SILICATE BRICK IN THE CONDITIONS OF HIGH-TEMPERATURE INFLUENCES

Александренко М.В.¹, Акулова М.В.², Ибрагимов А.М.³

¹Студент,

²доктор технических наук, Советник РААСН,

³Доктор технических наук, Советник РААСН,

Ивановский государственный политехнический университет

СИЛИКАТНЫЙ КИРПИЧ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Аннотация

В статье рассмотрено – проведение и анализ эксперимента по определению минимальной температуры нагрева силикатного кирпича, чтобы после резкого охлаждения в воде нарушалась его целостность и в теле кирпича появились трещины. Потребность в глубоком исследовании влияния высокотемпературных воздействиях на конструкции из силикатного кирпича вызвана необходимостью в более точном прогнозировании состояния конструкций из силикатного кирпича после пожара, а так же в прогнозировании дальнейшей эксплуатации конструкций.

Ключевые слова: силикатный кирпич, пожар, термостойкость.

Alexandrenko M.V.¹, Akulova M.V.², Ibragimov A.M.³

¹Student,

²Doctor of Technical Sciences, Advisor RAASN,

³Doctor of Technical Sciences, Advisor RAASN,

Ivanovo State Polytechnic University

SILICATE BRICK IN THE CONDITIONS OF HIGH-TEMPERATURE INFLUENCES

Abstract

The article considers carrying out and the analysis of experiment by determination of the minimum temperature of heating of a silicate brick that after sharp cooling in water its integrity was broken and in a body of a brick there were cracks. The need for in-depth study of influence high-temperature impacts on designs from a silicate brick is caused by need for more exact forecasting of a condition of designs from a silicate brick after the fire, and also in forecasting of further operation of designs.

Keywords: silicate brick, fire, thermal stability.

В настоящее время значительную часть жилого фонда и гражданских зданий составляют здания со стенами из мелкоразмерных элементов. В частности, широко распространена кладка из силикатного кирпича. Из него изготавливают несущие и ограждающие конструкции.

Силикатный кирпич обладает несомненными достоинствами: высокой прочностью на сжатие, меньшей себестоимостью по сравнению с другими мелкоразмерными строительными материалами, однако, он разрушается под длительным действием влаги, ветра, низкой температуры (морозостойкость) и высокой температуры (термостойкость).

Пожары – явление довольно частое, поэтому проблема влияния высоких температур на конструкции из силикатного кирпича весьма актуальна.

По техническим требованиям для силикатного кирпича  максима-льная температура применения не должна превышать 550℃. Зачастую ликвидировать пожар в кратчайший срок не представляется возможным – это зависит как от объективных так и субъективных факторов. Во время пожаров температура в помещении может превышать  1000–1500℃ и зависит от пожарной нагрузки, диффузии, теплообмена, длительности воздействия огня, теплопроводности, конвективных процессов и т. д. Таким образом, при пожарах велика вероятность превышения нормативной температуры применения силикатного кирпича. При длительном воздействии высоких температур на кирпичную кладку происходит дегидратация гидросиликата кальция и гидрата окиси кальция, которые связывают зёрна песка, происходит разрушение кирпича в виде волосяных трещин. Эти трещины появляются как поперёк кладки, так и вдоль неё и могут распространяться довольно глубоко в тело кладки. В результате пересечения трещин происходит дробление кирпичной кладки на лещадки, вследствие этого может происходить частичное обрушение кладки в зонах её повреждения. А если это происходит с несущей стеной, работающей под нагрузкой  от вышележащей кирпичной кладки и перекрытий, ситуация усугубляется ещё больше. В этом случае образовавшиеся трещинным могут раскрываться и будут  носить уже силовой характер. Как показали исследования [1], если силовые трещины проходят через четыре (и даже три) ряда кирпичной кладки из силикатного кирпича, то это указывает на её аварийное состояние. Кроме этого возникает опасность разрушения кирпичной кладки во время тушения пожара. В настоящее время для тушения пожара в основном используют воду в силу её доступности и дешевизны. Температура воды гораздо ниже чем температура в горящем помещении и тела самой кладки. При резком охлаждении поверхности кирпича температурные деформации приводят к появлению трещин и разрушение кладки может произойти  при температуре ниже нормативной температуры применения силикатного кирпича. Чем выше температура кладки, тем на большую глубину происходит разрушение слоя, то есть  уменьшается площадь опирания несущих железобетонных конструкций, что может привести к их обрушению.

На данном этапе исследования был поставлен и проведён эксперимент по определению минимальной температуры, до которой надо нагреть кирпич, чтобы после его резкого охлаждения в воде нарушалась его целостность и в теле кирпича появились трещины. Для эксперимента было отобрано шесть партий кирпича: партия 1 - силикатный кирпич, изъятый из тела кладки, партии 2-6- свежеизготовленный полнотелый силикатный кирпич, отобранный на заводе ООО «Ивановский силикатный завод» с поддонов.

Согласно ГОСТ 379-95 была определена марка кирпича каждой партии: партия 1-М75, партия 2-М100, партия 3-М125, партия 4-М175, партия 5-М150, партия 6-М75.

Особенностью испытания явилась замена растворных швов прокладкой из микропористой резины (см. рис. 1). Адекватность такой замены доказана в [1].

Рис. 1 – Замена растворных швов прокладкой из микропористой резины

Последовательность  проведения эксперимента на термостойкость:

- место проведения эксперимента было оборудовано в соответствии с техникой безопасности;

- перед проведением эксперимента образцы каждой партии были тщательно осмотрены для выявления трещин и дефектов. Обнаруженные дефекты и трещины были соответствующим образом помечены на образцах и фиксировались в протоколе испытаний;

- после проверки и установки нужной температуры на шкале муфельной печи образец помещался в печь, время проведённое кирпичом в печи, замерялось секундомером и заносилось в протокол испытаний;

- после того как температура в печи достигала установленного значения, производился замер температуры поверхности кирпича, а затем образец погружался в ёмкость с водой, которая имела начальную температуру 20℃;

- после того, как температура погруженного в воду кирпича становилась равной температуре воды в ёмкости, производилась её фиксирование в протоколе;

- после охлаждения образца вновь производился его осмотр на наличие трещин, которые фиксировались соответствующим образом на поверхности кирпича;

- производилась корректировка температуры на шкале печи в большую сторону и в печь помещался следующий образец;

- для определения остаточной несущей способности образцов, подвергшихся термическим воздействиям, было проведено их повторное испытание на прочность;

- в ходе эксперимента температура в печи повышалась ступенями с шагом 100℃ (температура термостойкости образцов уточнялась методом последовательных приближений);

- кирпичи всех партий прошли испытания, и полученные данные по эксперименту были занесены в таблицу протокола (см. табл. 1) и представлены в виде графика (см. рис. 2).

Партия	До термических испытаний		Темпе-ратура разру- шения	После термических испытаний
	σ, МПа	Марка		σ, МПа	Марка
1	7,27	75	470	5,33	50
2	9,41	100	500	7,06	70
3	12,52	125	570	9,52	100
4	17,65	175	670	14,12	150
5	15,24	150	620	11,89	125
6	7,52	75	480	5,31	50

Рис. 2 – График испытаний

В рамках эксперимента была построена дериватограмма силикатного кирпича партии 1 (см. рис. 3).

Рис. 3 – 1-кривая ТГА; 2- кривая ДТГА; 3- кривая ДТА

Кривая ТГА отражает изменение массы образца подвергающегося испытанию. Кривая ДТГА отражает скорость изменения массы. Кривая  ДТА определяет эндо и экзо эффекты (определение концентрации реагирующего компонента смеси или энтальпии химических и физических превращений).

Анализ результатов полученных экспериментальных данных позволяет сделать следующие выводы:

1. Чем выше марка полнотелого кирпича, тем он более термоустойчив.
2. Декларируемая нормативными документами [2], максимальная температура применения силикатного кирпича составляет

550℃, что никак не связано со сроками эксплуатации и справедливо лишь для кирпича марки М125.

3. После термических воздействий марка кирпича снижается в среднем на 20-30%. Чем выше марка, тем меньше потери прочности.
4. Согласно дериватограмме при 300℃ образец теряет 10-12% веса, при 400℃ теряет 14-16%, при 500℃ 17-19%, при 600℃ 20%. После 600℃ образец теряет в весе на каждые 10℃ 1,5%. При достижении 960℃ наступает полная деструкция и вес образца составляет 10% от первоначального. Вода полностью была удалена из образца при температуре 170-175℃ и её доля составила 17-18% первоначального веса. Структурные изменения в силикате начинаются при температуре 418-420℃.

Дальнейшие детальные исследования нацелены на проведение натурного эксперимента для выявления характера поведения силикатного кирпича в теле кладки при пожаре и после него.

Литература

1. Гнедина Л. Ю. Экспериментальное определение прочностных характеристик различных видов кирпича и кирпичной кладки при центральном сжатии // Строит. материалы.- 2007 - №12. С 18-19.
2. ГОСТ 379-2007 Кирпич и камни силикатные. Технические условия.
3. СП 15.13330.2012 Каменные и армокаменные конструкции.

References

1. Gnedina L. Yu. Experimental definition of strength characteristics of different types of a brick and bricklaying at the central compression//Builds. materials. - 2007 - №12. S 18-19.
2. GOST 379-2007 Brick and stones silicate. Specifications.
3. Joint venture 15.13330.2012 Stone and armokamenny designs.