Thử nghiệm thực tế: UHPC trong các đám cháy

Tôi không thường xuyên thấy kết quả của thử nghiệm cháy toàn bộ trên các phần tử UHPC. Vì vậy, điều ít nhất tôi có thể làm là chia sẻ cho quý vị một số kết quả từ thử nghiệm gần đây.

Khả năng chống cháy chắc chắn là một thách thức đối với đa số loại bê tông chứ không riêng gì với UHPC. Và tôi đã giải quyết vấn đề này trong một trong những mục blog trước đây của tôi: Khả năng chống cháy – nó có phải là một vấn đề đối với UHPC? Nếu hàm lượng các hạt mịn trong bê tông cao (dẫn đến bê tông không thấm) thì nó thậm chí có thể là một vấn đề ở cường độ nén thấp tới 55 MPa như được đề cập trong hệ thống.

Như đã mô tả trong bài viết trước đây của tôi, chúng tôi đã có được tài liệu phong phú về khả năng chống cháy của UHPC bao gồm các thử nghiệm trên tấm, dầm, cột và các phần tử tường. Nhưng chỉ có một thử nghiệm toàn diện về tải trọng chịu lửa đã được thực hiện trên phần ban công. Đây là phần tử ban công hẫng đã được thử nghiệm tại Đại học Tampere ở Phần Lan (cách thiết lập được thể hiện trong hình 1 bên dưới).

Một tấm ban công UHPC đã được lắp đặt trong lò trước khi thử nghiệm.

Mặc dù ban công đại diện cho phần lớn các dự án của chúng tôi, chúng tôi quyết định cũng thực hiện một thử nghiệm toàn diện trên một tấm được hỗ trợ đơn giản vì chúng tôi có thể mong đợi kết quả thuận lợi hơn cho loại thử nghiệm này. Tôi sẽ giải thích điều này ở phần dưới đây.

Sự nóng lên của cốt thép

Trong cả hai loại thử nghiệm cháy, phần mặt trên không được phơi sáng, trong khi phần dưới của phiến được tiếp xúc với ngọn lửa tiêu chuẩn. Điều này có nghĩa là các cốt thép chịu kéo trong tấm đúc được bảo vệ tương đối tốt khỏi ngọn lửa – vì chúng có lớp bọc cách mặt trên của tấm 15 mm và tấm có độ dày từ 85 đến 75 mm. Đối với tấm được hỗ trợ đơn giản, các thanh cốt thép chịu lực nằm ở phía dưới và do đó chỉ được bảo vệ khỏi ngọn lửa bằng lớp bao phủ 15 mm của chúng. Điều này tất nhiên sẽ dẫn đến việc các cốt thép được hồi lại nhanh hơn đối với tấm được hỗ trợ đơn giản và do đó, sức mạnh sẽ giảm ở giai đoạn trước của thử nghiệm hỏa hoạn.

Biến dạng

Đối với cả hai loại tấm, tải trọng được đặt lên trên tấm dẫn đến sự lệch hướng xuống dưới. Khi các tấm được nung nóng, các biến dạng này sẽ tăng lên do giảm mô đun đối với cả thép và bê tông cũng như hiện tượng rão nhiệt. Tuy nhiên, có một tác động khác phải được tính đến. Vì phần dưới cùng của phiến đá bị nung nóng trong khi phần trên có nhiệt độ thấp hơn, phần đáy sẽ nở ra nhanh chóng trong khi phần trên tương đối chưa bị ảnh hưởng nhiều. Điều này tạo thêm hiệu ứng uốn cong, trong trường hợp ban công hẫng sẽ làm cho mép tấm hướng lên trên và trong giai đoạn đầu của đám cháy, hiệu ứng này sẽ thêm một thành phần lớn hơn độ võng xuống do tải trọng gây ra. Trên thực tế đối với tấm đúc hẫng, mép của ban công đã không di chuyển xuống quá độ võng ban đầu cho đến sau 90 phút tiếp xúc với lửa. Đối với tấm được hỗ trợ đơn giản, tác động của tải trọng và của sự gia nhiệt vi sai đều sẽ làm tăng thêm độ võng xuống, do đó độ võng ở giữa tấm có thể trở nên khá lớn.

Sự nứt vỡ và phồng nở

Nếu độ ẩm trong UHPC đủ thấp, thông thường chúng ta sẽ không gặp hiện tượng cháy nổ, nhưng có thể dự kiến sẽ có một số bong tróc của lớp phủ ở mặt tiếp xúc. Dưới đây là hình ảnh bản đúc hẫng sau 2 giờ cháy.

Đối với tấm đúc hẫng, sự gia cố này lại nằm cách xa bề mặt gần nhất với cốt thép chịu kéo, do đó gia cố sẽ không dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng nhiệt độ của cốt thép.

Đối với tấm được hỗ trợ đơn giản, bất kỳ sự bong tróc nào sẽ từ bề mặt gần với cốt thép chịu kéo, dẫn đến nhiệt độ tăng nhanh và tiếp theo là mất khả năng chịu kéo của cốt thép. Đối với một mẫu thử không tải, sự cháy nổ dự kiến là vừa phải, như đã được quan sát thấy trong một vài đám cháy thực tế. Nhưng do biến dạng lớn nên vỏ bọc cũng phải chịu tương đối lớn ứng suất kéo làm tăng nguy cơ bong tróc lớp phủ.

Hình dưới đây cho thấy một bức ảnh được chụp sau quá trình thử nghiệm tấm được hỗ trợ đơn giản và bạn có thể thấy gần như toàn bộ 15mm của tấm bìa đã bị bong ra. Hình tiếp theo cho thấy cột nhỏ cũng được đặt không tải trong lò trong quá trình thử nghiệm (và cho đến khi lò được mở vào ngày hôm sau khi nó đã nguội). Các xi lanh có nhiều vết nứt, nhưng chỉ nứt nhẹ và cường độ nén còn lại khi thử nghiệm sau một vài tuần là từ 12 đến 15 MPa.

Mặt tiếp xúc của tấm sau khi thử nghiệm.

Kết quả kiểm tra

Như đã liệt kê ở trên, có một số lý do tại sao chúng ta có thể mong đợi một kết quả kém hơn đối với tấm được hỗ trợ đơn giản so với tấm đúc hẫng. Tấm đúc hẫng đã chịu tải toàn bộ trong 2 giờ tiếp xúc với lửa. Khi thử nghiệm bị dừng lại là do thiết lập thử nghiệm không thể xử lý các biến dạng.

Tấm được hỗ trợ đơn giản đã được thử nghiệm tại Viện Công nghệ An ninh và Phòng cháy chữa cháy Đan Mạch và chúng tôi đã nhận được phân loại REI60.

Tấm có chiều dày 100 mm, dài 4140 mm và rộng 3000 mm với mép tự do ở cả hai bên. Tấm được tải ở hai điểm như được hiển thị trong hình dưới đây với tổng tải trọng tác dụng là 31 kN. Có tính đến tải trọng chết dẫn đến mô men lớn nhất là 5,89 kNm / m và lực cắt lớn nhất là 5,69 kN / m.

Chúng tôi đã không lường trước được rằng các biến dạng sẽ khá lớn như chúng thực sự xảy ra, vì vậy việc bố trí vật tải không thực sự phù hợp với độ lệch lớn. Khi tấm sàn cong, lực căng được tích tụ dưới các điểm chịu tải và khi các ứng suất này được giải phóng một vài lần trong quá trình thử nghiệm, tấm gần như “nhảy lên”. Cuối cùng, thử nghiệm đã bị dừng lại sau một giờ vì độ lệch trở nên quá lớn (độ lệch tâm 233 mm) đến mức không thể tác dụng tải trọng lên tấm sàn được nữa. Đây là một tình huống tương tự với tấm đúc hẫng, rằng tấm này phần lớn còn nguyên vẹn, nhưng việc thiết lập không còn có thể xử lý các độ lệch lớn nữa mặc dù các tiêu chí hỏng hóc dựa trên độ lệch vẫn chưa được đáp ứng. Một hình ảnh được chụp tại điểm 60 phút của bài kiểm tra được thể hiện trong hình tiếp dưới đây, nơi có thể quan sát thấy độ võng lớn và một vũng nước có thể được quan sát thấy. Nhiệt độ trung bình tối đa tăng lên ở mặt không phơi sáng của phiến đá là 64 độ C và hàm lượng nước của phiến đá tại thời điểm tiếp xúc là 1,6%.

Rất nhiều cặp nhiệt điện đã được cho vào tấm sàn, vì vậy chúng tôi lại thu được nhiều thông tin để cải thiện thiết kế chữa cháy của mình. Điều này cũng quan trọng không kém việc phân loại tấm mà chúng tôi đạt được cho mục đích viết tài liệu. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn gặp một số khó khăn đặc biệt là trong việc dự đoán chính xác các biến dạng (phải thừa nhận là không dễ vì nhiều yếu tố bao gồm cả hiện tượng hư hỏng) nên nếu có ai trong số các bạn có thắc mắc, nhận xét hoặc thông tin muốn chia sẻ. Vui lòng để lại một bình luận ở dưới.