石膏砌块耐火性能研究

摘要：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。具有轻质高强、隔声、防火、施工便捷等多项优点，是一种低碳环保、健康、符合时展要求的新型墙体材料[1]。

关键词：石膏；砌块；耐火性

Abstract:Gypsum block is a building gypsum as the main raw material, through adding water mixing, pouring shape and dry and block made of lightweight building gypsum products. With light weight, high strength, sound insulation, fire protection, construction is convenient and so on many merits, is a kind of low carbon environmental protection, health, conform to the requirements of the development of new wall materials [1].

Key words: gypsum; Block; Fire resistance

中图分类号：P619.26+1文献标识码：A

理论分析

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℃条件下生成的无水石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SO2 加O2 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CaSO4 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CaSO4·2H2OCaSO4·1/2H2OCaSO4Ⅲ（可溶性无水膏）CaSO4Ⅱ（慢溶性无水膏）[2]。

CaSO4·2H2O CaSO4·1/2H2O+3/2 H2O

CaSO4·1/2H2O CaSO4Ⅲ+1/2 H2O

CaSO4Ⅲ CaSO4Ⅱ

实验安排

1、实验准备

实验原料：600×500×100mm 实心砌块（30片）、粘结石膏（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。

实验墙砌筑要求

在活动架子的中轴面上垒砌出3m×3m墙面。

要求粘结石膏务必饱满，表面平整、美观。

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

实验条件

参照标准：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

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

实验结果

石膏试验墙受火4小时时，温度情况为：

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]。

石膏砌块与钢结构

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。

石膏砌块具有良好的耐火性能，轻质高强，不开裂，是现代钢结构理想的墙体材料。

[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