Термическое поведение Fire-бетон Плиты Усиленный армированных волокном полимерные бары
Экспериментальные исследования были проведены расследования тепловых характеристик армированных бетонных плит с углеродом и стекла из армированных волокном полимера (FRP) баров в огонь. Влияние изменения ряда параметров плита была изучена установить те, которые имеют решающее значение для огнестойкость этих членов. Испытание параметров в экспериментальной работе включают в себя укрепление типа, толщина плиты, бетон толщиной панели до арматуры, совокупный типа, а также эффективность добавок изоляции пожара. Результаты показали, что качественные и теплообмена поведения армированных бетонных плит с барами FRP была близка к плит армированных стальной арматуры. Толщина бетона для укрепления и усиления типа оказались ключевые параметры, которые влияют на огнестойкость FRP-железобетонных плит.
Ключевые слова: огнестойкость; стекловолокна; железобетона; плит.
ВВЕДЕНИЕ
Армированных волокном полимера (FRP) материалы в последнее время получил большую заинтересованность в гражданском обществе инженерных исследований. FRPS дисплей многие характеристики, такие как высокое соотношение прочности и веса и устойчивости к коррозии, которые выгодны в различных гражданских инженерных приложений. Последние достижения в области знаний и FRP технологии, а также расширение использования этих материалов, привели к снижению материальных затрат и повышению доверия технологий среди структурных дизайнеров, в результате чего сотни области применения FRPS по всему миру. Один из конкретных воплощений FRP для использования в качестве внутренней арматуры в бетоне. FRP арматура, сетки, или сухожилия могут быть использованы для обеспечения внутренних растягивающих укрепление вместо обычных арматуры, коррозия которых приводит к массовому ухудшению существующих структур в течение последних 50 лет.
Исследования в области FRP железобетона (FRPRC), а теперь вышла на такой уровень, где разработка руководящих принципов имеются в наличии и широкое признание кажется неизбежной. До сих пор, однако, использование FRP в структурах, была в основном ограничивается мостов и внешних приложений, в которых соображения огнестойкости не имеют первостепенное значение. Существует огромный потенциал для использования FRP-RC членов в многоэтажных зданий, гаражей и промышленных структур. Перед FRP укрепления может быть использован с уверенностью в зданиях, однако, выполнение этих материалов под воздействием огня должны быть оценены.
Национальный исследовательский совет Канады (NRCC), в сочетании с общественных работ и правительственных служб Канады (МОРПСК) приступил к научно-исследовательского проекта по разработке необходимой информации по огнестойкости бетонных плит армированных баров FRP. В рамках этого проекта, подробный обзор литературы по изучению поведения пожара FRP-RC members.2 исследования, представленные в настоящем документе состоял из огня эксперименты по FRP-RC плит для количественной оценки влияния различных факторов на огонь сопротивление этих членов.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Как быстро получить FRPS признание в качестве армирующих материалов для структур, RC, сохраняется озабоченность по поводу поведения FRP-RC угли во время пожара. Результаты исследования, описанные здесь имеет важное значение для структурной дизайнеров, которые хотят задать FRP укрепление зданий, поскольку они подпадают под строгие критерии огонь-дизайн, создание и исследование имеет важное значение для FRP, чтобы добиться согласия в обществе проектирования.
ИСТОРИЯ
FRPS состоят из волокон внедренных в полимерную матрицу. В гражданских инженерных приложений, волокна, как правило, углерода, стекла или арамидных и матриц эпоксидные, полиэфирные, или vinylesters.1 за пожарную безопасность, свойства полимерной матрицы решающим фактором в общей результативности материалов FRP. Деградации механических свойств полимерной матрицы может привести к резкому сокращению механических свойств и облигаций для FRPS повышенного temperatures.2
Одним из основных требований по обеспечению безопасности строительных проектов является предоставление соответствующих огнестойкости структурных членов. Строительство codes3 определить требования огнестойкости и обеспечить минимальные размеры члена и бетона толщиной панели до арматуры в конкретных конструктивных элементов для достижения требуемых оценок огнестойкостью. В случае стальной арматуры, бетона толщиной требования к огнестойкости также служить для выполнения требований для борьбы с коррозией. Для FRP-RC, покрытия потребностей борьбы с коррозией гораздо менее строгими. Для FRP-RC членов, однако, обеспечение минимальных бетона для укрепления FRP-прежнему необходимо, чтобы удовлетворить требованиям огнестойкости, а также для обеспечения удовлетворительной передачи силы между бар FRP и бетона. Обложка требования к FRP-RC члены могут, таким образом, сильно отличаются от требований к арматуре для достижения пожаробезопасные конструкции.
Поведение бетона в огонь
Поведение конкретных при высокой температуре была широко изучена в литературе, 4, и здесь не обсуждается в деталях. В огне, выполнение конкретных зависит в первую очередь по содержанию влаги и тип заполнителя, используемые в производстве. Карбонат совокупности (например, известняк), кремнистых совокупности (например, гранит), а также керамзитобетонные выполнять по-разному в огонь из-за различия в термическом поведении разложение некоторых их минералогического избирателей, и это приводит к различиям в их наблюдаемые изменения в тепловых свойств выставлены при высокой температуре.
FRP в качестве внутренней арматуры для бетона
FRP-RC структур может быть выполнен с помощью различных руководящих принципов дизайна в настоящее время available.5-8 Существует ограниченный объем информации, однако, в существующих стандартах в отношении огнестойкости положения FRP-RC членов. Fire касается сопротивления прокомментировал кратко в нескольких из вышеуказанных документов, хотя и мало исследований было проведено на самом деле для изучения последствий пожара и предложить рациональный набор руководящих принципов огонь дизайна.
Подход к конструкции пожара в условно-железобетонная плита проекта является достаточным указать конкретные чехла для достижения необходимого рейтинга огнестойкостью. Покрова основана на ограничении повышения температуры арматуры ниже их критической температуры, где критическая температура определяется как температура, при которой сталь теряет около 50% ее при комнатной температуре текучести. Критическая температура для обычных арматуры, используемой в Северной Америке 593 С.9
Для FRP арматура, трудно установить приемлемые критической температуры с учетом самых разнообразных материалов FRP в настоящее время доступны для использования и с учетом серьезной деградации связи, что было отмечено для баров FRP при повышенной температуре. Кроме того, дизайн FRP-RC членов часто регулируется обслуживания требований, из-за модуля упругости FRPS ", которая обычно меньше, чем сталь, что привело к использованию более подкрепление, чем это строго необходимо для прочности. Кроме того, последствия термоиндуцированных связи деградации структурных исполнении FRP-RC плит, по-прежнему в значительной степени неизвестно. Таким образом, остается неясным, что предел прочности, если таковые имеются, должны быть использованы для определения критической температуры FRPS. Для стальных железобетонных плит, критическая температура определяется 50% прочности потери в укреплении предполагается, приведет к удовлетворительным структурной производительности во время пожара. Для укрепления FRP, 50% потребности силы потери могут быть более или менее консервативный ..
Свойства FRP при повышенных температурах
Термических и механических свойств FRP в значительной степени зависит от температуры и значительному ухудшению механических свойств и связей наблюдается при относительно мягкой увеличения температуры. Хотя свойства FRP при высокой температуре, не известно, поведение стали и бетона при высоких температурах достаточно хорошо известны и available.4, 9
Механические свойства Ухудшение-механических свойств при высоких температурах и в случае усиления FRP для железобетонных конструкций крайне важно, так как снижение механических свойств и связей во время пожара может привести к непригодным прогибов, потеря растяжение подкрепление, и в конечном итоге крах. Высокая температура более важное значение для тех свойств, которые зависят FRP главным образом на полимерной матрицы, такие как прочность на сдвиг, сила перпендикулярна волокон, боковой коэффициент теплового расширения, а также связь между FRP подкрепления и бетона. Критическая температура для FRP должны, вероятно, вблизи температуры стеклования T ^ ^ г югу полимерной матрицы, температура, выше которой страдает быстрой матрицей и значительному ухудшению механических свойств. Хотя механические свойства полимерной матрицы самым, однако, сильно деградируют в T ^ ^ г к югу (обычно от 65 до 300 C), стекловолокна сохранить большую часть своей прочности и жесткости приблизительно до 600 C и углеродные волокна могут легко выдерживает температуру свыше 1000 ° С.
Таким образом, FRP свойств, которые зависят от свойств волокон, таких как прочность и жесткость в направлении волокна, вероятно, гораздо менее пострадавших от температуры. Сокращения в силу передачи между отдельными волокнами из-за деградации матрице, однако, приведет к некоторой потере общей прочности и жесткости в направлении волокна ..
Хотя информация доступна на literature10-17 на высокой температурой механического поведения различных волокон, матрицы и FRP материалы, данные испытаний, проведенных на конкретных материалов FRP и не являются широко применяемых в различных материалов FRP доступны в промышленности. На основании данных, представленных в литературе, все FRP материалы демонстрируют уменьшается прочность и жесткость, свойства при повышении температуры (ниже 500 ° С), несмотря на значительный разброс проявляется в данных.
Облигация свойств, связей между FRP и бетона имеет важное значение для передачи нагрузки от FRP к конкретному. В случае пожара, изменения механических свойств материала матрицы, скорее всего, приведет к потере связи, а также привести к потере взаимодействия между FRP и конкретных при температурах выше T ^ ^ г югу .18 Это может быстро привести к потере растяжение арматуры и последующий отказ государства-члена.
Теплопроводность-теплового расширения является потенциально очень важным фактором в огонь поведение FRP железобетонных членов, так как коэффициент теплового расширения (КТР) бетона могут существенно отличаться от ФРП. Последствия разного теплового расширения, могли бы включать скалывания бетона за счет развития внутреннего давления в бетоне, или на развитие сдвиговых напряжений в полимерном слое на поверхности FRP бары содействия связи ущерб. Хотя разного теплового расширения между бетоном и FRP могут быть незначительные озабоченность температур, возникающих в службе, изменения температуры во время пожара опытных может быть порядка сотни градусов, причинения значительного разного теплового расширения.
CTE, материалов FRP являются направленно зависит, и может изменяться в большую в зависимости от типа, ориентации и пропорций компонентов. Как, например, дворянства и Hussein19 изучал тепловой совместимости между бетоном и FRP подкрепления при температурах, близких окружающей среды и обнаружили, что поперечные КТР укрепления стекла FRP составляет от 32 ^ 10 ^ -6 SUP / C и 44 ^ 10 под - 6 ^ / C, по сравнению с 11 ^ 10 ^ -6 SUP / C для обычных арматуры и 9,9 ^ 10 ^ -6 SUP / C для бетона. Silverman20 провели испытания на ряде стекла FRP (GFRP) подкрепление с целым рядом различных смол, а также установлено, что поперечные КТОС не была постоянной, а увеличивается с повышением температуры. Резкое увеличение в КТОС наблюдались в 150 на 200 C диапазоне температур и казались быть связаны с достижением T ^ ^ г к югу от смолы материалов. Такое поведение, очевидно, является забота о FRP в огонь, поскольку это может привести к развитию внутреннего давления и поощрения скалывания бетона ..
Испытания на огнестойкость по FRP-RC структурных элементов
Fire эксперименты по FRP-RC элементов были проведены NEFCOM Corporation; 21 Tanano и др..; 22 Фуджисаки, Nakatsuji и Сагита; 23 Окамото и др..; 24 Сакасита, 25 и др. Накагава al.26 Эти исследования, однако, нацеленных на конкретные приложения FRP в качестве подкрепления для бетона и не исследовать параметры, которые влияют на эффективность огня плит. Kodur и Baingo27 провели обзор литературы и численного параметрического исследования с целью изучения степени огнестойкости FRP-RC плит. В своем исследовании численных конечной процедуры разница была использована для создания динамики температуры реакции FRP-RC плиты под воздействием огня. Численного исследования позволили прогнозирования раз огнестойкости на основе достижения предположить критической температуры 250 С в FRP. Выбор 250 C был основан на анализе ограниченных литературы в этой области. Некоторые выводы, их численного исследования были: FRP железобетонных плит вероятно, имеют более низкий, чем огнестойкости плиты усилена с обычной арматуры; высших огнестойкости FRP железобетонных плит могут быть получены с помощью толстых охватывать конкретные и использованием карбонатных заполнителей бетона; более подробные данные о материальных свойств FRP при повышенных температурах требуется, и структурные испытания огнем необходимы для проверки цифровых моделей.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Экспериментальное исследование состояло из стандартных тестов огонь по 10 железобетонных плит проводится на NRCC.
Испытательные образцы
Таблица 1 дает общую информацию о 10 плит RC сфабрикованы для этого исследования, а на рис. 1 показывает, размеры и армирование детали для типичных плиты. Все образцы были 1344 мм в длину и 968 мм. Восемь из них были 152,4 мм, а остальные два (плита 6 и 7), 203,2 мм. Варьировались в исследование были включены: укрепление тип, толщина плиты, совокупный типа, бетон толщиной покрова, а также наличие дополнительных противопожарной защиты. Все плиты были отлиты из бетона включения Тип цемента портланд 10. Два вида крупного заполнителя были использованы, в частности кремнистых и карбонатных, как с максимальным размером 10 мм. Мелкого заполнителя состоит из кварцевого песка для смесей.
Три различных типа растяжение укрепления были использованы в строительстве 10 плит. Один плиты (плита 4) был брошен с использованием обычных арматурной стали. Шесть плит (2 плиты, 5, 6, 7, 8 и 10) были изготовлены со стеклом баров FRP в обоих направлениях, а остальные три плиты (3 плиты, 11 и 12) были изготовлены с использованием углеродных FRP бары, а также в обоих направлениях. При комнатной температуре свойства материалов для различных армирующих материалов представлены в таблице 2.
Все, кроме одной из плит было сфабриковано с 25,4 мм четкие бетона на дно продольных растягивающих подкрепления. Остальные плиты (плита 7), которая была усилена стекла баров FRP в обоих направлениях, был брошен с 38,1 мм четкие конкретные покрова.
Аппаратура состояла в общей сложности 17 термопар в каждой плиты. Термопары были размещены на подкрепление, на разных глубинах всей плиты сечение, и на нераскрытый лицом плит. Лицевая сторона пластинки была сторону прямой контакт с огнем (снизу). Помощи было принято в ходе производства для того, чтобы термопары не сдвигались с места. Рис 1 и 2 приведены термопары местах в типичном плиты.
Справочная пожарной охраны был применен к открытым лицом Плиты 8 (GFRP усиленный) и 11 (FRP углерода [углепластика] усиленный) до начала испытаний, с тем чтобы определить, если пожар производительность может быть улучшена. Огнестойкость состоял из выпуклое покрытие. Этот материал предлагается для применения на поверхностях, где необходимо уменьшить характеристики поверхности горения или задержать проникновение тепла. Покрытие функций опухоль под воздействием тепла (через выпуклое-sublimative-абляционного реакции) и генерации толщиной многоклеточные, и обладают высокими изоляционными символ.
Условия и процедуры испытаний
Пожара были проведены испытания, подвергая плиты для обогрева снизу печи, разработанных специально для тестирования огонь промежуточных масштабах пол и стены собраний. Печь имеет верхнего открытия, в которой плита образцы помещали на тесты, 1194 мм в ширину и 1799 мм в длину. Для каждого испытания огнем, две плиты были помещены в печи и подвергается огонь одновременно. Температура печи контролируются во время тестов, используя четыре экранированные термопарами, расположенными на 150 мм ниже внешней поверхности образцов. Средняя температура рассчитывается из этих четырех термопар был использован для автоматического контроля температуры в печи в соответствии с CAN/ULC28 времени температурной кривой, что соответствует ASTM E 11929 кривой.
Fire испытания плит армированных FRP панелей, используемых в рамках нынешнего исследования ранее не проводились, так и для испытаний, представленные здесь, было решено, что, несмотря на испытания печи способны применять нагрузки на образцы в процессе тестирования каких-либо дополнительных нагрузки будет применяться. Это решение имеет важные последствия для пробных наблюдений и не должны упускать из виду. Исследования, представленные здесь были направлены на изучение повышенным потенциалом для скалывания бетона, вызванных тяжелой дифференциального теплового расширения, при использовании FRP бары, а также поведение теплопередачи в этих участников, чтобы позволить для разработки и проверки моделей численного моделирования огня. Полномасштабные испытания огнем на загруженных FRP железобетонных плит, необходимых для исследования структурных исполнения этих видов членов во время пожара, а также планы в настоящее время для проведения таких тестов в ближайшем будущем.
Испытания на огнестойкость были продолжены в течение 4 часов или пока один из трех предопределенных критериев отказа (описаны ниже), была достигнута. Для каждой плиты, температура в печи (четыре термопары), в плиты (17 термопар), а неэкспонированные лицом плиты (пять термопар) были автоматически записаны в 1-минутными интервалами во огневых испытаний.
Критерии отказа
Три критерии отказа, все из которых связаны с тепловым поведение, в отличие от структурных грузоподъемность, были использованы для определения степени огнестойкости перекрытий. Термальный критерии были приняты здесь из-за того, каким образом огнестойкости в настоящее время определено соответствующим Северной принципов американской огонь тестирования. Плиты, как предполагалось, не удалось, в соответствии с CAN/ULC28 или ASTM E 119,29, если:
* Средняя температура пять термопар, принятые на нераскрытый (вверху) поверхности плиты закрывается 140 C выше температуры окружающей среды (как предполагается, 20 C).
* Одноточечный термопары чтении нераскрытый (вверху) поверхности плиты закрывается 180 C выше температуры окружающей среды (как предполагается, 20 C).
* Существовал пламени (или газа достаточно горячей, чтобы зажечь хлопковые отходы) через слой, или, если собрание рухнул под собственной тяжестью.
Крайне важно признать, что вышеупомянутые критерии отказа не пытаются устранить структурные поведение плит при высокой температуре, потому что собственный вес плит была единственной нагрузкой в ходе испытания. Вполне вероятно, что термическое разложение ФГС механических и / или связи свойств приведет к резкому ухудшению нагрузки плит пропускной способности во время пожара. Опять же, полномасштабное огневых испытаний на загруженной плиты FRP-RC необходимы для изучения этой проблемы и определить, в какой степени (если есть) текущего CAN/ULC28 и ASTM E 11929 огнестойкости критерии отказа (как указано выше), применимых к этим типы участников.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Нераскрытый температуры поверхности
Рисунок 3 показана зависимость температуры, рассчитывается как среднее из пяти термопар, в зависимости от воздействия времени на нераскрытый поверхности плиты для всех 10 плит испытания в данном исследовании. Очевидно, что среднее увеличение температуры на нераскрытый лицо осталось менее 140 C для полного воздействия огня для всех, но один из плит (плит 8 является единственным исключением). Таким образом, отказ средняя температура нераскрытый лицо произошло только для плит 8. Неудовлетворительное выполнение этого образца можно объяснить поведение дополнительного изоляции, которая фактически причиненный уступает производительности огонь из-за скалывания бетона. Средняя температура поверхности нераскрытый были значительно меньше (примерно на 30%) для плит с большей общей толщины (плита 6 и 7), как и следовало ожидать. Чуть выше нераскрытый температуры поверхности наблюдались для армированных плит углепластика, в отличие от стали, а немного ниже, неэкспонированные температуры поверхности для плит армированных GFRP, несмотря на различия в поведении, скорее всего, не значительное в пределах экспериментальных неопределенности ..
Что касается отдельных неэкспонированные показания температуры поверхности, экспериментальные данные показывают, что крупнейшие местные нераскрытый повышение температуры лицо плиты без дополнительной изоляции было 158 C. Плиты 8 и 11, с дополнительной изоляции применяются к их противопожарной открытых поверхностей, опытные неспособность нераскрытый температуры лицо в конце огонь воздействия. На рисунке 4 приведены температурные показания термопар нераскрытый лицо плиты 8 и 11, где видно, что 8 плит удалось примерно в 212 минут, при этом плиты 11 удалось около 238 минут. Очевидно, огнеупорного материала, используемые здесь отрицательно пострадавших огонь производительности.
Визуальные наблюдения
Качественные наблюдения для всех плит были приняты на периодической основе и подвергается и неэкспонированные стороны плиты во время испытаний, через малые порты зрения в печи стен. Все плиты без дополнительной противопожарной защиты себя и под огнем экспозиции, и самые интересные замечания, как правило, производится после испытания были завершены.
Плиты без дополнительной противопожарной защиты (плита 2 до 7, 10 и 12) все вели себя аналогично. Только очень незначительных местных скалывания бетона наблюдается любой из этих плит в течение 4 часов огонь воздействия. Плиты армированные FRP издал сильный запах гари пластиковых примерно через 50 минут воздействия, вероятно, в результате горения полимерных смол матрицы. Запах гари пластиковых сохранялась до конца испытаний.
Опубликовать тестирования обследование плит показало, что для армированных плит с барами FRP, FRP бары, которые были первоначально торчали немного по периметру плиты, несколько сократил и скрылся в плит. После разоблачения подкрепление, было отмечено, что матрица была полностью сжигается, и что только волокна осталась дома (рис. 5). Для армированного слябы, арматура осталась на месте и смотрел так же после пожара воздействия как это было до начала испытаний.
Потеря полимерной матрице горения внутри конкретного, очевидно, имеет серьезные последствия для FRP армирующих материалов. Вполне вероятно, что FRP потеряло значительную часть или все его при комнатной температуре прочность раз полимерной матрицы были сняты, так как основной механизм передачи силу волокон будет практически отсутствуют в этих условиях. Это является ключевым фактором при оценке и силу, во время пожара и остаточной прочности FRP-RC плиты подвержены воздействию повышенных температур в течение длительных периодов времени. Опять же, огонь испытания плит под постоянной нагрузки необходимы, чтобы разобраться в этой области.
Слэб-8 (с GFRP бары) и 11 (с барами углепластика), оба из которых были защищены выпуклое покрытие, вел себя плохо во время тестирования и выставлены широкое скалывания бетона (см. рис. 6). Эти две плиты обсуждены более подробно позже.
Влияние укрепления типа
Рисунок 6 до 8 показывают сравнения записанных температур в растянутой арматуры для 2 плиты, 3 и 4, которые были идентичными, за исключением типа арматурных использоваться (GFRP, углепластика, или стали, соответственно). Температура в истории конкретных предложил, что укрепление типа существенно не влияют на температуру в бетоне. Рисунок 6 до 8 показывают, однако, что температура в подкреплении были немного отличается в зависимости от типа усиления используется. Температура в нижней части укрепления в целом меньше стали армированные плиты (рис. 6), но больше в верхней части арматуры (рис. 8). Это кажущееся противоречие, вероятно, связано с тем, что сталь имеет более высокий коэффициент теплопроводности и теплоемкость, чем FRPS. Таким образом, в нижней части арматуры, арматуры быстро провели тепла к верхней поверхности плиты, что привело к снижению температуры наблюдается в нижней части арматуры и высоких температур на самом верху.
В середине арматуры (рис. 7), температуры наблюдались быть одинакова для всех трех плит (2, 3 и 4), потому что аккумулирующей поведение арматуры было усреднено отказа в этом месте. Возможно также, что сжигание полимерной матрицы на уровне укрепление FRP съел тепловой энергии за счет эндотермической реакции разложения. Это приведет к снижению температуры записанные на укрепление месте. Такое поведение демонстрирует основное различие между FRP и арматуру, которые должны быть рассмотрены в развитии пожара разработать руководящие принципы FRP-RC членов, особенно когда подкрепление осуществляется в несколько слоев ..
Влияние толщина плиты
Рисунок 9 приводится сопоставление зарегистрированных температуры бетона для плит 2 и 6, обе из которых были укреплены решетками GFRP. Эти плиты были идентичными, за исключением общей толщиной плит, которые были 152 мм для плит 2 и 203 мм для плит 6. Толщина плиты не имеют значительного влияния на температуру в конкретном, хотя температура на арматурный прокат и на слои ближе к огню лицевая сторона оказалась немного ниже, на толстой плите. Такое поведение может быть связано с эффектом от повышения общей тепловой массы толстой плите, и его способность поглощать больше тепла при меньшем среднем повышение температуры. Тем не менее, влияние толщина плиты была несовершеннолетней.
Влияние конкретных толщины покрытия
На рисунке 10 показано сравнение данных о температуре от плиты 6 и 7, оба из которых были укреплены решетками GFRP и были идентичны за исключением толщины слоя бетона до арматуры. Как и ожидалось, плиты 7, с крышкой 38 мм, в отличие от 25 мм для плит 6, отображено значительно более низких температурах в усиление в связи с увеличением защиты, предоставляемой толстым слоем бетона. После 4 часов огонь воздействия температуры на уровне подкрепление около 100 C выше в слое с меньшей бетона, предполагая, что конкретные толщины покрытия является одним из основных переменных для рассмотрения в огонь выносливости FRP-RC плит .
Влияние агрегатного типа
На рисунке 11 показано сравнение тестовых данных с GFRP армированные плиты 2 и 5, которые отличались только в крупного заполнителя типа. Слэб-5, который был брошен использования кремнистых совокупности, в отличие от карбонатных заполнителей для плит 2, отображено несколько более высоких температурах, как на усиление и в различных местах в бетоне. Такое поведение может быть связано с тем, что карбонатные бетон, как известно, имеют более высокую теплоемкость, чем кремнистых бетон при температуре около 600 ° C, в результате эндотермической минералогических разложения. В результате снижения температуры в подкрепление для карбонатных заполнителей плит обычно повышает огнестойкость этих членов, примерно от 10 до 15% .9 Таким образом, совокупный типа потенциально могли бы играть незначительную роль в определении степени огнестойкости FRP-RC плит, карбонатных заполнителей быть предпочтительнее.
Воспроизводимость
Испытания проводились на двух идентичных пар плиты в попытке проникнуть в суть воспроизводимость огневых испытаний. На рисунке 12 показана сравнению пожара данные испытания плит 3 и 12, которые были идентичными, армированного углепластика баров, где хорошая повторяемость очевидна. Небольшие различия в тепловой истории между одинаковыми плиты могут быть отнесены в первую очередь непреднамеренного смещения термопары в плите производства, а также в результате незначительных неопределенность в отношении их точное местоположение в пределах бетона.
Справочная противопожарной защиты
Как отмечалось ранее, две плиты в этом исследовании были предоставлены дополнительные противопожарной защиты в виде выпуклое покрытие, нанесенное на огонь, подвергшихся воздействию поверхностей. Эффективности дополнительного изоляции может быть исследована путем изучения рис. 13, которая предусматривает сравнение GFRP армированных плит 2 и 8, одна из которых (блок 8) был защищен с дополнительными изоляции.
Визуальные наблюдения, сделанные в ходе огневых испытаний для плит 8 дает представление о тепловой истории записаны в тестовых данных. Было отмечено, что противопожарная защита упал пластинки примерно через 20 минут воздействия огня. На 23 минут воздействия, трещины были замечены на огонь, подвергшихся воздействию поверхность плиты, и на 28 минут, растрескивание наблюдается (непосредственно подвергая арматурного проката в огонь в некоторых областях [см. рис. 13]). Откола продолжалось до 45 минут воздействия огня, после чего укрепление было почти полностью разоблачено.
Влияние скалывания бетона на 28 минут в плите 8 ясно видно в экспериментальных данных (рис. 14). До 28 минут воздействия температуры в нижней части подкрепления менее Слэб 8 (изолированные плиты), чем в 2 плит, в связи с обеспечением пожарной безопасности на выпуклое символ. Когда бетона начала откола на 28 минут, однако, температуры в укреплении резко увеличилось и, по 50 минут воздействия, превысил укрепление температур наблюдается в то же время в неизолированных плиты.
Как видно из изложенного следует, что дополнительные изоляции пожара отрицательно сказывается на производительности огонь. Такое поведение также видно на рис. 3, где плиты 8 и 11 показывают, максимальная температура в непроявленное лицо, после 4 часов огонь воздействия. Это связано с скалывания бетона и последующего непосредственного воздействия на подкрепление к огню. Остается неясным, почему выпуклое покрытие в результате откола увеличилась на изолированные плит. Это могло бы быть отнесены к предотвращению испарения пара из поверхности бетона во время пожара, в результате чего поколение внутреннего давления в бетон, который в конечном итоге способствовало сколов. Возможно также, что выпуклое материал был поглощен поверхности пустот и пор в бетоне. При высокой температуре, что этот материал будет, как правило, для расширения и, возможно, способствовали откола у костра, подвергшихся воздействию поверхности плит. Дальнейшая работа по противопожарной защите схем FRP-RC плит требуется ..
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
Экспериментальных исследований, представленные здесь, показывают, что:
* При высокой температуре, полимерные смолы матрицы FRP арматуры сжигает и только волокна останется. Таким образом, вероятность того, что как механические свойства и связи подкрепления FRP серьезно деградировали при высокой температуре. Хотя испытания плит здесь выполняется удовлетворительно в соответствии с существующими критериями выносливость огнем, они не подвергались приложенной нагрузки в ходе испытаний. Тесты на загруженных FRP железобетонных плит должны определить, в какой степени текущие ASTM и критерии ULC тестирования применимы к FRP-железобетонных плит. Кроме того, представляется вероятным, что тепловой защиты и / или более конкретных охватывает необходимо будет обеспечить удовлетворительные результаты пожара FRP-RC членов.
* Что касается факторов, которые влияют на производительность огонь из стеклянно-RC слябы, арматура типа существенно не влияет температура, зарегистрированная в бетоне для любого из плит, за исключением мягкий эффект аккумулирующей наблюдается вблизи укрепления из стали армированные плиты. Все толщина плиты-видимому, не оказывают существенное влияние на температуру в бетон толщиной испытания здесь, хотя температура в укреплении, как представляется, несколько ниже, чем толще плиты. Бетонные покрова оказывает существенное влияние на поведение огня FRP-RC плит. Плиты с большим покрытием толщиной показывают лучшие результаты в огонь из-за тепловой защиты арматуры. Совокупный типа незначительную роль в определении степени огнестойкости FRP-RC плит. Плиты с карбонатом совокупности выполняются чуть лучше в огонь.
* Помимо двух плит с дополнительной изоляцией, общий качественный огня и теплообмена поведение плит FRPRC может выглядеть плит армированных стальной арматуры.
Рекомендуется, чтобы следующие факторы, относящиеся к огнестойкости FRP-RC участники получают больше внимания исследования:
* Следует разработать методику для определения критических температур для материалов FRP в настоящее время в промышленности. Рациональное и последовательные методы испытаний должны быть выполнены до пожара дизайн FRP-RC членами могут быть проведены с уверенностью.
* Полномасштабное огневых испытаний на FRP-RC плиты под нагрузкой должны продемонстрировать адекватность структурной прочности огонь из этих членов.
* Fire схем защиты для пожарных, подвергшихся воздействию FRP-RC плит, вероятно, необходимо. Испытания на огнестойкость нужны на плиты с различными изоляционных материалов и конфигураций, разработки систем, которые будут функционировать должным образом во время пожара.
Авторы
Данное исследование является частью совместного проекта Национального исследовательского совета Канады (NRCC) и общественных работ и правительственных служб Канады (МОРПСК). Авторы хотели бы признать, технический и финансовый вклад в МОРПСК. Авторы также хотели бы поблагодарить П. Леру, J. Hum и J. Хенри за их помощь в проведении испытаний, описанных в данном документе.
Ссылки
1. Шварц, М., композиционных материалов, Том I: Свойства, неразрушающего контроля и ремонта, Prentice Hall, 1997, 432 с.
2. Kodur, ВКР и Baingo Д., "Огнестойкость FRP железобетонных плит", IRC Внутренний отчет № 758, Национальный исследовательский совет Канады, Оттаве, Канада, 1998, 37 с.
3. СРН, "Национальный строительный кодекс Канады", Национальный исследовательский совет Канады, Оттаве, Канада, 1995, 571 с.
4. ACI Комитет 440 "Руководство по проектированию и строительству железобетонных с FRP бары (ACI 440.1R-03)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2003, 42 с.
5. ISIS, Усиление железобетонных конструкций с волокном полимеров, интеллектуальные зондирования для инновационных структур Канады, Виннипег, Канада, 2001.
6. CSA, "Канадский Автодорожный мост Дизайн кодекса" CAN/CSA-S6-00, Канадская ассоциация стандартов, Оттава, Канада, 2001, 252 с.
7. CSA, "Проектирование и строительство зданий и сооружений компонентов с волокном полимеров", CAN/CSA-S806, Канадская ассоциация стандартов, Оттава, Канада, 2002, 177 с.
8. Kodur, VR и Harmathy, TZ, "О свойствах строительных материалов," Справочник по пожарной безопасности инженерия, 3rd Edition, PJ DiNenno, под ред. Национальной ассоциации противопожарной защиты Куинси, штат Массачусетс, 2002, с. 1.155-1.181.
9. Ли, ТТ, "Противопожарная защита в строительстве", руководства и отчеты по инженерной практики, № 78, ASCE, Нью-Йорк, 1992, 241 с.
10. Гейтс, Т. S, "Влияние повышенной температуры на вязкоупругих Моделирование Графит / полимерные композиты", НАСА Технический меморандум 104160, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Лэнгли, Хэмптон, Вирджиния, 1991, 29 с.
11. Sorathia, У.; Дапп, T.; и Бек, C., "Fire Выполнение композиты", материаловедение, сентябрь 1992, с. 10-12.
12. Kumahara, S.; Масуда, Ю.; Tanano, H.; и Shimizu, A., "Прочность непрерывных волокон бары при высокой температуре," Волоконно-армированных пластиков Арматура железобетонных конструкций-Международный симпозиум, SP-138, А. Нанни и CW Долан, ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1992, с. 731-742.
13. Фуджисаки, T.; Nakatsuji, T.; и Сагита, М., "Исследование и разработка Grid форме Укрепление FRP," Волоконно-армированных пластиков Арматура железобетонных конструкций-Международный симпозиум, SP-138, А. Нанни и CW Долан , ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1992, с. 177-192.
14. Uematsu, Ю.; Китамура, T.; и Отани Р., отслоение углеродным волокном усиленные термопластичного полимера при высоких температурах ", композиты науке и технике 53, Elsevier Science, 1995, с. 333-341.
15. Димитриенко И., термомеханики композитов при высоких температурах, Klewer Academic Publishers, London, 1999, 347 с.
16. Алсайед, SH "Аль-Саллум, Ю. А. и Almusalfam, TH", армированных волокном полимерные материалы Ремонт-Факты ", Строительная техника, Института гражданских инженеров, В. 138, 2000, с. 131-134.
17. Sumida, A.; Фуджисаки, T.; Ватанабэ, K.; и Като, T., "Тепло сопротивления непрерывного волокнита стержней", 5-й ежегодный симпозиум по FRP Арматура железобетонных конструкций, К. Бэргойн, под ред. Томас Телфорд, Лондон, 2001, с. 557-565.
18. Кац А., Берман, N., "Моделирование влияния высокой температуры на Бонд из FRP арматура для бетона", цементных и бетонных композитов, В. 22, 2000, с. 433-443.
19. Джентри, TR, и Хусейн, М., "Тепловые Совместимость бетона и композиционных подкрепления," Журнал композиты для строительства, V. 3, № 2, 1999, с. 82-86.
20. Силверман, Е. М. повышенной температуры Тестирование Для сравнения Стекло / композиты смолы ", полимерных композитов, Т. 4, № 4, 1983, с. 214-218.
21. NEFCOM Корпорация ", огнестойкости бетонных плит Опираясь NEFMAC," Техническая Листовка 3, Токио, Япония, 1998, 11 с.
22. Tanano, H.; Масуда, Ю.; Kage, T.; Фукуяма, H.; Нишида И., Хасимото, T., "Огнестойкость непрерывных армированного волокном бетона", неметаллических (FRP) Подкрепление для бетона Структуры, Л. Taerwe, ред., E
23. Фуджисаки, T.; Nakatsuji, T.; и Сагита, М., "Исследование и разработка Grid форме Укрепление FRP," Волоконно-армированных пластиков Арматура железобетонных конструкций-Международный симпозиум, SP-138, А. Нанни и CW Долан , ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1992, с. 177-192.
24. Окамото, T.; Matsubara, S.; Танигаки, M.; и Hasuo, К., "Практическое применение и исполнение КПП Балки Усиленный Плетеный FRP бары," Волоконно-армированных пластиков Арматура железобетонных конструкций-Международный симпозиум, С. П. -138, А. Нанни и CW Долан, ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1992, с. 875-894.
25. Сакасита, М., "отклонения непрерывного волокна железобетонных балок, загружено Отопление," Non-металлические (FRP) Арматура железобетонных конструкций, бетонных Японии института, т. 2, 1997, с. 51-58.
26. Накагава, H.; Кобаяси, M.; Suenaga, T.; Ouchi, T.; Ватанабэ, S.; и Satoyama, К., "Применение трехмерных Ткань железобетонных панелей для строительства," Волоконно-армированных пластиков Укрепление для железобетонных конструкций-Международный симпозиум, SP-138, А. Нанни и CW Долан, ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1992, с. 211-232.
27. Kodur, ВКР и Baingo Д., "Оценка огнестойкости FRP-железобетонных плит", Interflam '99-8 Fire Международный научно-техническая конференция, Эдинбург, Шотландия, 1999, с. 928-937.
28. CAN / ULC, "Стандартные методы Fire ресурсных испытаний строительства Строительство и материалы", CAN/ULC-S101-M89, лаборатории андеррайтеров Канады, Скарборо, Канада, 1989, 65 с.
29. ASTM E 119, "Стандартные методы испытания на огнестойкость строительных конструкций и материалов", ASTM International, Запад Коншохокен, Пенсильвания, 1998, 21 с.
Входящие в состав МСА Venkatesh КР Kodur является профессором в Департаменте гражданской и экологической инженерии в Университете штата Мичиган, Ист-Лансинг, штат Мичиган Он является членом комитетов МСА 440, армированного волокном полимерные подкрепление, и 544, армированного волокном бетона. Он также является членом и секретарем совместных ACI-TMS Комитет 216, Огнестойкость и противопожарная защита конструкций.
Входящие в состав МСА Луки А. Бисби является доцентом кафедры гражданского инженерного Королевского университета в Кингстоне, Онтарио, Канада. Он получил BEng в строительстве из Университета МакГилл, Монреаль, Квебек, Канада, в 1997, и его MScEng и докторскую степень по гражданскому строительству из Королевского университета в 1999 и 2003, соответственно. Он является членом комитета ACI 440, армированных полимерных Укрепление и совместной ACI-TMS Комитет 216, Огнестойкость и противопожарная защита конструкций. Его исследовательские интересы включают укрепление и усиление железобетонных конструкций с волоконно-армированные полимеры, с акцентом на огонь поведения.
Входящие в состав МСА Симон H.-C. Foo риск специалист управления общественных работ и правительственных служб Канады, Гатино, Квебек, Канада. Он является членом комитетов МСА 118, использование компьютеров; 369, сейсмическая ремонту и реконструкции, а также 435, прогиб бетонных строительных конструкций. Его исследовательские интересы включают сейсмических и оценки пожарной опасности, опасного природного явления смягчения их последствий, физической безопасности и устойчивого строительства.