st. bryg. prof. dr hab. in\
. Zoja BEDNAREK
mł. kpt. mgr in\
. Paweł OGRODNIK
SGSP, Katedra Techniki Po\
arniczej,
Zakład Mechaniki Stosowanej
WPA
YW TEMPERATUR WYST
PUJ
CYCH W CZASIE
POśARU NA PRZYCZEPNOŚĆ STALI DO BETONU
SAMOZAG
SZCZALNEGO
W artykule przedstawiono wyniki badań przyczepności stali St3S
oraz 18G2 do betonu zwykłego i samozagęszczalnego C40/50.
The article contains the results of experiments on bond between
steel St3S or 18G2 and concrete and self compacting concrete
C40/50.
Wprowadzenie
Coraz większe zainteresowanie technologów betonów cieszą się betony samo-
zagęszczalne, które dzięki swoim właściwościom pozwalają, między innymi, na
układanie mieszanki betonowej bez konieczności zagęszczania, powodują skróce-
nie czasu wykonania konstrukcji oraz dają mo\
liwość wykonania konstrukcji
o du\
ej gęstości zbrojenia [2].
Zakład Mechaniki Stosowanej Szkoły Głównej Słu\
by Po\
arniczej od kilku lat
zajmuje się badaniami przyczepności stali zbrojeniowej ró\
nych gatunków do be-
tonów zwykłych w warunkach termicznych występujących w czasie po\
arów.
Przedstawione w artykule wyniki badań są dalszą częścią prac badawczych
i dotyczą spadku przyczepności stali do betonu samozagęszczalnego po przebytym
po\
arze (po ostygnięciu).
Przygotowanie próbek
Próbki do badań wykonano w formie walca o średnicy 100 mm i wysokości
150 mm. Zostały one wykonane w specjalnie przygotowanych formach walcowych
w celach porównawczych z dwóch rodzajów betonu: zwykłego C40/50 oraz samo-
zagęszczalnego (SCC) tej samej klasy zbrojonych prętem gładkim (stal St3S) bądz

\
ebrowanym (stal 18G2) o średnicy 10 mm. W czasie betonowania próbek wyko-
nano cienki kanalik w celu wprowadzenia termopary w miejsce styku betonu
i pręta stalowego na środku próbki.
2
Wymiary próbek dobrano na podstawie wcześniejszych badań tak, aby tempera-
tury na zewnątrz próbki oraz na styku betonu i stali uległy szybkiemu wyrównaniu.
Porównanie składu u\
ytych w badaniach betonów przedstawiono w tab. 1.
Próbki do badań wykonano w Instytucie Konstrukcji Budowlanych Politechniki
Warszawskiej.
Po zabetonowaniu próbki wraz z formami umieszczono w komorze kontrolo-
wanej wilgotności 95% i temperaturze 18 �C. Po trzech dniach próbki zostały roz-
formowane i ponownie umieszczone w komorze. Po 28 dniach od zabetonowania
próbki wyjmowano z komory i do czasu przeprowadzenia badań przechowywano
w laboratorium. Badania próbek przeprowadzono po sześciu miesiącach od ich
wykonania.
Tab. 1. Porównanie składu mieszanki betonowej
Liczba składników [kg/m3]
Składnik
Beton zwykły Beton samozagęszczalny
Cement CEM I42,5 365 372
Popiół lotny E. śerań  120
Piasek Wiślany 866 783
Grys amfibolitowy 2 8mm 1198 1128
Woda 156 155
Surerplastyfikator (na bazie
3,65 10,75
fosforanów)
Warunki termiczne badań
Obecnie najczęściej stosowaną metodą badania przyczepności jest badanie po-
przez bezpośrednie wyciąganie lub wciskanie (Pull-out Bond Test) [1, 3].
Celem badań wykonanych w Zakładzie Mechaniki Stosowanej Szkoły Głównej
Słu\
by Po\
arniczej za pomocą metody bezpośredniego wyciągania było:
" wyznaczenie spadku przyczepności stali do betonu samozagęszczalnego na
skutek oddziaływania wysokich temperatur,
" ustalenie ró\
nicy utraty przyczepności po przebytym po\
arze stali do betonu
samozagęszczlnego (SCC) i zwykłego C40/50,
" ustalenie wpływu niektórych właściwości zespolonych materiałów na spadek
przyczepności, między innymi rodzaju betonu oraz rodzaju stali (gładka, \
e-
browana).
W czasie badań dą\
ono do tego, aby warunki obróbki termicznej próbek przed
badaniami wytrzymałościowymi były maksymalnie zbli\
one do warunków ter-
micznych po\
arów. Za podstawę przyjęto rozkład temperatur występujący na styku
betonu i pręta stalowego otrzymany w badaniach. Przyjęto, \
e rozkład ten będzie
odpowiadać rozkładowi  temperatura czas występującemu w płycie betonowej
3
na głębokości 15 mm. Osiągnięcie zało\
onej temperatury uzyskiwano, przeprowa-
dzając grzanie próbek zgodnie z przyjętym rozkładem. Zało\
ony rozkład tempera-
tur przedstawiono na rys.1.
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0 10 20 30 40 50 60
Czas [min]
50�C 100�C 150�C
200�C 250�C 300�C
350�C 400�C 450�C
500�C 550�C 600�C
Krzywa po\
arowa temperatura-czas
Rys. 1. Zakładany rozkład temperatur z oznaczonym czasem osiągnięcia
temperatury zadanej
Po osiągnięciu zało\
onej temperatury była ona utrzymywana na stałym pozio-
mie przez 30 min. W tym czasie następowało wyrównanie temperatur na po-
wierzchni próbki oraz na styku betonu ze zbrojeniem. Przykład rozkładów tempe-
ratur uzyskanych w czasie badania przedstawiono na rys. 2.
620
1
520
2
420
3
320
220
120
20
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
CZAS [min]
1 - Temperatura w piecu 2 - Temperatura na powierzchni próbki 3 - Temperatura na styku betonu i stali
Rys. 2. Przykładowa krzywa  temperatura-czas przeprowadzonego badania
Temperatura [�C]
o
TEMPERATURA [ C]
4
Próbki ogrzewano według jednakowego programu do zakładanej w badaniu
temperatury w zakresie od 50 �C do 600 �C dla stali gładkiej (St3S) oraz od 50 �C
do 800 �C dla stali \
ebrowanej (18G2) z odstępami wynoszącymi 50 �C. Układ
sterowniczy pieca regulował temperaturę oraz transmitował sygnały termoelek-
tryczne z trzech czujników pomiarowych do komputera. Badania przyczepności
polegające na wyciąganiu pręta z betonowej próbki (Pull-out Bond Test) przepro-
wadzono po 48 godzinach od wyjęcia próbek z pieca badawczego. Wartość siły
powodująca przesunięcie pręta traktowano jako siłę przyczepności. Spadek przy-
czepności określano jako ró\
nicę przyczepności w przyjętej w badaniu temperatu-
rze w porównaniu z przyczepnością w temperaturze pokojowej (20 �C) [4].
Opracowanie wyników badań
Wyniki badań zostały opracowane statystycznie. Do analizy wyników wykorzy-
stano program Microsoft Excel, który przedstawia linie trendu oraz współczynniki
determinacji R2. W celu analizy przedziałów ufności zastosowano program Stati-
stica 6. Wyniki badań w postaci opracowanych wykresów porównawczych przed-
stawiono poni\
ej na rys. 3 oraz na rys. 4. Temperatury przedstawione na wykre-
sach dotyczą temperatur mierzonych na styku betonu i stali za pomocą termopar.
600
y = 7,1447x + 58,301
R2 = 0,9861
500
400
y = 6,4195x + 26,373
R2 = 0,9816
300
200
100
0
0 20 40 60 80 100
Spadek siły przyczepności w [%]
Linia trendu spadku przyczepności - beton samozagęszczalny C40/50
Linia trendu spadku przyczepności - beton zwykły C40/50
Rys. 3. Spadek przyczepności stali St3S do betonu samozagęszczalnego i zwykłego C40/50
W przedstawionych funkcjach liniowych
y = ax + b (1)
oraz logarytmicznych
y = a lnx + b (2)
Temperatura na styku pr
ę
ta z betonem [�C]
5
y  temperatura na styku betonu i stali, w której występuje zało\
ony spadek siły
przyczepności [C],
x  spadek siły przyczepności w [%],
a, b  współczynniki podane na rys. rys. 3 i 4.
900
800
y = 149,96Ln(x) + 132,77
R2 = 0,8207
700
600
500
y = 201,51Ln(x) - 71,438
R2 = 0,792
400
300
200
100
0
0 20 40 60 80
Spadek siły przyczepnośći [%]
Linia trendu spadku przyczepności - beton samozagęszczalny C40/50
Linia trendu spadku przyczepności - beton zwykły C40/50
Rys. 4. Spadek przyczepności stali 18G2 do betonu samozagęszczalnego i zwykłego C40/50
Podsumowanie i wnioski
" Wyniki przedstawionych badań wskazują ró\
nicę spadku przyczepności stali
do betonu samozagęszczalnego (SCC) i zwykłego na skutek oddziaływania
wysokich temperatur.
" Z badań dostępnych w literaturze wykonywanych w temperaturze normalnej
20 �C (bez wstępnej obróbki termicznej) wynika, \
e siła przyczepności stali
do betonu jest większa w przypadku SCC w porównaniu z betonem zwykłym.
W przypadku wstępnej obróbki termicznej w temperaturach po\
arowych
mniejszy spadek przyczepności stali do betonu odnotowywany jest w przy-
padku betonu SCC w porównaniu z betonem zwykłym.
" W przypadku stali St3S zarówno dla betonu zwykłego, jaki i betonu SCC
spadek przyczepności po wstępnej obróbce termicznej mo\
e być opisany pro-
stą zale\
nością linową. Natomiast w przypadku stali 18G2 i obydwu zaprezen-
towanych betonów lepsze dopasowanie przedstawia funkcja logarytmiczna.
" Porównując badania spadku przyczepności stali St3S oraz 18G2, nale\
y
stwierdzić, \
e równie\
dla betonu samozagęszczalnego w przypadku prętów
\
ebrowanych spadek przyczepności po wstępnym ogrzaniu próbki do zało\
o-
nej temperatury jest mniejszy ni\
w przypadku prętów gładkich.
Temperatura na styku pr
ę
ta z betonem [�C]
6
PIŚMIENNICTWO
1. Morley P. D., Royles R.: Response of the bond in reinforcing at normal and
high temperature. Bond in Concret  from research to standards 2002.
2. Grzeszczyk S.: Beton samozagęszczalny  projektowanie, właściwości, kieru-
nek rozwoju.  In\
ynieria i Budownictwo 2002, nr 9.
3. Tastani S.P., Pantazopoulou S.J.: Experimental evolution of the direct tension-
pullout bond test. Bond in Concret  from research to standards 2002.
4. Bednarek Z., Ogrodnik P.: Badanie wpływu temperatur po\
arowych na spadek
przyczepności pomiędzy betonem i stalą. IV Międzynarodowa Konferencja, nt.
 Bezpieczeństwo po\
arowe budowli , Częstochowa 2002.
S U M M A R Y
Zoja BEDNAREK
Paweł OGRODNIK
THE INFLUENCE OF FIRE TEMPERATURES ON THE BOND OF STEEL
AND SELF COMPACTING CONCRETE
Figures presented in work concern studies of the bond of steel St3S and 18G2 and
self compacting concrete class C40/50. Studied figures proved essential differences
in decrease of bond occurance between implemented rate of steel and rate of used
concrete. In both cases decrease of bond was noticed.
7