Поведение строительных материалов с различными видами неорганических связующих на пожаре

Гипс.

Известь

Цементы.

Под названием «цементы» объединяют вещества, которые совместно с песком образуют раствор, затвердевающий при взаимодействии с водой. Самым распространенным и наилучшим в настоящее время цементом является «портланд-цемент», получающийся прокаливанием известняка с глиной, содержащей определенные соотношения силикатов кальция, алюмината кальция, феррита кальция. Тонко размолотые и хорошо перемешанные составные части обжигают в специальных трубчатых печах при 1400-1450 ^оС. Полученный материал (клинкер) подвергают очень тонкому размолу.

Основные компоненты цементного клинкера:

1) силикат кальция – (3СаО∙SiO₂ составляет 40-60 % и 2СаО∙SiO₂ составляет 15-35 %);

2) алюминат кальция (3СаО∙Аl₂O₃ составляет 5-15%);

3) алюмоферрит кальция (4СаО∙Аl₂O₃∙Fe₂O₃ составляет 10-15%).

Затвердевание цемента при смешивании с водой происходит в результате гидратации, с образованием кристаллических:

1) гидроокиси кальция (Са(ОН)₂);

2) гидроалюмината кальция;

3) гидроферрита кальция.

В то же время силикаты превращаются в коллоидные гидросиликаты кальция, за счет которых осуществляется сцепление массы.

Гашеная известь представляет из себя гидроокись кальция Са(ОН)₂ и является продуктом взаимодействия окиси кальция (СаО – негашеная известь) с водой. Гашеная известь, приготовленная с определенным количеством воды представляет из себя коллоидную пасту, содержащую значительно больше воды, чем это соответствует формуле Са(ОН)_2. Эта паста в смеси с песком образует штукатурный раствор, который схватывается сначала за счет потери воды в пористый кирпич и испарения. Через годы раствор затвердевает, взаимодействуя с углекислым газом воздуха, происходит реакция с образованием карбоната кальция.

Са(ОН)₂ +СО₂ ® СаСО₃

При производстве силикатного (белого) кирпичанегашеная известь смешивается с песком (SiO₂) и прессуется в атмосфере насыщенного водяного пара. В результате образуется кальциевый гидросиликат:

mCaO nSiO₂ рН₂О очень близкий к цементному камню.

Гипс представляет собой сульфат кальция, встречающийся в природе в виде ангидрита СаSO₄ а также в огромных количествах в виде собственно гипса - СаSO₄∙2Н₂О.

При нагревании до 100-125 ^оС гипс частично теряет кристаллизационную воду, образуя неустойчивый полугидрат сульфата кальция – алебастр

2СаSO₄∙H₂O.

Порошок алебастра при смешении с водой быстро схватывается, образуя плотную массу с небольшим увеличением объема. При нагревании выше 200 ^оС гипс полностью теряет кристаллизационную воду. Безводный сульфат кальция, как и алебастр взаимодействует с водой, образуя гипс.

При нагревании в ходе пожара кальциевый гидросиликат, основной компонент цементного и известкового камня, начинает постепенно терять воду, причем тем больше, чем больше температура и длительность нагрева:

mCaO nSiO₂ pH₂O mCaO nSiO₂

Процесс дегидратации происходит в интервале температур от 120-150 до 600-700 ^оС.

Химические процессы потери кристаллизационной воды сопровождаются физическими изменениями структуры и свойств материалов. Цементный и известковый камень разрушаются, в них появляются микро- а затем и макротрещины. В бетоне и железобетоне ситуация осложняется возникающими дополнительными напряжениями из-за разных коэффициентов теплового расширения самого цементного камня и крупного заполнителя (щебня), а также стальной арматуры. Завершаются указанные физико-механические изменения полным отслоением штукатурки и защитного слоя бетона, разрушением конструкций.

Гипс, как уже указывалось, при температуре 100-125 ^оС переходит в полугидрат, а при температуре выше 200 ^оС и до температуры около 280 ^оС существует в виде растворимого ангидрита (гамма-ангидрит). При последующем нагреве в диапазоне от 300-500^оС до 1000-1200^оС гипс существует в виде нерастворимого ангидрита (бета-ангидрит), а выше 1000-1200 ^оС образуется альфа-ангидрит и выделяется некоторое количество СаО.

Таким образом, изменения в результате нагрева изделий из неорганических строительных материалов сводятся, в основном, к потере кристаллизационной воды и переходу в различные кристаллические модификации.

Дата добавления: 2014-11-29