Наилучшим вяжущим в смысле огнестойкости в конструкциях является портландцемент, и бетон с обыкновенным кварцевым песком не выдерживает высокой температуры. Вместо кварцевого песка следует применять измельченный шамот, клинкер, кирпич и другие ранее обожженные материалы. Теоретически бетон не может быть признан достаточно огнестойким в конструкциях материалом потому, что соединения, входящие в затвердевший цемент, начинают химически изменяться при сравнительно невысоких температурах. То, что на практике бетон показал себя при пожарах достаточно стойким материалом, объясняется его сравнительно малой теплопроводностью.
На стойкость бетона против воздействия высоких температур оказывает влияние также и минералогическая природа заполнителей. В этом отношении непригодны все заполнители, состоящие из кристаллических зерен с неравномерным температурным расширением (например, гранит). Лучшими заполнителями бетона здесь будут пористые материалы, как-то: шлак, пемза и т. п. На стойкость бетона при воздействии высоких температур, кроме цемента, оказывает влияние также вид заполнителя. При температурах выше 700° не следует применять кварцевые породы (песчаник, кварцит, гранит). Стойкость бетона значительно повышается при применении цементов с низким содержанием свободной извести (пуццолановый портландцемент или шлакопортландцемент), а также при добавке к ним шамотной пыли и введении шамотного заполнителя.
При нагревании бетона выше 200° его прочность снижается независимо от вида заполнителя. Бетон на известняковом заполнителе может быть отнесен к категории огнестойких материалов. Бетон с известняковым заполнителем разрушался значительно меньше, чем бетон с гранитным заполнителем. Нагревание бетона до 250—300° не снижает его прочности. Высокие температуры, действию которых подвергаются при эксплуатации железобетонные конструкции, влияют не только на прочность, но и на сцепление арматуры с бетоном. Коэффициент линейного расширения бетона в интервале температур до 300° повышается в меньшей степени, чем стали, и от этого на поверхности соприкосновения арматуры с бетоном возникают дополнительные напряжения.
Таблица 31. Влияние нагревания на прочность обычного бетона.
Марка бетона | Марка цемента | Осадка конуса, мм | Условия хранения после нагревания | Предел прочности при сжатии, кг/см2, и относительная прочность, %, образцов после нагревания до температуры, град. | |||||
образцы, не подвергавшиеся нагреву | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | ||||
200 | 300 | 30—40 | Воздушно-сухое | 260 | 265 | 237 | 232 | 176 | 95 |
100 | 102 | 91 | 90 | 68 | 36 | ||||
200 | 300 | 30-40 | Влажное | 260 | 218 |
| 263 |
| 107 |
100 | 84 |
| 100 |
| 41 | ||||
200 | 300 | 30—40 | Испытаны в нагретом состоянии | 260 | 292 |
| 218 |
| 258 |
100 | 112 |
| 84 |
| 100 | ||||
200 | 300 | 100 | Воздушно-сухое | 240 | 246 | 200 | 163 | 133 | 74 |
100 | 102 | 83 | 70 | 55 | 33 | ||||
200 | 500 | 30—40 | То же | 236 | 294 | 268 | 184 | 112 | 80 |
100 | 124 | 109 | 80 | 47 | 34 | ||||
250 | 500 | 30-40 | То же | 298 | 285 |
| 250 |
| 138 |
100 | 96 |
| 84 |
| 46 |
При нагревании бетона на портландцементе выше температуры 300° прочность его заметно снижается. При нагревании бетона марки «200» (при цементе марки «300» и подвижности бетонной смеси 30—40 мм по стандартному конусу) до температуры 200° прочность бетона снижается всего лишь на 9%, а при 300° — на 10%.
При нагревании бетона до 100° наблюдается даже некоторое повышение прочности. Это отчасти можно объяснить тем, что среда, в которой находились изделия, вследствие испарения имела значительную влажность, что способствовало некоторому увеличению прочности бетона. Большее снижение прочности происходит при нагревании бетона до 400—500°. На поверхности изделий бетона наблюдается появление трещин, грани кубиков начинают выкрашиваться, прочность заметно снижается. Бетон одной и той же марки («200»), но изготовленный на портландцементах разных марок («300» и «500»), а следовательно, с разным расходом цемента на 1 м3 бетона (320 кг цемента марки «300» и 280 кг цемента марки «500») одинаково ведет себя по отношению к высоким температурам. Прочность бетона с подвижностью бетонной смеси 100 мм по стандартному конусу при нагревании до 200° снижается на 17% и при нагревании до 300° — на 30%.
Таблица 32. Прочность обычного бетона в зависимости от повторного нагревания и охлаждения
Наименование показателей | Изделия, не подвергавшиеся нагреву | Температура нагревания, град., при различных количествах теплосмен | |||||
100 | 300 | 500 | 100 | 300 | 500 | ||
5 теплосмен | 10 теплосмен | ||||||
Предел прочности при сжатии, кг/см2 | 260 | 255 | 220 | 129 | 282 | 260 | 146 |
Относительная прочность, % | 100 | 98 | 85 | 50 | 108 | 100 | 56 |