Analiza destrukcyjnego wpływu nasączenia wodą na parametry wytrzymałościowe betonów poddanych warunkom pożarowym

• Autorzy: Zegardło B. , Ogrodnik P.

Identyfikatory

DOI

10.12845/bitp.41.1.2016.3

Warianty tytułu

EN

An Analysis of the Destructive Influence of Water Saturation on the Durability of Concrete Exposed to a Fire

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Cel: Celem artykułu było przedstawienie wyników badań betonu skomponowanego z użyciem odpadów ceramiki sanitarnej, jako kruszywa w aspekcie odporności na działanie wysokich temperatur. Znormalizowane próbki betonowe zostały poddane wstępnemu nasączeniu wodą a następnie wygrzane zgodnie z założonym rozkładem „temperatura-czas”. Autorzy artykułu opierając się na wcześniejszych doświadczeniach uzyskali beton o podwyższonej odporności na warunki pożarowe jednocześnie odporny na zjawisko eksplozyjnego odpryskiwania. Metody: Próbki betonowe do badań wytrzymałościowych zostały zaprojektowane w oparciu o cement glinowy i kruszywo na bazie stłuczki ceramicznej. Pierwszą seria próbek poddano nasączeniu poprzez całkowite zanurzenie w wodzie na okres 5 minut po wyjęciu poddano je wstępnemu osuszeniu przez 10 minut. Próbki drugiej serii przebywały zanurzone całkowicie w wodzie przez okres 12 godzin a następnie jak poprzednie zostały wstępnie osuszone. Tak przygotowane próbki umieszczono w średniotemperaturowy piec komorowy typu PK 1100/1 a następnie rozpoczęto proces grzewczy zgodnie z założonym rozkładem „temperatura-czas” aż do osiągnięcia temperatury 1000°C. Badania wytrzymałościowe próbek prowadzono po 30 dniach od ich wygrzewania. Wyniki: Uzyskane wyniki badań potwierdziły znaczący wpływ warunków wilgotnościowych w jakich przebywały próbki betonowe a następnie oddziaływania wysokiej temperatury na ich wytrzymałość. Beton porowaty zaprojektowany w oparciu o doświadczenia projektowania betonów ogniotrwałych po poddaniu wygrzewaniu symulującemu warunki pożarowe cechował się wytrzymałością na ściskanie rzędu 27 MPa. Ten sam beton po zanurzenie w wodzie na okres 5 minut a następnie wygrzaniu uzyskał średnią wytrzymałość 6,42 MPa. Natomiast beton poddany nasączaniu przez okres 12 godzin posiadał średnią wytrzymałość na ściskanie równą 5,79 MPa. Pomimo tego ze próbki poddawane były tym samym zabiegom wytwórczym i pielęgnacyjnym z powodu ich niestandardowej porowatej struktury jak pokazało ważenie wchłaniały różne porcje wody. Przyczynę takiego stanu rzeczy upatruje się w stosunkowo dużej nasiąkliwości samego kruszywa ceramicznego. Jednocześnie podczas wygrzewania do temperatury 1000°C we wszystkich przebadanych próbkach nie zaobserwowano eksplozyjnego odpryskiwania betonu porowatego. Wnioski: Wyniki przeprowadzonych badań dowodzą jak bardzo destrukcyjnym czynnikiem może być wilgotność dla betonu, który poddany jest warunkom pożarowym. Jako przyczynę tej sytuacji upatruje się zjawisko naruszania struktury kompozytu przez zawartą w porach wodę, która zwiększa swoją objętość podczas nagrzewania. Szczególnym wnioskiem z przeprowadzonych badań jest fakt konieczności każdorazowej oceny parametrów wytrzymałościowych elementów betonowych które poddane były oddziaływaniu pożaru. Elementy takie bowiem pomimo zachowania swoich cech zewnętrznych, spoistości niezmiennej struktury i postaci mogą posiadać znacząco niższe parametry wytrzymałościowe co można jedynie określić podczas badań laboratoryjnych.

EN

Aim: The purpose of this paper is to present the results of a study involving concrete, containing sanitary ceramic waste as an aggregate, in context of resistance properties to high temperatures. Standardized concrete specimens were subjected to initial saturation with water and subsequently exposed to a heating process according to a predefined “temperature-time” schedule. Based on the previous experiments, the authors obtained a concrete with increased resistance to the effect of fire and, simultaneously, resistant to effects of thermal spalling. Methods: Concrete specimens used for strength studies were developed using alumina cement mixed with sanitary ceramics waste aggregate. The first batch of specimens were saturated by complete submersion in water for a period of 5 minutes. Subsequently, the removed specimens were dried for 10 minutes. A second batch of specimens was fully submerged for 12 hours, and similarly to the first batch, the specimens were dried. Next, the prepared specimens were placed in a PK 1100/1 type medium range temperature furnace. The heating process was initiated at a predefined “temperature-time” schedule, until a temperature of 1000°C was achieved. Durability tests were performed 30 days after heating. Results: The derived test results verified the significant impact of moist conditions, in which concrete specimens were placed and secondly, the high temperature impact on the specimen durability. A porous concrete prepared based on the design experiences of refractory concrete after heating, which simulated fire conditions, was characterised by a compressive strength of 27 MPa. For the same concrete after submersion in water for 5 minutes and heating, the average strength value was 6.42 MPa. While for the concrete saturated for 12 hours the obtained compressive strength value was 5.79 MPa. Although specimens were subjected to the same manufacturing treatments and care, they absorbed different amounts of water. This was revealed by weighing and is attributable to their non-standard porous structure and significantly high absorption level of ceramic aggregate. The specimens were heated to 1000°C and no thermal spalling was observed for all tested specimens. Conclusions: Study results reveal the destructive impact that moisture can have on concrete, when exposed to the influence of fire. The cause of such a development is perceived to stem from the disturbance caused to the composite structure by the ingress of water, which increases in volume during the heating process. From a performed experiment it is evident that there is a need to conduct an evaluation of durability for all concrete elements, which are exposed to the influence of fire. Such elements, despite constancy associated with their external features, apparent invariable structure and form, in fact can have significantly lower durability parameters, which can only be revealed during laboratory tests.

Słowa kluczowe

PL

beton żaroodporny; temperatury pożarowe; ceramika sanitarna

EN

refractory concrete; fire temperatures; sanitary ceramics

• Wydawca: Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej im. Józefa Tuliszkowskiego - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo i Technika Pożarnicza
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 41, nr 1
• Strony: 27--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., fot., tab., wykr.

Twórcy

autor

Zegardło B.

• Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach

autor

Ogrodnik P.

• Szkoła Główna Służby Pożarniczej w Warszawie

Bibliografia

• [1] Halicka A., Zegardło B., Odpady ceramiki sanitarnej jako kruszywo do betonu, „Przegląd Budowlany” Issues 7-8, 2011, pp. 50-55.
• [2] Ogrodnik P., Zegardło B., Halicka A., Wstępna analiza możliwości zastosowania odpadów ceramiki sanitarnej w funkcji kruszywa do betonów pracujących w warunkach wysokich temperatur, BiTP Vol. 25 Issue 1, 2012, pp. 49-56.
• [3] Halicka A., Ogrodnik P., Zegardło B., Using ceramic sanitary ware waste as concrete aggregate, “Construction und Building Materials” Vol. 48, 2013, pp. 295-305.
• [4] Jamroży Z., Beton i jego technologie, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 2006.
• [5] Montgomery R., Advanced Concrete Technology, Elsevier 2006.
• [6] Kowalski R., Mechanical properties of concrete subjected to high temperature, “Architecture Civil Engineering Environment” Issue 2, 2010, pp. 49-56.
• [7] Niemiecka norma budowlana DIN 4163. Beton ze skruszonymi cegłami – specyfikacja produkcji i użycia, 1951.
• [8] De Brito A., Pereira J., Correia R., Oliviera C., Mechanical behavior of non-structural concrete made with recycled ceramic aggregates, “Cement and Concrete Composites” Vol. 27, 2005, pp. 429-433.
• [9] Senthamarai RM., Devadas M., Manoharan P., Gobinath D., Concrete made from ceramic industry waste: Durability propertis, “Construction and Building Materials” Vol. 25, 2001, pp. 2413-2419.
• [10] Lopez V., Llamas B., Juan A., Moran J., Eco-efficient Concretes: Impact of the Use of White Ceramic Powder on the Mechanical Properties of Concrete, “Biosystems Engineering” Vol. 96 Issue 4, 2007, pp. 559-564.
• [11] Guerra I, Vivar I., Liamas B., Juan A., Moran J., Eco-efficient concretes: The efffect of using recycled ceramic material from sanitary installations on the mechanical properties of concrete, “Waste management” Issue 29, 2009, 643-646.
• [12] Ogrodnik P., Zegardło B., Ekologiczne betony na kruszywach odpadowych w zagadnieniach bezpieczeństwa ekip ratowniczych w warunkach pożarowych, „Logistyka” Issue 4, 2014.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.