favoritter

Brannmotstand - Fullskala testing på balkonggulv

Blog posts

Brannmotstand - Fullskala testing på balkonggulv


Det er ikke ofte at jeg får se resultatene av fullskala branntest på UHPC-elementer - så det minste jeg kan gjøre er å dele noen resultater fra en nylig test på en enkelt støttet skive for de som er interessert.

Brannmotstand er absolutt en utfordring for UHPC - og jeg har adressert dette i et av mine tidligere blogginnlegg Brannmotstand - er det et problem for UHPC. Hvis innholdet av fine partikler i betongene er høye (fører til relativt ugjennomtrengelige betong), kan det til og med være et problem ved kompresjonsstyrker så lave som 55 MPa som adressert i Eurocode-systemet.

Som beskrevet i mitt tidligere innlegg har vi oppnådd omfattende dokumentasjon om spalting og brannmotstand - inkludert tester på plater, bjelker,søyler og veggelementer - men bare en fullskalatest under brannbelastning har blitt utført på et balkongelement. Dette var et utkraget balkongelement som ble testet ved Tammerfors universitet i Finland (oppsettet er vist på fig.1 nedenfor)

 


Figur 1. En utkraget CRC balkongplate installert i ovnen før testing.


Mens de utkragede balkongene representerer flertallet av våre balkongprosjekter, bestemte vi oss for å også utføre en fullskala-test på en enkelt støttet plate som vi kunne forvente mindre gunstige resultater fra denne typen test, som jeg vil forklare på følgende måte:

1.Oppvarming av forsterkning

I begge typer av branntestene var toppen av platen ikke eksponert, mens bunnen av platen ble utsatt for en standardbrann. Dette innebærte at strekkreparasjonene i den utkragede platen var relativt godt beskyttet mot brannen - da de hadde en 15 mm overflate på toppen og samtidig hadde en tykkelse fra 85 til 75 mm. For den enkelt støttede platen var strekkreparasjonene på bunnen og dermed kun beskyttet mot brannen ved en 15 mm overflate. Dette ville selvsagt resultere i en raskere oppvarming av armeringsjernene for den enkelt støttede platen og dermed gi en reduksjon av styrke i en tidligere fase av branntesten.

2. Deformasjoner

For begge typer plater legges lasten på toppen av platen som fører til avbøyninger nedover. Når platene blir oppvarmet vil disse deformasjonene øke på grunn av reduksjoner i Youngs modul for både stål og betong samt termisk kryp. Det er imidlertid en annen effekt som må tas i betraktning. Når bunnen av platen blir oppvarmet mens toppdelen er relativt kald, vil bunnen ekspandere raskt mens toppen er relativt uforstyrret. Dette gir en krølleffekt, som i tilfelle av den støttede balkongen vil føre til at kanten av platen går oppover - og i de tidlige stadier av brannen vil denne effekten legge til en større komponent enn den nedadgående nedbøyning forårsaket av belastningen. For den utkragede platen vil ikke kanten flytte seg ned forbi den første avbøyningen etter 90 minutters branneksponering. For den enkelt støttede platen vil effekten av last og differensiell oppvarming påvirke nedoverbøyningen, slik at avbøyningen i midten av platen kan bli ganske stor.


3. Spalting

Hvis fuktighetsinnholdet i høystyrkebetongen er tilstrekkelig lavt, vil vi vanligvis ikke oppleve eksplosiv spalting, men det kan forventes noe spalting av overflaten . Nedenfor det vist et bilde av den utkragede balkongen etter 2 timers branneksponering.
 

Figur 2. Utkragede balkongplater etter testen.


For den utkragede platen er denne spaltingen igjen borte fra overflaten som synes nærmest som en  strekkforsterkning, slik at spalting ikke vil føre til en rask økning i temperaturen på armeringsjernene. 

For den enkelt støttede platen vil enhver spalting skje på overflaten nær strekkforsterkningen, noe som fører til en rask temperaturøkning og påfølgende tap i strekkapasiteten til armeringsjernene. For en testprøve uten laster forventes spaltingen å være moderat, noe som har blitt observert i noen faktiske branner (CRC i faktiske branner - Del 1 og Del 2) - men på grunn av de store deformasjonene ble dekket også utsatt for relativt store strekkspenninger som økte risikoen for spalting av overflaten.

Fig. 3 viser et bilde tatt etter testen av den enkelt støttede platen, og som vist har stort sett hele 15 mm overflaten gått bort. Fig. 4 viser 3 sylindere som også ble plassert uten lasteri ovnen under testen (og til ovnen ble åpnet dagen etter at den var avkjølt). Sylinderne hadde mange sprekker, men bare mindre spalting og gjenværende trykkstyrke ble testet etter noen uker fra 12 til 15 MPa
 


Figur 3

 


Figur 4


Testresultater

Som nevnt ovenfor var det en rekke grunner til at vi kunne forvente et dårligere resultat for den enkelt støttede balkongen sammenlignet med den utkragede balkongen. Den utkragede balkongen hadde full belastning i 2 timer med branneksponering. Når testen ble stoppet var det fordi testoppsettet ikke klarte å håndtere deformasjonene.

Den enkelt støttede platen ble testet ved Det danske institutt for brann- og sikkerhetsteknologi - og vi fikk en REI60-klassifisering.

Platen hadde en tykkelse på 100 mm, en spenning på 4140 mm og en bredde på 3000 mm med en fri kant på begge sider. Platen ble belastet i to punkter som vist på fig. 5 med en samlet påført belastning på 31 kN. Ved å ta hensyn til dødlast, resulterer dette i maksimalt 5,89 kNm / m og en maksimal skjærkraft på 5,69 kN / m.
 


Figur 5. Laster påført på toppen av platen.


Vi hadde ikke forventet at deformasjonene skulle være omtrent like store som de viste seg å være.

Etter hvert som platen ble buet, ble spenningen bygget opp under lastepunktene, og da disse spenningene ble utløst noen ganger under testen, hoppet platen. Til slutt ble testen stoppet (etter en time) da nedbøyningene ble så store (233 mm senterbøyning) at platen ikke lenger kunne påføres lasten. Det var en lignende situasjon for den utkragede platen- Platen var stort sett intakt, men oppsettet kunne ikke lenger takle de store nedbøyningene, selv om feilkriteriene basert på disse ennå ikke var oppfylt. Et bilde tatt etter 60 minutter av testen, er vist på bilde 6, hvor den store nedbøyningen og et basseng av vann - kan observeres. Den maksimale gjennomsnittstemperaturøkningen på den ikke eksponerte siden av platen var 64 ° C og vanninnholdet på platen ved eksponeringstidspunktet var 1,6%.

Mange termoelementer ble lagt inn i platen, slik at vi igjen fikk mye informasjon for å forbedre branndesignet - som er like viktig som klassifiseringen av platen vi oppnådde for dokumentasjonsformål. Imidlertid har vi fortsatt noen vanskeligheter - spesielt ved å forutsi deformasjoner nøyaktig (som ikke er så lett på grunn av de mange faktorene, inkludert spalting, som påvirker dette), så hvis noen av dere har spørsmål, kommentarer eller informasjon som du vil dele vennligst legg igjen en kommentar på vår WordPress blogg.
 


Figur 6. Den ueksponerte siden av platen etter 60 minutter  (Testen ble stoppet etter 63 minutter)

Forfatter av dette innlegget

Bendt Kjær Aarup
Group Material Development Manager