Исследование процесса нагрева карбонизированного и некарбонизированного бетона для оценки огнестойкости железобетонных конструкций

Тема. Карбонизация бетона, возникающая в результате поражения основных элементов готовой железобетонной конструкции коррозией, резко понижает эксплуатационные характеристики железобетонных конструкций (ЖБК), особенно в условиях высоких температур. В этой связи представляет интерес изучение процесса нагрева бетона карбонизированного и некарбонизированного состояния и его оптимизация. Целью данной работы является экспериментальное исследование влияния процесса карбонизации на изменение температуропроводности (α, мм2/с) бетона при его нагреве в интервале температур 293-1 123 К и в зависимости от плотности материала (ρ), кислотности среды (рН) и таких терморегулируемых параметров процесса, как: температура (Т), удельные теплоёмкость (С) и теплопроводность (λ). Объектами исследования являлись образцы бетонов, отобранные в зоне карбонизации, переходной зоне и зоне исходного (контрольного) образца бетона. Методы. Авторами использован экспериментальный метод синхронного термического анализа для изучения поведения карбонизированного бетона при нагреве. Полученные результаты были обработаны методом дисперсионного и регрессионно-корреляционного анализа, а также методом Брандона. Результаты. На основании полученных данных исследования проведена оптимизация экспериментальных результатов (метод Брандона) и на её основе получены соответствующие параметрические уравнения, описывающие в интервале температур 293-1 123 К и кислотности среды рН = 4÷12 изменение температуропроводности карбонизированного бетона в зависимости от его плотности и таких теплофизических параметров процесса нагрева, как С, λ, Т. Область применения результатов. Полученные результаты регрессионного анализа температурной зависимости коэффициента температуропроводности бетона могут быть использованы при решении теплотехнической задачи огнестойкости численными методами. Выводы. На основании результатов проведенной оптимизации установлено, что процесс карбонизации бетона может быть представлен тремя взаимно зависимыми зонами: некарбонизированной и карбонизированной зонами и промежуточной между ними зоной перехода. Экспериментально установлено, что нагрев образцов бетона в интервале температур 293-1 123 К сопровождается изменением температуропроводности в зависимости от рН среды, плотности образца и таких теплофизических параметров образца, как температура, теплоёмкость и теплопроводность.

Purpose. Concrete carbonization, resulting from corrosion damage to the main elements of the precast reinforced concrete structure, drastically reduces the performance characteristics of reinforced concrete structures (RCS), especially under high temperature conditions. In this regard, it is of interest to study heating carbonized and non-carbonized concrete and its optimization. The given research is aimed at experimental investigation of the effect of carbonization process on the change of thermal diffusivity (α, mm2/s) and depending on the density of the material (ρ), acidity of the medium (pH), and thermoregulatory parameters of the process such as follows: temperature (T), specific heat capacity (C) and thermal conductivity (λ). The objects of the study were concrete samples taken in the carbonization zone, transition zone and the zone of the initial (control) concrete sample. Methods. To study the behavior of carbonized concrete, when being heated, the authors used the experimental method of synchronous thermal analysis. The obtained results were processed by dispersion and regression-correlation analysis, as well as Brandon's method. Findings. Based on the obtained research data, the optimization of experimental results (Brandon's method) was carried out and on its basis the corresponding parametric equations describing in the temperature range 293-1 123 K and acidity of the medium pH = 4÷12 the change of thermal diffusivity of carbonized concrete depending on its density and such thermo-physical parameters of the heating process as C, λ, T were obtained. Research application field. The obtained results of regression analysis of the thermal diffusivity of concrete temperature dependence can be used in solving the thermal engineering problem of fire resistance by numerical methods. Conclusions. Based on the optimization results, it was found that the concrete carbonation process could be represented by three mutually dependent zones: non-carbonized and carbonized zones and an intermediate transition zone between them. The experiments proved that heating concrete samples within the temperature range 293-1 123 K is accompanied by a change in thermal diffusivity depending on the pH of the environment, sample density and such thermo-physical parameters of the sample as temperature, heat capacity and thermal conductivity.