Особенности поведения известняка при пожаре
Ранее в статьях мы уже рассматривали основные закономерности поведения природных и искусственных материалов при нагревании в условиях пожара. Благодаря своему химическому составу, каменные материалы являются негорючими. Однако при нагревании до высоких температур в них происходят различные физико-химические процессы, которые приводят к изменению свойств материала и, в конечном итоге, к его разрушению. В этой статье мы рассмотрим поведение известняка в условиях высоких температур.
Известняк — это природный каменный материал, который широко используется в строительстве благодаря своей прочности, долговечности и декоративным качествам. Из него изготавливают несущие и ненесущие конструкции, декоративные элементы.
Известняк практически полностью состоит из кальцита (карбоната кальция, CaCO₃), но в его составе могут присутствовать примеси (доломит, сидерит, кремнезем и др.). По этой причине известняк не горит, так как не содержит горючих органических компонентов.
При нагревании известняка до 600°С происходит удаление физически связанной влаги из микропор материала. Это приводит к увеличению его прочности на 70-80% относительно первоначальной. При дальнейшем нагревании в структуре материала образуются трещины, что снижает его прочность. При 800°С прочность известняка достигает первоначального значения.
При дальнейшем повышении температуры до 900°С происходит диссоциация (разрушение) молекул карбоната кальция по следующей реакции:
СаСО₃ → СаО + СО₂
В результате этого процесса выделяется углекислый газ (до 44% по массе от исходного материала) и образуется рыхлый низкопрочный оксид кальция. Это вызывает необратимое снижение прочности известняка. Следует отметить, что дальнейший прогрев известняка вглубь материала замедляется, поскольку образующийся рыхлый оксид кальция обладает малой теплопроводностью. Кроме того, процесс диссоциации карбоната кальция происходит с значительным поглощением тепла (178,5 кДж/кг).
Однако в случае контакта образовавшегося оксида кальция с водой при тушении пожара происходит реакция гидратации, которая сопровождается образованием гидроксида кальция и выделением тепла:
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.
Таким образом, в условиях пожара конструкции из известняка сохраняют свою прочность при нагреве до относительно высоких температур (600-800°С). Однако взаимодействие негашеной извести (CaO) с водой при высоких температурах может спровоцировать быстрое разрушение конструкций.
