Физико-химические процессы, приводящих к изменению свойств строительных материалов в условиях пожара

Физические процессы

Теплоперенос (теплопередача) _ непрерывное перемещение теплового потока от обогреваемой поверхности образца материала (изделия) вглубь (в направлении необогреваемой поверхности _ при одностороннем обогреве,

Основным показателем, характеризующим развитие этого процесса, является температура материала (t - потенциал теплопереноса). Параметрами, необходимыми для количественной оценки протекания процесса теплопереноса и расчета изменения основного показателя (t) при пожаре являются теплофизические характеристики материала.

Влагоперенос _ отражает процесс перемещения влаги в пористой структуре материала одновременно с развитием процесса теплопереноса. Поскольку отмеченные процессы действуют одновременно, часто их рассматривают как один процесс тепло_влагопереноса.

При нагреве материала до температуры 100 оС влага, содержащаяся в порах, претерпевает температурное расширение, что увеличивает давление на стенки пор, вызывает увеличение внутренних напряжений в материале и снижает его прочность. Дальнейший нагрев материала приводит к переходу воды, содержащейся в порах, в парообразное состояние. При этом сначала влага испаряется с обогреваемой поверхности материала. Затем фазовый переход влаги в пар происходит в так называемой «зоне испарения», которая по мере прогрева постепенно перемещается в глубь образца (строительной конструкции) под влиянием процесса теплопереноса. Учитывая, что объем пор в твердом материале во время нагрева практически не изменяется, интенсивное парообразование (с 1 л воды получается 1700 л пара при нормальных условиях) приводит к быстрому росту давления в порах материала. По мере перемещения зоны испарения вглубь материала (изделия) давление возрастает.

Основным показателем процесса влагопереноса является избыточное давление (Р) пара в зоне испарения. Давление пара является одним из основных стимуляторов процесса разрушения (накопления нарушений, повреждений структуры) материала. При превышении избыточным давлением некоторой критической величины этот процесс может привести к явлению взрывообразной потери целостности образца (изделия) материала.

Химические процессы

 

Дегидратация _ химическая реакция отщепления от молекулы вещества химически связанной воды. Этот процесс, например, характерен для ряда природных каменных материалов, в частности, гипса: а также для искусственных каменных материалов, изготовленных на минеральных вяжущих веществах например, цементного вяжущего в искусственных каменных материалах (бетоне, асбестоцементе). В то же время другие компоненты композиционных материалов (например, бетонов) могут расширяться, что приводит к возникновению внутренних усилий в материале, созданию напряженного его состояния, накоплению повреждений, разрушению (сниже нию прочности).

Диссоциация _ расщепление (распад) молекул. Эта химическая реакция свойственна, в частности, природным каменным материалам, например, при температуре порядка 900оС протекает реакция диссоциации известняка (карбоната кальция) СаСО3 = СаО + СО2.

Она характерна также для минеральных вяжущих веществ, которые являются основой искусственных каменных материалов. Эта реакция приводит к снижению объемной массы, прочности материала, увеличению его пористости.

Химическое разложение твердых материалов состоит в том, что при повышении их температуры до определенного для каждого материала значения (температуры начала деструкции) начинается процесс разрыва химических связей с образованием более простых компонентов (твердых, жидких, газообразных).

 С повышением температуры скорость химических реакций возрастает. Термическое разложение является чрезвычайносложным процессом, зависящим от множества параметров. Этот процессможно разделить на 3 разновидности.

1. Термическая деструкция, при которой сложные молекулы распадаются на более простые звенья.

2. Пиролиз _ процесс глубокого расщепления продуктов деструкции вплоть до образования простейших молекул.

3. Термоокислительное разложение при участии кислорода воздуха.Процесс термоокислительного разложения приводит к воспламенению материала. Процесс разложения материалов при повышенных температурах сопровождается образованием газообразных, жидких веществ, обладающих токсичным действием. Для большинства материалов общим токсичным компонентом продуктов разложения и горения является оксид и диоксид углерода (СО, СО2).

Таким образом, и химические процессы приводят к разрушению (снижению прочности) материалов и другим негативным последствиям, в частности, горению.

Физико-химические процессы

 

Основным физико-химическим процессом, который происходит с органическими строительными материалами в условиях пожара, является процесс горения. Глубоко и всесторонне этот процесс, его законы и теоретические основы рассматривают при изучении дисциплины «ФХОР и ТП»