавками техногенної сировини, що містить силікати або алюмінати кальцію, розроблені лужні жаростійкі бетони з температурою застосування до 1600°С і стійкістю до дії різних середовищ. Ці бетони відрізняються також високою термостійкістю, водостійкістю, швидким набором міцності, стабільністю міцнісних характеристик і добрими експлуатаційними властивостями. Розроблені склади жаростійких бетонів знайшли використання як футерувальні матеріали для теплових агрегатів із різними умовами і режимами роботи, в тому числі в агрегатах зі змінними температурними режимами, наприклад, у грубих пиловловлювачах мідеплавильного виробництва з трикратною зміною температури за добу від 200 до 800°С, з досить високим терміном придатності матеріалу (експлуатація без ремонту протягом 15 років), для футерування вагонеток тунельних печей, причому термостійкість бетону у 2 рази перевищує термостійкість вогнетривкої шамотної цегли.

Легкий жаростійкий бетон із середньою густиною до 2100 кг/м³ отримують на основі пористих заповнювачів, вид яких обумовлює максимально допустиму температуру використання (700...1000)°С та забезпечує зниження теплопровідності у 1,5...2 рази порівняно з важким бетоном.

Збірні елементи з жаростійкого бетону та монолітні конструкції з нього широко застосовують у різноманітних галузях народного господарства: енергетичній, хімічній, нафтопереробній промисловості, чорній та кольоровій металургії, у промисловості будівельних матеріалів. Жаростійкі бетони успішно використовують замість напівкислих та шамотних виробів, що працюють в інтервалі температур 800...1400°С, та замість високовогнетривких виробів при температурах 1400...1700°С.

Корозійностійкий бетон застосовують при експлуатації промислових об'єктів та гідротехнічних споруд у агресивних середовищах, що представлені розчинами солей, кислот та лугів. Гідротехнічний бетон можна розглядати як різновид корозійностійкого бетону.

Стійкість бетону до дії агресивного середовища оцінюють коефіцієнтом хімічної стійкості К, що дорівнює відношенню міцності при стиску зразків після 360 діб експлуатації в агресивному середовищі до міцності при стиску контрольних зразків. За величиною коефіцієнта розрізняють: бетони високої стійкості (К>0,8), стійкі (К=0,5...0,8), відносно стійкі (К=0,3...0,5) та нестійкі (К<0,3).

Як в'яжучі речовини застосовують рідке скло, поліефірну смолу, фурано-епоксидну смолу тощо. Заповнювачами є кварцовий пісок, щебінь із кварциту, андезиту, діабазу, базальту.

Корозійностійкі бетони залежно від виду використаної в'яжучої речовини представлені полімербетонами, шлаколужними бетонами та бетонами на основі рідкого скла та сірки.

Бетон для захисту від радіації виготовляють за звичайною технологією та застосовують у спеціальних спорудах: ядерних реакторах, атомних електростанціях, рентген-кабінетах.

Захист від радіації, залежно від її джерела, досягається за рахунок використання щільних бетонів із високою густиною (в першу чергу при дії ?-випромінювання), та бетонів, що містять у складі легкі елементи, в тому числі гідроген у вигляді хімічно або фізично зв'язаної води (для захисту переважно від ?-, ?-випромінювання). Захисна здатність бетонів оцінюється товщиною шару, при якій потік радіоактивного випромінювання послаблюється вдвічі, порівняно із початковим.

Як в'яжучі речовини використовують портландцемент та шлакопортландцемент, а також кальційалюмінатні та лужні цементи.

Як заповнювачі застосовують важкі природні або штучні матеріали (відходи чавунного та сталеливарного виробництва), в тому числі для особливо важкого бетону - залізні руди: магнетит (Fе₃O₄) та гематит (FеO) із вмістом заліза не менш як 60%, а також бурий залізняк Fе₂Oз * nН₂O (лимоніт), який дозволяє значно підвищити вміст зв'язаної води у бетоні, та баритові руди, що містять 80% сульфату барію.

Металевий крупний заповнювач може бути представлений чавунним скрапом, обрізками сталі та заліза. В разі використання металевого заповнювача середня густина бетону досягає 6000 кг/м³.

Для підвищення захисних властивостей бетонів до їхнього складу корисно вводити добавки, що містять легкі елементи (бор, літій, кадмій).

Бетон для захисту від радіації повинен мати відповідну міцність при стиску та відносно низький модуль пружності, що дозволяє знизити величину розтягувальних напружень у зовнішній зоні захисту. Такий бетон, крім стійкості до радіації, повинен також відрізнятися вогнестійкістю та жаростійкістю, оскільки при роботі реактора в аварійному режимі не виключеним є підвищення температури.

Для бетонування масивних конструкцій краще застосовувати суміші з мінімальним теплом гідратації та мінімальною усадкою, а також невеликою величиною коефіцієнта температурного розширення. Особливо важкі бетони, отримані з використанням гематитового, лимонітового та баритового заповнювачів, мають подібні механічні властивості. Ці бетони поділяються за міцністю при стиску на марки М100, М200, М300.

Поведінка бетонів за умов пожежі

Поведінка бетону при нагріванні обумовлена впливом високих температур на його основні складові компоненти: цементний камінь і заповнювачі.

Під впливом високих температур затверділий цементний камінь поступово втрачає всі види води яка в ньому містилася (вільної, фізично і хімічно зв'язаної), що призводить до порушення структури цементного каменя і до втрати ним міцності. Нагрівання до 400°С призводить до поступового зниження міцності через дегідратацію, в основному алюмінатів кальцію. При подальшому підвищенні температури до 550° відбувається дегідратація гідроокису кальцію з утворенням оксиду кальцію, що також приводить до зменшення міцності. При нагріванні цементного каменя до 900°С цементний камінь повністю втрачає міцність і руйнується. Підвищити стійкість цементного каменя до нагріву можна шляхом введення в портландцемент активних тонкомолотих домішок. Ці домішки (наприклад шамот, цем'янка і ін.) здатні вступати в реакцію в твердій фазі з дегідратованими під впливом тепла мінералами цементного каменя. При цьому утворюються нові безводні з'єднання такі, як СаО · Al₂O₃ · 2SiO₂ (анортит), 3CaO · 2SiO₂ (ранкініт) і ін. Кількість тонкомолотої добавки має бути не менше 30 % від ваги змішаного в'яжучого. Варто відмітити, що важливою особливістю бетону під час високотемпературного нагрівання є його схильність до крихкого руйнування. Крихке руйнування відбувається якщо бетон має високу вологість, тобто його пори насичені вологою. Причиною крихкого руйнування є зростання тиску у порах каркасу цементного каменю в результаті швидкого випаровування наявної вільної вологи. При цьому вибухово відколюються великі шматки бетону, що призводить до його швидкого руйнування. Для уникнення таких явищ волога з пор каркасу цементного каменю повинна бути видалена шляхом висушування на повітрі протягом 28 діб.

Всі фізико-хімічні процеси впливають на густину бетону. В процесі нагрівання густина бетону зменшується, як це видно з рис. 5.4.



Рис. 5.4. Зміна густини бетону в залежності від температури нагріву.

Про характер поведінки при нагріванні заповнювачів в бетоні можна судити по поведінці тих кам'яних матеріалів, з яких ці заповнювачі отримані.

Як вже наголошувалося, цементний камінь при нагріванні дає усадку, а заповнювачі під впливом тепла розширюються. Чим вище коефіцієнт температурного, розширення заповнювача, тим більші внутрішні напруження виникнуть в бетоні, що зумовить зниження, контактного зчеплення між цементним каменем і заповнювачем і приведе до втрати міцності. Найпоширенішими заповнювачами для бетону є гірські породи. Даючи порівняльну оцінку поведінки різних заповнювачів при нагріванні, варто відмітити, що найбільшими температурними деформаціями володіє щебінь з піщаників, граніту та кварциту (карбонатні гірські породи, що містять мінерал кварц). Меншими - вапняковий та базальтовий щебінь (силікатні гірські породи ). Найбільш стійкими при нагріванні є штучні заповнювачі: шамот, доменний шлак, керамзит, шлакова пемза та ін.

Так при прогріванні бетону на гранітному заповнювачі до 200°С міцність його зростає, перевищуючи в 1,5 рази початкову (рис. 5.5). При подальшому підвищенні температури до 500°С міцність знижується до початкової. Перевищення температурою межі в 500°С призводить до різкого зниження міцності бетону. За температури 800°С міцність такого бетону становить лише 15% від початкової.

Рис. 5.5. Зміна міцності бетону на гранітних заповнювачах при нагріванні: 1 - тригодинне нагрівання; 2 - восьмигодинне нагрівання

Міцність бетону на вапнякових заповнювачах при прогріванні до 400°С зростає до 140% порівняно з початковою (рис. 5.6). Значна втрата міцності бетону відбувається при прогріванні його до температури 500°С, однак за температури 580°С міцність все ще дорівнює початковій. При 800°С міцність знижується до 30% від початкової. Наведені дані свідчать про більшу стійкість до нагрівання бетону на вапнякових заповнювачах порівняно з бетоном на гранітних заповнювачах. Ця обставина знайшла віддзеркалення в нормах. Відповідно до ДБН будівельні конструкції з бетонів на карбонатних заповнювачах мають нормовану межу вогнестійкості на 10% нижче, ніж конструкції з бетонів на силікатних заповнювачах.

Дещо по іншому ведуть себе при нагріванні бетони які знаходяться під навантаженням. Інтенсивність зниження міцності напруженого бетону (?_ст=0,3?_мах) при нагріванні до 500 - 600°С приблизно на 20 - 30% менша, ніж зниження міцності ненапруженого бетону. Це відбувається тому, що обтискування бетону при нагріванні перешкоджає вільному розвитку деформацій та розкриттю тріщин в бетоні, чим сповільнює процес його руйнування.

При нагріві бетону під час пожежі змінюється не тільки його міцність, а й характер його деформації. На рис. 5.7 поданий характер зміни діаграми деформування залежно від температури нагріву.

Рис. 5.6. Зміна міцності бетону на вапнякових заповнювачах при нагріванні: 1 - тригодинне нагрівання; 2 - восьмигодинне нагрівання

Рис. 5.7. Діаграми деформування бетону на стискання при різних температурах нагрівання.

Характер даних діаграм дуже важливий для розрахунків бетонних та залізобетонних конструкцій на вогнестійкість.

Також є важливою зміна теплофізичних властивостей бетону, оскільки теплові процеси, які відбуваються під час нагрівання бетону складні і сильно впливають на прогрів внутрішніх шарів бетону елементів конструкцій. Всі теплові процеси можуть бути враховані при введенні ефективних теплофізичних характеристик - ефективного коефіцієнту теплопровідності (див. рис. 5.9), який змінюється у певних межах) та ефективної питомої теплоємності (див. рис. 5.10).

?_еф, Вт/(м·К)

Т, С

Рис. 5.9. Коефіцієнт теплопровідності бетону: 1 - верхня межа; 2 - нижня межа.

c_?(Т), кДж/(кг·К)

?, ⁰С

Рис. 5.10. Питома теплоємність для бетону різної вологості - 3%, 1,5% і 0%.

Також важливою характеристикою є зміна температурних деформацій (температурного розширення). Характер температурних деформацій показаний на рис. 5.11. На рис. 5.11 для порівняння показані температурні деформації арматурної сталі.

Рис. 5.11. Характер температурної деформації бетону та арматурної сталі.

Характер зміни міцності при нагріванні різнотипних легких та ніздрюватих бетонів на портландцементі аналогічний зміні міцності важких бетонів. Але так як такі бетони володіють пониженою інтенсивністю прогріву при пожежі (приблизно на 30% менше, ніж інтенсивність прогріву важкого бетону), тому виготовлені з них конструкції мають підвищену (на 30%) вогнестійкість, порівняно з вогнестійкістю аналогічних конструкцій з важкого бетону.

Найбільш стійкими при короткочасному та тривалому впливі високих температур є жаростійкі бетони, склад яких підбирають з врахуванням відповідних вимог.

Питання для самоконтролю

1. Визначення та особливості формування структури бетонів.

2. Стандартизація та класифікація бетонів.

3. Основні механічні характеристики важких бетонів.

4. Стандартизовані за міцністю класи важкого бетону.

5. Класифікація важких бетонів за морозостійкістю та водопроникністю.

6. Теплофізичні властивості важких бетонів.

7. Визначення та особливості структури легких бетонів.

8. Класифікація та основні властивості легких бетонів.

9. Структура та основні властивості крупнопористих бетонів.

10. Структура та основні властивості поризованих бетонів.

11. Структура та технічні характеристики ніздрюватих бетонів.

12. Спеціальні бетони. Високоміцний бетон.

13. Спеціальні бетони. Дорожній бетон.

14. Спеціальні бетони. Декоративний бетон.

15. Спеціальні бетони. Жаростійкий бетон.

16. Спеціальні бетони. Корозійностійкий бетон.

17. Спеціальні бетони. Бетон для захисту від радіації.

18. Поведінка бетонів за умов пожежі.

Задачі для самостійного розв'язування

1. Зовнішня стінова панель із газобетону має розміри 3,12,90,3 м і масу m_п=2160 кг. Визначити пористість газобетону, приймаючи значення дійсної густини =2,81 г/см³.

2. Зразок із газобетону з розміром ребер а=20 см занурений у воду і плаває. Висота над рівнем води в перший момент складала h=6,5 см. Визначити густину газобетону, приймаючи його дійсну густину =2,79 г/см³. Поглинанням води при цьому можна знехтувати.

3. Визначити межу міцності при розтягу стального стержня і зразка-призми із бетону. Руйнуюче навантаження F для зразків сталі і бетону 30 Кн. Розміри бетонної призми 101080 см. Розміри сталевого циліндра dh (110 см).

4. Який об'єм пустот потрібно утворити в бетоні з дійсною густиною 2,4 г/см³, щоб його середню густину зменшити з 2200 до 600 кг/см³?

5. Водопоглинання бетону за масою і об'ємом дорівнює відповідно w_m=4,2%; w_o=9,5%. Знайти загальну пористість бетону при його дійсній густині =2,7 г/см³.

Розділ 6. ЗАЛІЗОБЕТОН

1. Розвиток та застосування залізобетонних конструкцій

2. Класифікація залізобетонних конструкцій.

3. Галузі застосування залізобетону.

4. Особливості залізобетону, як будівельного матеріалу.

5. Поведінка залізобетонних конструкцій за умов пожежі.

6.1 Розвиток та застосування залізобетонних конструкцій

Залізобетон - основний будівельний матеріал сучасності має порівняно невелику історію застосування (близько 140 років).

Завдяки міцності бетону на стиск, довговічності, високій вогнестійкості, корисним технологічним властивостям, бетон широко застосовують в будівництві. Проте він не міг конкурувати з металом, який здатний сприймати великі зусилля на стиск і розтяг. Виникла ідея об'єднати бетон і сталь в єдиний матеріал - залізобетон - для спільної роботи. У залізобетоні арматуру розміщують так, щоб вона сприймала розтягуючі зусилля, а стискальні зусилля передавалися на бетон. Сумісна робота бетону і арматури обумовлена великими силами зчеплення між ними при рівних величинах температурних деформацій. При цьому арматура в бетоні досить добре (проте не ідеально) захищена від корозії.

Першою відомою конструкцією був човен, створений французом Ламбо в 1849 році, з дротяної сітки покритої цементним розчином.

Російські майстри ще в 1802 році застосовували армований бетон, однак не вважали, що отримали новий будівельний матеріал і не патентували.

В 1904 році в місті Миколаїв за проектом російських інженерів побудований перший маяк з монолітного залізобетону, висотою 36 м, товщиною стінок 10 см.

В 1965 році була побудована Останкінська телевежа, висотою 522 м з монолітного попередньо напруженого залізобетону.

6.2 Класифікація залізобетонних конструкцій

Залізобетонні конструкції за способом виготовлення поділяють на монолітні та збірні.

У повоєнний період найбільшого поширення набули збірні конструкції, оскільки потрібно було швидко відбудовувати зруйновані споруди. Збірні залізобетонні конструкції виготовляють на механізованих підприємствах. Перевага збірного залізобетону порівняно з монолітним - в істотному підвищенні продуктивності праці за рахунок випуску елементів підвищеної заводської готовності. Застосування збірних залізобетонних конструкцій в порівнянні з монолітними дозволяє скоротити витрату сталі і бетону, усунути нераціональне використання лісоматеріалів при облаштуванні опалубки і підтримуючих лісів, перенести з будівельного майданчика на завод велику частку робіт щодо зведення конструкцій. При цьому будівельний майданчик перетворюється на монтажний, значно скорочується трудомісткість робіт, підвищується їх якість, знижується вартість, різко прискорюються темпи будівництва.

В останні роки з'явилася тенденція до збільшення використання монолітного залізобетону з використанням ковзкої та переставної опалубки. Монолітні залізобетонні конструкції зводять безпосередньо на будівельних майданчиках. Звичайно їх застосовують в будівлях і спорудах, що важко піддаються роз'єму, при нестандартній і малій повторюваності елементів і при особливо великих навантаженнях (фундаменти, каркаси і перекриття багатоповерхових промислових будівель, гідротехнічні, транспортні і інші споруди). Недоліком монолітних залізобетонних споруд є те, що при їх зведенні витрачається велика кількість ручної праці і матеріалів на виготовлення опалубки, підмостків і так далі Значні трудності виникають при бетонуванні монолітних конструкцій в зимовий час.

Збірні залізобетонні вироби класифікують за видом армування, щільністю, видом бетону, внутрішньою будовою та призначенням.

За видом армування - зі звичайним армуванням та попередньо напружені.

Використання звичайного армування (укладання сталевих стержнів, сіток, каркасів у зоні розтягу) під час експлуатації не захищає від появи тріщин у зоні розтягнутого бетону.Утворення тріщин задовго до руйнування виробу може привести до корозії арматури під дією вологи та газів. Появу мікротріщин можна уникнути, якщо обтиснути бетон попередньо напруженою арматурою.

Попереднє натягування арматури можна виконувати до і після бетонування конструкцій.

У першому випадку арматуру попередньо розтягують, а після бетонування й затвердіння бетону її вивільнюють від натягу. Арматура, прагнучи повернутися в ненапружений стан (внаслідок пружності), оскільки вона міцно зчеплена з бетоном, обтискує його.

У другому випадку залізобетонні вироби виготовляють з повздовжніми каналами, у них пропускають арматуру, яку розтягують, і її кінці закріплюють спеціальними пристроями на торцях виробу. Після цього канали заповнюють цементним розчином, щоб захистити арматуру від корозії.

Використання попередньо-напруженої арматури дає змогу не тільки попередити утворення тріщин, а й значно зекономити метал, скоротити витрату складових матеріалів у бетоні, зменшити масу конструкції, підвищити довговічність та знизити вартість будівництва.

Вироби можуть складатися з одного шару бетону (одношарові) та кількох шарів із різними видами бетону (багатошарові).

За призначенням збірні залізобетонні вироби поділяють на такі групи: для житлових, громадських, промислових, сільськогосподарських та для гідротехнічних споруд.

6.3 Галузі застосування залізобетону

1) Для спорудження одно- і багатоповерхових виробничих будівель із збірного залізобетону виготовляють плити покриття та перекриттів, стінові панелі, балки, ферми, колони, підкранові балки, фундаменти. Зовнішні стіни великопанельних будівель монтують з керамзитобетонних панелей, а решту елементів - з важкого бетону.

2) Видовищні будівлі - театри, кінотеатри.

3) Спортивні споруди - палаци спорту, криті стадіони, плавальні басейни.

4) Залізобетонні попередньо напружені конструкції використовують для аркових, фермових, балконових мостів на залізничних та автомобільних магістралях.

5) З монолітного та збірно-монолітного залізобетону будують спеціальні інженерні споруди - бункери, резервуари для зберігання нафтопродуктів, телевізійні башти, лінії електропередач, атомні реактори.

6) Просторові конструкції - об'ємні елементи ліфтових шахт, кільця криниць, блок - кімнати санітарних кабін.

7) Будівництво гідротехнічних споруд - гребель, шлюзів, набережних, будівель ГЕС.

8) Транспортне будівництво - попередньо напружені шпали, естакади.

9) Зі збільшенням польотної маси літаків усі злітні та посадочні смуги будують з монолітного, часто попередньо напруженого залізобетону.

10) Для видобування нафти й газу споруджують плавучі або такі, що опускаються на дно, острови з монолітного залізобетону.

11) Використовують для будівництва плавучих доків, понтонів, причальних споруд.

12) Зростання міст зумовило розвиток підземного будівництва - транспортні та пішохідні тунелі, підземні гаражі, станцій метро, колектори.

6.4 Особливості залізобетону, як будівельного матеріалу

Розглянемо особливості залізобетону, як будівельного матеріалу на прикладі роботи балок на згин. Спочатку розглянемо роботу на згин бетонної балки (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Схема роботи бетонної балки на згин: 1 - стиснута зона; 2 - розтягнута зона; 3 - тріщина, що спричиняє руйнуванню балки; F - силове навантаження; f - величина прогину балки

Під дією навантаження F у початковий період напруження і деформації пов'язані лінійною залежністю за законом Гука. З подальшим збільшенням навантаження з розтягнутій зоні виникають не пружні деформації. У момент виникання граничних напружень на розтяг ?_мах і граничних деформацій розтягу в бетоні утворюється перша тріщина, яка спричиняє швидке крихке руйнування балки. Дослідження показали, що міцність бетону на розтяг в 10 …15 разів нижча, ніж на стиск. Наприклад - для класу В15 міцність на розтяг ?^р_мах = 1.15 МПа, а на стиск ?^с_мах = 11 МПа.

Отже, міцність стиснутої зони залишається невикористаною у зв'язку з незначною міцністю розтягнутої зони, і, як наслідок - невелика несуча здатність бетонної балки.

Якщо в розтягнуту зону помістити сталеві стержні, то характер роботи вже залізобетонної балки буде інший (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Схема роботи залізобетонної балки на згин: 1 - стиснута зона; 2 - розтягнута зона; 3 - тріщини в розтягнутому бетоні; 4 -арматура. 5 - зона пошкоджень бетону; F - силове навантаження.

У початковий момент бетон і арматура працюють разом. Із збільшенням навантаження, коли в бетоні розтягнутої зони напруження і деформації досягають граничних значень, виникають перші тріщини. Навантаження в цей момент становить 15 …25% від руйнівного. Бетон в розтягнутій зоні виключається з роботи, і всі розтягуючі зусилля сприймає арматура. Подальше збільшення навантаження спричиняє збільшення ширини розкриття тріщин, розвиток їх по висоті, утворення нових. Руйнування настає тоді, коли напруження в арматурній сталі досягають границі текучості. Руйнування балки буде пластичним, з великими прогинами, і закінчиться роздробленням бетону стиснутої зони. Таким чином армування бетонної балки дає можливість використовувати міцність арматури на розтяг і міцність бетону на стиск. Несуча здатність залізобетонної балки може переважати несучу здатність бетонної, більш як у 10 разів.

Рис. 6.3. фрагмент залізобетонної балки після випробування її на згин.

На рис 6.3 показаний фрагмент залізобетонної балки після випробування її на згин. На даному рисунку видно розподілення тріщин у розтягненій зоні.



Рис. 6.4. Схема попередньо напруженої залізобетонної балки: 1 - стиснута зона; 2 - розтягнута зона; 3 - попередньо напружена арматура P - зусилля попереднього натягу.

Звичайні залізобетонні конструкції мають істотні недоліки - тріщини в розтягнутій зоні, що не завжди припустиме для нормальної експлуатації.

Тому застосовують попередньо напружені конструкції, під час виготовлення яких створюється обтискування бетону розтягнутої зони. Цього досягають напруженням арматури. Обтискування бетону дає можливість не допускати утворення тріщин під час експлуатації або обмежити їх розкриття (рис. 6.4).

У стиснутих конструкціях основне навантаження сприймає бетон, оскільки він добре чинить опір стисканню. Арматура сприймає частину стискальних зусиль, що дає можливість зменшити розміри поперечного перерізу елемента. Армування стиснутого бетону підвищує надійність залізобетонних конструкцій. Проте заміняти бетон дорожчим матеріалом - стальною арматурою є економічно невигідно і арматуру ставлять у кількості 3% від площі перерізу бетону.

Поведінка залізобетонних конструкцій за умов пожежі.

Вогнестійкість залізобетонних конструкцій визначається зміною міцності та пружно-пластичних властивостей бетону (див. розділ 5) та арматурної сталі в умовах короткочасної дії високих температур. Враховуючи наявність великої кількості специфічних особливостей поведінки залізобетону в умовах механічного навантаження та особливості, що з'являються під час його нагрівання в тих же умовах, можна зазначити що руйнування має характер, зумовлений накопиченням ушкоджень у вигляді тріщин. Поява тріщин та їх розвиток спричиняє різний перерозподіл внутрішніх зусиль для різних функціональних елементів залізобетонних конструкцій. Умовно можна розділити на елементи, які працюють в умовах стискання (колони, стойки та ін.), елементи, які працюють на згин (балки, ригелі, плити перекриттів та ін.), елементи, які працюють в умовах сумісної дії деформацій (елементи каркасів, рам, ферм та ін.).

Для працюючих на згин вільно опертих по двох сторонах (статично визначених) залізобетонних елементів конструкцій вирішальним фактором, що визначає необоротне зниження їх міцності та жорсткості в умовах пожежі є поведінка за даних умов арматурних сталей. При вогневій дії пожежі на зігнутий елемент на початкових стадіях відбувається прогрівання внутрішніх шарів бетону, при цьому в цих шарах відбувається закриття тріщин за рахунок температурного розширення. Із зростанням температури у внутрішніх шарах відбувається нагрів арматури і при досягненні нею температури 450-500С арматурна сталь набуває стану текучості, тобто зростання деформацій при сталих внутрішніх зусиллях. При цьому на фоні додаткового зменшення міцності бетону внаслідок нагрівання втрачається стійкість тріщин и вони починають розвиватись. При подальшому зростанні тріщин під вогневою дією пожежі найбільші з них розвиваються у магістральні. В місцях найбільших ушкоджень у стиснутій зоні зімкнуті береги магістральних тріщин обминаються і роздроблюються, а арматура ще більше пластично деформується при сталому зусиллі. У результаті утворюється локальна зона великих пластичних деформацій. Таке явище подібне до утворення пластичного шарніру у металевих конструкціях. Після цього відбувається обвалення елементу. В деяких випадках обвалення може спричинити розрив арматурних стержнів.