Wychodząc naprzeciw europejskim wymaganiom normowym do projektowania konstrukcji żelbetowych polscy producenci stali: Celsa „Huta Ostrowiec” oraz CMC Zawiercie rozpoczęły produkcję nowego gatunku stali zbrojeniowej – B500SP EPSTAL®. Główne jej zalety to wysoka ciągliwość, pełna spajalność, a także dobra przyczepność do betonu.
Na zlecenie CPJS przeprowadzono badania laboratoryjne potwierdzające wszystkie te podstawowe właściwości. Jednak idąc krok dalej producenci stali EPSTAL®, starając się przewidzieć wszystkie sytuacje, w jakich może znaleźć się obiekt, inicjują innowacyjne badania wykonywane w specyficznych warunkach. Najnowszym z nich jest sprawdzenie przyczepności stali EPSTAL® do betonu w warunkach termicznych występujących w trakcie oraz po przebytym pożarze. Badania te przeprowadzono przy współpracy ze Szkołą Główną Służby Pożarniczej i miały one charakter porównawczy – do wykonania próbek zastosowano dwa rodzaje stali: gorącowalcowaną EPSTAL® klasy C oraz zimnowalcowaną klasy A.
Próby oznaczenia przyczepności betonu do stali poprzez wyrywanie prętów z walcowych próbek betonowych wykonano na dwa sposoby:
Badania „na zimno” miały na celu oszacowanie przyczepności stali do betonu w warunkach, jakie panują po pożarze. Idea tych badań polegała na podgrzaniu próbki do odpowiedniej, ustalonej temperatury (+500°C, +600°C lub +700°C), a następnie, po „niewstrząsowym” ochłodzeniu jej do temperatury pokojowej (około +20°C), poddaniu próbie oznaczenia przyczepności betonu do zbrojenia.
Badania „na zimno” wykazały, że siły przyczepności dla obu gatunków stali, badane w temperaturze +20°C bez uprzedniego podgrzewania próbek, są porównywalne. Jednak redukcja sił wyrywania po podgrzaniu próbek do temperatury +500°C, a następnie ich ochłodzeniu jest już różna dla obu gatunków stali: w przypadku stali C EPSTAL® siła przyczepności uległa redukcji o 3% w stosunku do wartości wyjściowej, natomiast dla stali A redukcja ta wyniosła aż 20%. Zwiększenie temperatury nagrzewania powodowało dalszą redukcję sił wyrywających, a więc i przyczepności: po nagrzaniu do temperatury +600°C o 49% dla stali C EPSTAL® i o 55% dla stali A, natomiast po nagrzaniu do temperatury +700°C nośność połączenia osiąga 25% – stal C EPSTAL®, i 21% – stal A wartości wyjściowej.
Wyniki tego badania prowadzą do wniosku, iż o ile w przypadku gdy próbki nie poddawano wstępnemu podgrzewaniu wyznaczone dla nich wartości przyczepności są porównywalne, o tyle po ich uprzednim nagrzaniu i ochłodzeniu przyczepność stali C EPSTAL® jest znacząco wyższa od przyczepności stali A, a jej spadek w kolejnych etapach badania jest mniejszy.
Badania „na gorąco” to badania przyczepności stali do betonu w warunkach pożaru. Miały one na celu ustalenie temperatury krytycznej, przy której następuje utrata siły przyczepności. W pierwszym etapie próbki umieszczone w piecu poddawano stałej sile wyrywającej pręt: 12 kN lub 20 kN. Następnie rozpoczynał się proces grzewczy zgodnie z założonym rozkładem „temperatura – czas”, przyjętym normowo jako odwzorowanie warunków występujących w czasie pożaru. Temperaturę stopniowo zwiększano aż do utraty przyczepności stali do betonu.
W przypadku obciążenia siłą 12 kN temperatury krytyczne mierzone na styku pręta z betonem wyniosły: +425,5°C dla stali C EPSTAL® oraz +293,3°C dla stali A – różnica pomiędzy temperaturami jest znacząca, wynosi aż 45%. Temperatury krytyczne dla próbek obciążonych siłą 20 kN to odpowiednio: +265,7°C dla stali C EPSTAL® i +203,0°C dla stali A. Wyznaczona temperatura krytyczna dla stali EPSTAL® jest wyższa o 31% od temperatury krytycznej wyznaczonej dla stali A.
Analizując powyższe dane można dojść do wniosku, iż w temperaturach pożarowych stal klasy C EPSTAL®, przy tym samym poziomie obciążenia, zachowuje wyższą zdolność do utrzymania integralności betonu i stali zbrojeniowej, realizowaną siłami przyczepności. W praktyce oznacza to dłuższy czas zachowania nośności w czasie trwania pożaru przez element zazbrojony stalą klasy C EPSTAL® w porównaniu do takiego samego elementu wykorzystującego stal klasy A.
Podsumowując – opisane powyżej badania świadczą o lepszych właściwościach stali EPSTAL® pod kątem zachowania przyczepności między betonem i stalą, a zatem i zachowania nośności, w warunkach po przebytym pożarze oraz w czasie jego trwania.
Fot. 1. Badanie „na gorąco” – widok próbki przed badaniem. W tle cylindryczny piec, w którym umieszczana jest próbka
Fot. 2. Przykład próbki po badaniu z widocznym kanalikiem, w którym umieszcza się termoparę mierzącą temperaturę na styku zbrojenie – beton
{mospagebreak}
Fot. 3. Badanie „na zimno” – przykład typowego zniszczeni. Stal A, temperatura 700°C
Fot. 4. Badanie „na gorąco” – przykład typowego zniszczenia. Stal C EPSTAL®, obciążenie 12 kN
CPJS
ul. Koszykowa 54, 00-675 Warszawa
tel. 22 630 83 75, faks 22 625 50 49
biuro@cpjs.pl, www.cpjs.pl
ZAMÓW PRENUMERATĘ
Artykuł zamieszczony
w „Inżynierze budownictwa”,
luty 2008 r.
