石膏砌块耐火性能研究

石膏砌块耐火性能研究

一、理论分析

石膏砌块是以建筑石膏为主要原料，经加水搅拌、浇注成型和干燥而制成的块状轻质建筑石膏制品。具有隔声防火、施工便捷等多项优点，是一种低碳环保、健康、符合时代发展要求的新型墙体材料[1]。

二水石膏具有在不同的煅烧温度下产生不同的煅烧产物的特性。当加热温度达到65℃时，二水石膏就开始释出结构水，但脱水速度比较慢。在107℃左右、水蒸气压达971mmHg 时，脱水速度迅速变快。随着温度继续升高，脱水更为加快，在l 70-l90℃时，二水石膏以很快的速度脱水变为α-半水石膏或β-半水石膏。当温度继续升高到220℃和320～360℃时，半水石膏则继续脱水变为α可溶性的无水石膏。但220℃条件下生成的无水百膏比较容易在空气中吸水变成半水石膏。在450-700℃期间变成的无水石膏则为不溶性无水石膏。这种无水石膏即我们通常说的“死烧”石膏；它很难溶于水，几乎不凝结，而且不具有强度。[2]继续加热至800℃时，无水石膏开始分解为CaO 和SO 2 加O 2 等，这时的凝结能力主要是靠CaO 的凝结作用而不是石膏了。这种分解在1050℃以后更为激烈，到1350℃才结束。在还原气氛下，有利于CaSO 4 的分解。

当石膏砌块遇火时，随着温度的升高，二水石膏分子结构中的结晶水开始脱去，其分子结构发生变化，变化状态依次是CaSO 4·2H 2O →CaSO 4·1/2H 2O →CaSO 4Ⅲ（可溶性无水膏）→CaSO 4Ⅱ（慢溶性无水膏）[2]。

CaSO 4·2H 2O 107170-−−−−

→℃

CaSO 4·1/2H 2O+3/2 H 2O CaSO 4·1/2H 2O 170-300−−−−

→℃CaSO 4Ⅲ+1/2 H 2O CaSO 4Ⅲ 300-1000−−−−→℃CaSO4Ⅱ 二、实验安排

1、实验准备

实验原料：600×500×100 实心砌块（30片）、粘结砂浆（1袋，40kg/袋）

实验器具：不锈钢抹灰刀、刮刀、手工锯子（1把）、橡胶锤、水平标定仪、封包线若干等。

2、实验墙砌筑要求

A 、在活动架子的中轴面上垒砌出3×3m 2墙面。

B 、要求粘结处砂浆务必饱满充盈，且平整美观。

C 、石膏墙面周边与活动架子之间缝隙，使用耐火石棉封堵，应使密封完好。

图1 石膏砌块实验墙

3、实验条件

执行标准：GB/T 9978-1999 建筑构件耐火实验方法

实验单位：国家消防装备质量监督检测中心

4、实验过程

本耐火性能试验采用明火加热，使时间受到与实际火灾相似的火焰作用，实验炉炉内温度随时间而变化，其变化规律应满足下列函数关系：

T-T0=345lg（8t+1）（1）式中：T——升温到t时刻的平均炉温，℃；

T0——炉内的初始温度，应在5~40℃范围之内，℃；

t——实验所经历的时间，min。

表示以上函数的曲线，即“标准时间—温度曲线”，如下图2所示。

图2 标准时间—温度曲线

本次实验的炉膛测温点分布情况，如图3所示。

图3 炉膛测温点分布

本次实验的背火面测温点分布情况，如图4所示。

图4 试验背火面测温点分布

5、实验结果

石膏试验墙受火4小时时，温度情况为：

A、炉膛平均温度（℃）：1139

B、背火面平均温度（℃）：76

结论：经4小时完全耐火试验，石膏墙面背火面未出现倾斜垮塌、裂缝等不良现象，其稳定性、完整性、隔热性均良好。

三、结果分析

建筑石膏制品具有良好的防火性能。建筑石膏硬化后的主要CaSO4·2H2O。当其遇火时CaSO4·2H2O脱去结晶水，结晶水吸热蒸发时，在制品表面形成水蒸气膜，有效地阻止

火的蔓延或赢得宝贵的疏散、灭火时间，制品厚度愈大，其防火性能愈好。因此，石膏砌块具有良好的防火性能[3]。

图5-1 石膏试验墙试验后情况（受火面）

如图5-1、5-2可见，经4小时标准试验后，整体试验墙情况依旧良好，未倒塌、倾斜。由试验标准时间—温度曲线可知，在15分钟时，温度就已经突破700℃，使得“烧死”石膏极速形成的同时，又迅速被加热至更高温度改变形态；在800-1200℃，生成大量CaSO4和CaO成分。其中，CaO的高强度和高凝结能力取代“烧死”石膏，使墙体具有一定的抵抗倒塌的能力，且半水石膏在煅烧中迅速越过“烧死”石膏阶段进入到生成大量在干燥条件下具有高强度、极不溶于水特性的Ⅱ型硬石膏，这极可能是导致砌块受火面表面碎块较次外层更加坚硬的原因。（如图6）。

图5-2 石膏试验墙试验后情况（背火面）

图6 受火面局部（冷却后）

经检测确定，石膏砌块具有很好耐火性能，可延缓背火面的持续高速升温，能很好抵抗火灾危险保护居住者生命财产安全，可放心选购、使用。

[参考文献]

[1] 何保罗，绿色建材——石膏砌块.苏州非金属矿设计研究院

[2] 王祁青，石膏基建材与应用.化学工业出版社

[3] 脱硫石膏的耐火性.中国建设报，2004.07.27