Процессы, происходящие в строительных материалах в условиях пожара.

Процессы происходящие в строительных материалах в условиях пожара рассмотрим на примере основных строительных материалов.

Все применяемые в строительстве природные каменные материалы являются негорючими, в силу чего может сложиться представление, что выполненные из них строительные конструкции будут безукоризненно вести себя в условиях пожара. Однако это не совсем так. Под воздействием высоких температур в каменных материалах происходят различные процессы, приводящие к снижению прочности и разрушению. Наиболее характерные из них рассмотрим на примерах поведения в условиях высоких температур трех широко применяемых в строительстве материалов.

Гранит. Одна из самых распространенных в земной коре горных пород, является полимерной: она состоит из кварца (20-40%), ортоклаза (40-70%) и слюды (5-20%). Входящие в гранит минералы имеют различные коэффициенты температурного расширения, что не может привести к возникновению при нагревании внутренних напряжений в камне и появлению дефектов его внутри структуры. Входящий в ее состав SiO₂ при температуре 575 ^ОС претерпевает модификационное превращение структуры кристаллической решетки, связанное со скачкообразным увеличением объема. Этот процесс приводит к растрескиванию монолита и падению прочности камня.

Известняк. В отличии от гранита является мономинеральной породой, состоящей в основном из кальцита СаСО₃. По сравнению с полимерными породами и породами, содержащими кварц в диапазоне температур до 800 ^ОС, известняк характеризуется равномерным температурным расширением и сохраняет свою прочность. При дальнейшем повышении температуры происходит термическая диссоциация (разложение) минерала по реакции.

СаСО₃®СаО +СО₃

При длительном прогреве этот процесс будет протекать с поверхности конструкции в глубину ее. Следует отметить, что образующийся на поверхности конструкций слой СаС является пористым, обладает пониженной теплопроводностью и может, таким образом, выполнять функции своего рода термоизолирующей одежды, замедляющей прогрев конструкции вглубь. При попадании в этом случае на конструкции воды оксид кальция, который представляет собой воздушную известь, гасится, переходит в гидратную известь и осыпается.

В условиях пожара недопустим полив водой любых нагретых каменных конструкций, так как это всегда приводит к мгновенному их разрушению если не по причине описанной выше, то из-за больших температурных деформаций, возникающих в результате резкого охлаждения.

Асбест. Основной характерной особенностью этой горной породы является то, что она имеет волокнистую структуру и обладает способностью расщепляться на тонкие эластичные гибкие волокна, что обусловило специфику ее применения в различных областях техники в качестве теплоизолирующего негорючего материала. Наибольшее значение из нескольких разновидностей асбеста имеет хризотил-асбест 3MgO´2SiO₂´2H₂O. Входящая в состав асбеста химически связанная вода при температуре 400-500 ^ОС начинает отщепляется, а при температуре 700 ^ОС она удаляется полностью, что приводит к потери эластичности и разрушению структуры материала. Такая особенность поведения асбеста под воздействием высоких температур вызывают необходимость проверки подвергшихся воздействию пожара огнезащитных конструктивных элементов, в которых асбест применен не в виде засыпки, а в виде ткани, картона, жгутов, так как они превратятся в порошок, осядут и не смогут повторно выполнить свои функции.

Поведение керамических материалов в условиях пожара. поскольку все керамические материалы и изделия в процессе их получения подвергаются обжигу при высоких температурах, то вполне понятно, что повторное действие высоких температур в условиях пожара не оказывает существенного влияния на их физико-химические свойства в том случае, разумеется, если эти температуры не достигают температур размягчения (плавления) материалов.

Поведение металлов в условиях пожара. Одна из самых характерных особенностей всех металлов – способность размягчаться при нагревании и восстановить свои физико-механические свойства после охлаждения. Если бы металлы не обладали этим удивительным свойством, они бы не смогли получить такого широкого применения во всех областях техники, так как возможности холодной обработки ограничены. Однако это достоинство металлов становится недостатком в том случае, когда тепло воздействует на выполненные из них конструкции. При пожаре металлические конструкции очень быстро прогреваются, теряют прочность, деформируются и обрушаются.

Поведение материалов и изделий из минеральных расплавов в условиях высоких температур. Материалы и изделия из минеральных расплавов являются негорючими и не могут способствовать развитию пожара. Исключение составляют материалы, изготовленные на основе минеральных волокон с содержанием некоторого количества органического связующего, такие, как теплоизоляционные минеральные плиты, кремнеземные плиты, плиты и рулонные маты из базальтового волокна.

Древесина. При нагревании древесины до 110 ^ОС из нее удаляется влага и начинают выделятся газообразные продукты термической деструкции (разложения). При нагревании до 150 ^ОС нагреваемая поверхность древесины желтеет, количество выделяемых летучих веществ возрастает. При 150-250 ^ОС древесина приобретает коричневый цвет по причине обугливания, а при 250-300 ^ОС происходит воспламенение продуктов разложения древесины. Температура самовоспламенения древесины находится в пределах 350-400 ^ОС.