防火耐熱混凝土

隨著(zhù)經(jīng)濟的飛速發(fā)展,日常生產(chǎn)、生活中用火、用電明顯增多,引發(fā)火災事故的因素也驟增,火災事故特別是重特大火災事故,給社會(huì )造成了巨大財產(chǎn)損失和人員傷亡。據調查,2001年震驚世界的“9·11”事件就是因為飛機撞擊后引起的大火熔化了支承鋼結構,造成了紐約世貿中心倒塌。在爆炸現場(chǎng)救火的300多名消防人員及警察因建筑倒塌而喪生。2003年11月3日凌晨,我國某市的衡州大廈一樓倉庫發(fā)生火災,最終引發(fā)樓房坍塌,20名消防隊員壯烈犧牲,11名消防隊員光榮負傷,96戶(hù)居民受災。事故中消防官兵傷亡創(chuàng )新中國紀錄!究其原因,耐火等級較低的建筑材料是建筑物在火災中發(fā)生倒塌主要原因之一。

　　可以說(shuō),如何經(jīng)濟有效地解決建筑物耐火問(wèn)題,在火災和不安全因素迅速增加的今天顯得具有重大的意義。近年來(lái)隨著(zhù)一些新材料、新工藝、新技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的廣泛應用,建筑構件的性能也變得越來(lái)越復雜,而混凝土以其優(yōu)越的性能和低廉的價(jià)格仍為大量建筑工程必不可少的材料。因此具有一定耐火能力、經(jīng)濟適用的防火耐熱混凝土引起人們的重視。

　　普通混凝土受熱作用機理

　　大量研究表明,普通混凝土在高溫受熱下的退化包括質(zhì)量減少和形成大量的孔和裂縫以及強度和彈性模量的下降,退化的結果造成普通混凝土出現大面積裂縫以至坍塌。普通混凝土受熱作用機理包括水泥水化產(chǎn)物受熱作用機理和水泥水化產(chǎn)物與骨料之間受熱相互作用機理。

　　分析普通混凝土受熱作用機理和混凝土在火災中受損程度的影響因素,提出防火耐熱混凝土是經(jīng)濟有效解決火災事故中由于建筑物耐火等級低而造成巨大財產(chǎn)損失和人員傷亡問(wèn)題的有效方法之一。綜述了防火耐熱混凝土的分類(lèi),為工程上選擇使用防火耐熱混凝土提供指導依據,并提出研制新型防火耐熱混凝土是今后的研究發(fā)展方向。

　　水泥水化產(chǎn)物受熱作用機理

　　在火災中普通混凝土的溫度不斷升高,當混凝土被加熱到100℃時(shí),毛細孔并始失去水分;達到100℃-150℃時(shí),由于水蒸氣蒸發(fā)促進(jìn)熟料逐步水化,使混凝土抗壓強度增加:200℃-300℃時(shí)由于水泥水化產(chǎn)物水化硅酸鈣凝體開(kāi)始脫水而導致組織硬化:300℃以上由于脫水加劇,混凝土收縮,開(kāi)始出現裂紋,強度開(kāi)始下降,575℃時(shí)氫氧化鈣脫水,使水泥組織破壞,當溫度達到500℃和800℃時(shí),混凝土抗壓強度分別約為原來(lái)強度的70%和30%;混凝土開(kāi)始坍塌。900℃時(shí)混凝土中的碳酸鈣分解,這時(shí)游離水、結晶水及水化物的脫水基本結束,強度幾乎喪失。由于氫氧化鈣的脫水,碳酸鈣的分解,混凝土中生成了氧化鈣,在射水的作用或火災后吸收空氣中的水分,氧化鈣再次水化,體積膨脹,水泥層會(huì )酥松剝落。同時(shí),高溫改變了鈣礬石的形成機理,60℃-800℃下鈣礬石開(kāi)始水解,混凝土內部形成粗大的孔結構。

　　水泥石與骨料受熱作用機理

　　300℃時(shí),普通混凝土中的骨料開(kāi)始膨脹,隨著(zhù)溫度的繼續升高,水泥收縮和骨料膨脹加劇,兩者結合被破壞,水泥骨架破裂成塊狀;溫度達到500℃以上后,骨料中的石英晶體發(fā)生晶型轉變,體積膨脹,初生的不連貫裂縫迅速擴展并連續起來(lái),形成大裂縫,造成混凝土的宏觀(guān)破壞;水泥石受拉,骨料受壓,由此加劇了內裂縫的開(kāi)展,這也是強度降低的主要原因。因此,水泥用量愈大,水灰比愈大,強度降低愈烈。

　　同時(shí),混凝土表面受火處溫度升高比內部快得多以及骨料和水泥石之間的熱不相容造成的內外溫差和應力差也會(huì )引起混凝土開(kāi)裂和強度下降。

　　混凝土在火災中受損程度的影響因素

　　通過(guò)分析普通混凝土受熱作用機理,各國研究表明,混凝土在火災中受損的嚴重程度取決于以下六個(gè)因素:溫度升高的速率、最高溫度、膠凝材料和集料的組成、水分含量及火作用的持續時(shí)間。

　　因此,提高混凝土的防火耐熱性,是減少混凝土在火災中受損以至坍塌的關(guān)鍵,防火耐熱混凝土是一種能長(cháng)期承受高溫作用(200℃以上),并在高溫下保持所需要的物理力學(xué)性能(如有較高的耐火度、熱穩定性、荷重軟化點(diǎn)以及高溫下較小的收縮等)的特種混凝土。防火耐熱混凝土已成功地由耐火骨料(粗細骨料)與適量的膠結料(有時(shí)還有礦物攙合料或有機攙合料)和水按一定比例配制而成。