Ашот Георгиевич Тамразян — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой железобетонных и каменных конструкций, член-корреспондент РААСН, заслуженный деятель науки Российской Федерации
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
Ashot G. Tamrazian — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Reinforced Concrete and Stone Structures, Corresponding Member of the Russian Academy of Architecture and Construction Sciences, Honored Scientist of the Russian Federation
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
Вадим Ростиславович Мешков — кандидат технических наук, доцент Высшей школы теоретической механики и математической физики
195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29 литера Б
РИНЦ AuthorID: 11655, Scopus: 17435240500
Vadim R. Meshkov — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Higher School of Theoretical Mechanics and Mathematical Physics
build. B, 29 Politekhnicheskaya st., St. Petersburg, 195251
RSCI AuthorID: 11655, Scopus: 17435240500
Виталий Сергеевич Геращенко — аспирант кафедры железобетонных и каменных конструкций; главный технический эксперт
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26;105005, г. Москва, ул. Бакунинская, д. 7, стр. 1
Vitaliy S. Gerashchenko — postgraduate student of the Department of Reinforced Concrete and Stone Structures; chief technical expert
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337;build. 1, 7 Bakuninskaya st., Moscow, 105005
Андрей Сергеевич Гришин — кандидат технических наук, доцент кафедры строительной и теоретической механики; начальник научно-исследовательского отдела динамики и сейсмостойкости
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26;105005, г. Москва, ул. Бакунинская, д. 7, стр. 1
Andrei S. Grishin — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Structural and Theoretical Mechanics; Head of the Research Department of Dynamics and Seismic Resistance
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337;build. 1, 7 Bakuninskaya st., Moscow, 105005
Введение. Настоящая статья посвящена разработке методов аппроксимации теплофизических свойств бетона при решении нелинейной задачи теплопроводности. Исследование актуально в контексте оценки огнестойкости строительных конструкций и повышения их безопасности в условиях пожара. Цель работы заключается в создании универсальных моделей зависимости коэффициента теплопроводности и удельной теплоемкости от температуры, что позволяет улучшить точность расчетов температурных полей.
Материалы и методы. Для анализа использованы экспериментальные данные из множества источников, а также известные стандарты (например, Eurocode 2). Применяются методы наименьших квадратов для построения регрессий и аппроксимаций. Рассмотрены различные типы бетона — от легких до тяжелых — и их поведение при нагреве до высоких температур. Анализируется влияние таких факторов, как пористость, состав заполнителя, влажность, на теплофизические характеристики материала.
Результаты. Получены новые аппроксимационные формулы для коэффициента теплопроводности бетона как функции плотности и температуры. Показано, что зависимость может быть успешно описана универсальной экспоненциальной моделью. Для удельной теплоемкости предложена линейная аппроксимация, которая демонстрирует хорошее совпадение с экспериментальными данными. Установлено, что эффективная теплоемкость возрастает в определенных диапазонах температур за счет эндотермических процессов, таких как дегидратация цементного камня и декарбонизация известняка. Результаты подтверждены сравнением с существующими моделями и нормативами.
Выводы. Разработанные аппроксимационные модели позволяют более точно прогнозировать поведение бетона при воздействии высоких температур. Это имеет важное практическое значение для проектирования огнестойких конструкций, особенно в ядерной энергетике и других отраслях, где безопасность играет ключевую роль. Полученные результаты могут быть использованы для улучшения существующих инженерных подходов и создания новых стандартов. В дальнейшем планируется продолжить исследования с учетом дополнительных факторов, таких как массоперенос и изменение структуры материала в ходе нагрева.
Introduction. This paper is dedicated to the development of methods for approximating the thermophysical properties of concrete when solving a nonlinear heat conduction problem. The research is relevant in the context of assessing the fire resistance of building structures and enhancing their safety during fires. The goal of the work is to create universal models that describe the dependence of the thermal conductivity coefficient and specific heat capacity on temperature, which will improve the accuracy of temperature field calculations.
Materials and methods. Experimental data from numerous sources, as well as known standards (e.g., Eurocode 2), were used for analysis. The study employs the method of least squares (MLS) for constructing regressions and approximations. Various types of concrete — from lightweight to heavyweight — and their behaviour when heated to high temperatures were considered. Special attention was given to the influence of porosity, aggregate composition, and moisture content on the material’s thermophysical characteristics.
Results. New approximation formulas for the thermal conductivity coefficient of concrete as a function of density and temperature have been obtained. It has been shown that this dependence can be successfully described by a universal exponential model. A linear approximation for specific heat capacity was proposed, demonstrating good agreement with experimental data. It was established that effective heat capacity increases within certain temperature ranges due to endothermic processes such as cement stone dehydration and limestone decarbonization. The results were confirmed by comparison with existing models and regulations.
Conclusions. The approximation models developed in this work allow for more accurate predictions of concrete behaviour under high-temperature exposure. This has significant practical importance for designing fire-resistant structures, especially in nuclear energy and other sectors where safety plays a crucial role. The findings can be used to improve existing engineering approaches and develop new standards. Future research is planned to consider additional factors, such as mass transfer and changes in material structure during heating.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.