Вход

неорганические строительные материалы

Контрольная работа*
Код 380233
Дата создания 2017
Страниц 18
Мы сможем обработать ваш заказ 25 июня в 10:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
450руб.
КУПИТЬ

Описание

Неорганические строительные материалы и поведение строительных материалов в условиях пожара ...

Содержание

Введение. Стр.2
1.Внешние и внутренние факторы, определяющие поведение строительных материалов в условиях пожара. Стр.3
2. Основные свойства, характеризующие поведение строительных материалов в условиях пожара. Свойства, характеризующие пожарную опасность строительных материалов. Стр.4-5
3. Каменные материалы и их поведение в условиях пожара. Стр.6-7
4. Особенности поведения природных каменных материалов в условиях пожара. Стр.8-9
5. Особенности поведения искусственных каменных материалов при нагревании. Стр.10
6. Изменение структуры и свойств неорганических строительных материалов при нагревании. Стр.11-16
Заключение. Стр.17
Список литературы. Стр.18

Введение

К неорганическим строительным материалам относятся природные каменные, полученные в результате механической обработки горных пород, и искусственные: керамические, на основе минеральных расплавов, металлов, а также минеральных вяжущих веществ.
Номенклатура строительных материалов содержит сотни названий. Каждый материал в определенной мере отличается от других внешним видом, химическим составом, структурой, свойствами, областью применения в строительстве и поведением в условиях пожара. Вместе с тем между материалами не только существуют различия, но и множество общих признаков.
Знать пожарные свойства строительных материалов, оценивать поведение конструкций при пожаре, предлагать эффективные способы огнезащиты конструктивных элементов, проводить расчеты прочности и устойчивости зданий при о гневом воздействии обязан инженер-проектировщик, инженер-строитель, инженер-эксплуатационник. Но в первую очередь это обязанность инженера пожарной безопасности.
Под поведением строительных материалов в условиях пожара понимается комплекс физико-химических превращений, приводящих к изменению состояния и свойств материалов под влиянием интенсивного высокотемпературного нагрева.

Фрагмент работы для ознакомления

Обжиговые строительные материалы:
керамика;
стекло;
шлаки;
каменные расплавы.
Силикатные материалы:
Бетон
Облицовочные плиты
Кирпич
Ячеистые изделия (пеносиликат, газосиликат).
Поведение каменных материалов в условиях пожара
Изучением поведения каменных материалов в условиях пожара занимались в течении нескольких десятилетий многие исследователи нашей страны.
Характер поведения каменных материалов в условиях пожара в принципе одинаков для всех материалов, отличаются лишь количественные показатели. Специфические особенности обусловлены действием лишь внутренних факторов, присущих анализируемому материалу (при анализе поведения материалов в идентичных условиях действия внешних факторов).
4.Особенности поведения природных каменных материалов в условиях пожара
Мономинеральные горные породы (гипс, известняк, мрамор и др.) при нагреве ведут себя более спокойно, чем полиминеральные. Они претерпевают в начале свободное тепловое расширение, освобождаясь от физически связанной влаги в порах материала. Это не приводит, как правило, к снижению прочности и даже может наблюдаться ее рост при спокойном удалении свободной влаги. Затем в результате действия химических процессов дегидратации (если материал содержит химически связанную влагу) и диссоциации материал претерпевает постепенное разрушение (снижение прочности практически до нуля).
Полиминеральные горные породы ведут себя в основном аналогично мономинеральным, за исключением того, что при нагреве возникают значительные напряжения, обусловленные различными величинами коэффициентов теплового расширения у компонентов, входящих в состав горной породы. Это приводит к разрушению (снижению прочности) материала.
Проиллюстрируем особенности поведения мономинеральных и полиминеральных горных пород при нагреве на примере двух материалов: известняка и гранита.
Известняк - мономинеральная горная порода, состоящая из минерала кальцита СаСО3. Нагревание кальцита до 600 оС не вызывает значительных изменений минерала, а сопровождается лишь его равномерным расширением. Выше 600 оС (теоретически температура 910 оС) начинается диссоциация кальцита по реакции СаСО3 = СаО + СО2, в результате которой образуются углекислый газ (до 44% по массе от исходного материала) и рыхлый низкопрочный оксид кальция, что вызывает необратимое снижение прочности известняка. При испытании материала при нагреве, а также после нагрева и остывания ненагруженном состоянии было установлено, что при нагревании известняка до 600 оС происходит увеличение его прочности на 78% в связи с удалением физически связанной (свободной) влаги из микропор материала. Затем прочность снижается: при 800 оС она достигает первоначальной, а при 1000 оС прочность составляет всего 20% от начальной.
Следует иметь в виду, что в процессе охлаждения большинства материалов после высокотемпературного нагрева продолжается изменение (чаще - снижение) прочности. Снижение прочности известняка до первоначальной происходит после нагрева до 700 оС с последующим остыванием (в горячем состоянии до 800 оС).
Поскольку процесс диссоциации СаСО3 протекает со значительным поглощением тепла (178,5 кДж/кг), и образующийся при этом пористый оксид кальция обладает малой теплопроводностью, слой СаО создает на поверхности материала теплозащитный барьер, несколько замедляющий дальнейший прогрев известняка вглубь.
При контакте с водой при тушении пожара (либо влагой из воздуха после остывания материала) происходит повторно реакция гидратации образовавшийся при высокотемпературном нагреве негашеной извести СаО. Причем эта реакция протекает с остывшей известью.
СаО + Н2О = Са(ОН)2 + 65,1 кДж.
Образующийся при этом гидроксид кальция увеличивается в объеме и является очень рыхлым и непрочным материалом, который легко разрушается.
Рассмотрим поведение гранита при нагревании. Поскольку гранит - полиминеральная горная порода, состоящая из полевого шпата, кварца и слюды, его поведение в условиях пожара будет во многом определяться поведением этих компонентов.
После нагревания гранита до 200 оС и последующего остывания наблюдается увеличение прочности на 60%, связанное со снятием внутренних напряжений, возникших в период образования гранита в результате неравномерного охлаждения расплавленной магмы, и разницы величины коэффициентов температурного расширения минералов, составляющих гранит. Кроме того, увеличение прочности в некоторой степени, видимо, также обусловлено удалением свободной влаги из микропор гранита.
При температуре выше 200 оС начинается постепенное снижение прочности, которое объясняется возникновением новых внутренних напряжений, связанных с различием коэффициентов термического расширения минералов.
Уже значительное снижение прочности гранита наступает выше 575 оС из-за изменения объема кварца, претерпевающего модификационное превращение (?-кварц в ?-кварц). При этом в граните невооруженным глазом можно обнаружить образование трещин. Однако суммарная прочность гранита в рассмотренном температурном температурном интервале еще остается высокий: при 630 оС предел прочности гранита равен начальному значению.
В диапозоне температур 750…800 оС и выше продолжается снижение прочности гранита за счет дегидратации минералов полевого шпата и слюды, а также модификационного превращения кварца из ?-кварца в ?-тридимит при 870 оС. При этом в граните образуются более глубокие трещины. Предел прочности гранитапри 800 оС составляет всего 35% от первоначального значения. Установлено, что скорость прогрева оказывает влияние на изменение на изменение прочности гранита. Так, при быстром (одночасовом) нагреве прочность его начинает снижаться после 200 оС, в то время как после медленного (восьмичасового) - лишь с 350 оС.
Таким образом, можно сделать вывод, что известняк является более стойким к нагреванию материалом, чем гранит. Известняк практически полностью сохраняет свою прочность после нагревания до 700 оС, грант - до 630 оС и последующего остывания. Кроме того, известняк претерпевает значительно меньше температурное расширение, чем гранит. Это важно учитывать при оценке поведения искусственных каменных материалов в условиях пожара, в которые гранит и известняк входят в качестве заполнителей, например, бетона. Также следует учитывать, что после прогрева до высоких температур и последующего остывания природных каменных материалов их прочность не восстанавливается.
5.Особенности поведения искусственных каменных материалов при нагревании
Поскольку бетон является композиционным материалом, его поведение при нагреве зависит от поведения цементного камня, заполнителя и их взаимодействия. Одна из особенностей - химическое соединение при нагреве до 200 оС гидроксида кальция с кремнеземом кварцевого песка (этому соответствуют условия, аналогичные тем, что создают в автоклаве для бысрого твердения бетона: повышенное давление, температура, влажность воздуха). В результате такого такого соединения образуется дополнительное количество гидросиликатов кальция. Кроме того, при этих же условиях происходит дополнительная гидратация клинкерных минералов цументного камня. Все это способствует некоторому повышению прочности.
При нагреве бетона выше 200 оС возникают противоположно направленные деформации претерпевающего усадка вяжущего и расширяющегося заполнителя, что снижает прочность бетона наряду с деструктивными процессами, происходящими в вяжущем и заполнителе. Расширяющаяся влага при температурах от 20 до 100 оС давит на стенки пор и фазовый переход воды в пар также повышает давление в порах бетона, что приводит к возникновению напряженного состояния, снижающего прочность. По мере удаления свободной воды прочность может возрастать. При прогреве образцов бетона, заранее высушенных в сушильном шкафу при температуре 105…110 оС до постоянной массы, физически связанная вода отсутствует, поэтому такого резкого снижения прочности в начале нагрева не наблюдается.
При остывании бетона после нагрева прочность, как правило, практически соответствует прочности при той максимальной температуре, до которой образцы были нагреты. У отдельных видов бетона она несколько снижается при остывании за счет более длительного нахождения материала в нагретом состоянии, что способствовало более глубокому протеканию в нем негативных процессов.
Деформативность бетона по мере прогрева увеличивается за счет увеличения его пластичности.
Чем выше относительная нагрузка на образец, тем при меньшей критической температуре он разрушится. По этой зависимости исследователи делают вывод, что с увеличением температуры прочность бетона падает при испытании в напряженном состоянии.
Кроме того, строительные конструкции из тяжелого бетона (железобетона) склонны к взрывообразному разрушению при пожаре. Это явление наблюдается у конструкций, материал которых имеет влагосодержание выше критической величины при интенсивном подъеме температуры при пожаре. Чем плотнее бетон, тем ниже его паропроницаемость, больше микропор, тем он более склонен к возникновению такого явления, несмотря на более высокую прочность. Легкие и ячеистые бетоны с объемной массой ниже 1200 кг/м3 не склонны к взрывообразному разрушению.
Спецификой поведения легких и ячеистых бетонов, в отличие от поведения тяжелых бетонов при пожаре, является более длительное время прогрева вследствие их низкой
6.Изменение структуры и свойств неорганических строительных материалов при нагревании
Искусственные неорганические конструкционные и отделочные строи­тельные материалы изготавливаются, как известно, обжиговым и безобжиговым методами. Материалы, полученные первым методом из алюмосиликатного и силикатного сырья (красный кирпич, строительная керамика, стеклоблоки и т.п.), обычно не исследуются при поисках очага пожара, т.к. в процессе изготовления они подвергались высокотемпера­тур­ному нагреву, превышающему характерные для пожара температуры (исключения из этого правила см. в разделе 6.3). Материалы же, изго­тов­ленные вторым методом, могут служить при достижении указанной цели важным источником информации.
Для изготовления материалов безобжиговым методом необходимо связующее вещество. При всем многообразии связующих составов подав­ляющее большинство их базируется на трех основных связующих -цементе, извести, гипсе или их сочетаниях. С помощью этих связующих (вяжущих) изготавливаются бетонные и железобетонные конструкции, разно­образные виды штукатурок, силикатный кирпич, кладочный раст­вор, гипсовые перегородки, отделочные и звукоизолирующие плиты и т.д. При нагреве в ходе пожара в них происходят постепенные изменения структуры, компонентного состава, свойств.
Попытаемся кратко описать эти изменения, а также возможности их фиксации (качественно и количественно) визуально и инструмен­таль­ными методами.
Материалы с цементным и известковым связующим
Портландцементный клинкер имеет, как известно, следующий минералогический состав:
SiOтрехкальциевый силикат, алит (3CaO 2, он же условно обозна­ча­ется C3S) - 42-60 %;
SiOдвухкальциевый силикат, белит (2CaO 2; C2S) - 15-35 %;
Alтрех­каль­циевый алюминат (3CaO 2O3; C3A) - 5-14 %;
Alчетырехкальциевый алюмоферрит (4СаО 2O3 Fe2O3) - 10-16 %.
После смешения портландцемента с водой (изготовления цемент­ного теста) и его затвердевания образуется так называемый цементный камень. Он представляет собой конгломерат аморфных и кристал­ли­ческих новообразований на основе гидроалюминатов, гидрофферитов, гидросульфоалюминатов кальция, гидроксида кальция и др.
Гидросиликаты кальция (ГСК) близки по структуре к природному минералу тобермориту. Д.Джефри, Х.Тейлор и другие исследователи разделяют ГСК цементного камня на плохо закристаллизованные тобер­мориты: CSH(I) - c cоотношением CaO/SiO2 0,8-1,5; CSH(II) - с соот­но­ше­нием CaO/SiO2 1,5-2,0 и на тоберморитовый гель с соотношением CaO/SiO2 1,5.
Наиболее важные гидроалюминаты кальция - это C2AH8, C4A3H3, C4AHx (где х = 7, 11, 13, 19), а чаще всего встречающиеся гидроалю­мо­фер­риты кальция - C4FH13 и C3FH6. Кроме того, в цементном камне обычно присутствует Ca(OH)2 (портландит) как продукт гидратации силикатов кальция.
AIВ цементном камне присутствуют также соединения более сложного состава, например, эттрингит - 3CaO 2O3 3CaSO4 (31-32)H2O и неко­то­­рые примесные соединения, такие, как соединения щелочей.
В затвердевших растворах и бетонах приготовленных на порт­ланд­цементе, кроме продуктов твердения цемента присутствуют минералы за­пол­нителей - прежде всего кварц, а также такие минералы крупного за­полнителя, как кальцит, доломит, минералы, составляющие граниты, баль­заты и др.
Составы на основе извести и кварца, твердевшие при повышенной тем­пе­ратуре и давлении, также представляют nSiOсобой кальциевые гидро­силикаты с брутто-формулой: mCaO 2 pH2O при m/n близком к 1,0.
Такой комплекс образуется, в частности, при изготовлении сили­катного кирпича, когда негашеная известь СаО смешивается с пес­ком, водой, а затворенное известковое тесто подвергается формованию и тер­мообработке в насыщенном водяном паре при температуре 150-200 0С.
При нагревании, в том числе и при нагревании на пожаре, ука­занные соединения начинают терять воду, вплоть до ее полной потери при соответствующих температурах. Так, например, тоберморитовый гель, наиболее важная составная часть затвердевшего портланд­це­мен­т­ного камня и бетона, по данным ТГА постепенно дегидратируется в интервале температур от 100 до 700 0С. Другой основной компонент - СSН II начинает терять воду при температурах 120-150 0С; при 300 0С он отщепляет 0,5 молекулы воды, а при 600-700 0С переходит в С2 SiOS, т.е. в 2CaO 2 .
Процессу разложения при нагревании подвергаются и отдельные при­месные компоненты. Гидрат окиси кальция (портландит) разлагается до окиси кальция при 550 0С, гидрат окиси магния (брусит) - при 400-550 0С; карбонаты кальция (кальцит) и магния (магнезит) соответст­вен­но, при температурах 860 и 540-650 0С.
Протекающие при нагревании материалов химические процессы со­про­вождаются, вполне естественно, физическими процессами - разрыхле­нием, растрескиванием массы материала, изменением ряда его физико-механических свойств. Возникновению дополнительных напряжений и трещинообразованию в материалах способствуют и заполнители (если они имеются), например, щебень в бетоне. Происходит это из-за различия в коэффициентах линейного расширения цементного камня и запол­нителей.
Крайняя степень проявления указанных процессов заключается в от­слоении штукатурки, защитного слоя бетона, деформациях и раз­рушениях бетонных и железобетонных конструкций. Однако, если до явных раз­рушений дело не дошло, каким же образом оценить степень термического поражения конструкций в тех или иных зонах?
Рассмотрим предложенные для этого методы - от простых к более сложным и информативным. При этом сначала остановимся на методах, которые рекомендуется использовать при обследовании бетонных конструкций после пожара экспертам-строителям. Цели та­ко­го обследования обычно далеки от экспертно-криминалистических; в основном специалисты-строители решают вопросы, связанные с возможностью дальнейшей эксплуатации пострадавшего от пожара здания. Тем не менее, рекомендуемые ими критерии оценки последствий теплового воздействия на материалы и конструкции представляют определенный интерес и для пожарно-технических специалистов и экспертов.
Фиксация изменения цвета, тона звука и ударной прочности
Тяжелый бетон, по данным , при нагревании до 300 0С прини­мает розоватый оттенок, при 400-600 0С - красноватый, при 900-1000 0С - бледно-серый. Отмечается, что цвет бетона при температуре более 900 0С- желтоватый. Цементно-песчаная штукатурка в интервале тем­ператур 400- 600 0С приобретает розовый оттенок, а в интервале 800 - 900 0С - бледно-серый. Представляется, правда, весьма проблема­тичным, что указанные оттенки цвета можно уловить на конструкции после реаль­ного пожара, учитывая закопчение, попадание воды при тушении и т.д.
Тон звука строители определяют простукиванием бетонной или же­ле­зобетонной конструкции любым твердым предметом. Неповрежденный бетон имеет высокий тон звука, с увеличением степени термического поражения (разрушения) бетона звук становится глухим. При воздействии температур более 600 0С молоток при ударе сминает бетон на поверх­ности конструкции. Часть ее, прогретая свыше 500 0С, при ударе средней силы может отколоться.
Предварительную оценку прочности бетонных конструкций в тех или иных зонах пожара в рекомендуют проводить с помощью эта­лон­ного молотка Кашкарова (ГОСТ 22690.2-77) или аналогичных инстру­ментов (молотка Фидзеля, приборов типа ХПС и КМ с шариковым наконечником). Отмечается, что призменная прочность бетона, например, с гранитным наполнителем и при нормальном твердении изменяется в зависимости от температуры нагрева следующим образом: 20 0С-1,0; 120 0С-0,7; 300 0С-0,6; 400 0С-0,4; 500 0С-0,3.
Термический анализ
Термический анализ предусмотрено про­водить в весовом анализе с нагревом проб в муфельной печи, а также термогравиметрический и дифференциальный термический анализ на Дериватографе. Весовым анализом - нагревом навески в му­фельной печи при 800 0С до постоянной массы - определяется количество гидратной воды в пробе. "Степень гидратации" и содержание карбонатов определяются расчетом потери массы по термогравиметрической кривой при 600 и 1000 0С. Определенную информацию несет, по мнению авторов ме­то­дики, и параметр, названный “глубиной эффекта на термо­граммах”. Речь идет об эндоэффектах: при 130-170 0С (испарение воды), 470-490 0С (он отнесен авторами к разложению гидрата окиси кальция) и 750-770 0С (разложение карбоната кальция). Все указанные параметры последовательно уменьшаются по мере увеличения температуры предварительного прогрева бетона (табл. 1.). Суть происходящих при этом процессов тоже, однако, не совсем ясна. Почему эндоэффекты, связанные с наличием Ca(OH)2 и CaCO3, исчезают при температуре пред­варительного нагрева, примерно соответствующий температуре их раз­ложения, вполне объяснимо, а вот почему они последовательно снижа­ются при значительно более низких температурах (от 100 0С) - это загадка, авторами работ никак не разъясняемая.
Все перечисленные выше методы авторы публикаций предлагают использовать для оценки температуры нагрева бетонных конструкций при пожаре.
Оценка толщины прогретого слоя у тяжелого бетона
В работе предлагается оценивать длительность огневого воздействия на участки железобетонных конструкций по максимальной толщине прогрева тяжелого бетона до заданных температур. При этом необходимо использовать данные табл. 1.
Глубина же прогрева определяется по перечисленным выше приз­накам - цвету, потере механической прочности и толщине разру­шенного слоя.
Таблица 1.
Глубина прогрева бетонной конструкции до заданных температур
Длительность нагрева, час.
Максимальная температура
Глубина прогрева (мм) до темпе­ратуры, 0С
на поверхности конструкции, 0С
300
600
900
0,5
700-750
20
4
-
1,0
800-850
40
15
-
1,5
900-950
50
20
3
2,0
1000-1050
60

Список литературы

Список литературы

1. Чешко И.Д. Экспертиза пожаров (объекты, методы, методики исследования) /Под науч. ред. канд. юр. наук Н.А.Андреева. – 2-е изд., стереотип. – СПб.: СПбИПБ МВД России. 1997. – 562 с.
2. Мегорский Б.В. Методика установления причин пожара. – М. Стройиздат, 1966. – 347с.
3. Гайдаров Л.Э. Строительные материалы / Л.Э. Гайдаров. - М.: Техника, 2007. - 367 с.
4. Грызин А.А. Задания, сооружения и их устойчивость при пожаре / А.А. Грызин. - М.: Проспект, 2008. - 241 с.

Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала, который не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, но может использоваться в качестве источника для подготовки работы указанной тематики.
Сколько стоит
консультация по подготовке материалов?
1
Заполните заявку - это бесплатно и ни к чему вас не обязывает. Окончательное решение вы принимаете после ознакомления с условиями выполнения работы.
2
Менеджер оценивает работу и сообщает вам стоимость и сроки.
3
Вы вносите предоплату 25% и мы приступаем к работе.
4
Менеджер найдёт лучшего автора по вашей теме, проконтролирует выполнение работы и сделает всё, чтобы вы остались довольны.
5
Автор примет во внимание все ваши пожелания и требования вуза, оформит работу согласно ГОСТ, произведёт необходимые доработки БЕСПЛАТНО.
6
Контроль качества проверит работу на уникальность.
7
Готово! Осталось внести доплату и работу можно скачать в личном кабинете.
После нажатия кнопки "Узнать стоимость" вы будете перенаправлены на сайт нашего официального партнёра Zaochnik.com
© Рефератбанк, 2002 - 2018