课件火灾痕迹物证混凝土在火灾中的变化.ppt

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1、第四章第四章 火灾痕迹物证火灾痕迹物证第七节第七节 混凝土在火灾中的变化混凝土在火灾中的变化一、混凝土的组成及水泥的主要成份一、混凝土的组成及水泥的主要成份n混凝土是由水泥为凝胶材料，砂子为细骨料，鹅卵石混凝土是由水泥为凝胶材料，砂子为细骨料，鹅卵石或碎石为粗骨料，和水按一定比例配制而成的混合物，或碎石为粗骨料，和水按一定比例配制而成的混合物，经硬化后形成的一种人造石材。经硬化后形成的一种人造石材。为了增大混凝土的抗为了增大混凝土的抗拉强度，加入钢筋形成钢筋混凝土拉强度，加入钢筋形成钢筋混凝土。n我国的水泥按原料的来源不同可分为普通水泥我国的水泥按原料的来源不同可分为普通水泥(P)、矿渣水泥矿

2、渣水泥(K)、火山灰水泥、火山灰水泥(H)。n混凝土、钢筋混凝土和水泥砂浆饰面之间只是骨料有混凝土、钢筋混凝土和水泥砂浆饰面之间只是骨料有所不同，其凝结过程和在火场中被烧后发生的物理、所不同，其凝结过程和在火场中被烧后发生的物理、化学变化是相同的，都是凝胶材料水泥在起作用。化学变化是相同的，都是凝胶材料水泥在起作用。一、混凝土的组成及水泥的主要成份一、混凝土的组成及水泥的主要成份n水泥在凝固过程中经过十分复杂的物理和化学变化，水泥在凝固过程中经过十分复杂的物理和化学变化，生成生成水化硅酸钙水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、氢氧、水化铝酸钙、水化铁酸钙、氢氧化钙、碳酸钙等组成。化钙、碳酸钙等组

3、成。n生成的这些水化物依靠生成的这些水化物依靠CaOCaOSiOSiO2 2 H H2 2O O胶凝结构相胶凝结构相连接，而且不断地增大化学键力。由上述物质中的连接，而且不断地增大化学键力。由上述物质中的各个原子、分子建立成复杂的网状结构，将骨料紧各个原子、分子建立成复杂的网状结构，将骨料紧紧包住，而达到水泥凝固硬化。紧包住，而达到水泥凝固硬化。二、混凝土受热温度的痕迹鉴定二、混凝土受热温度的痕迹鉴定（一）根据颜色变化痕迹判定（一）根据颜色变化痕迹判定一般情况下，一般情况下，呈浅色呈浅色的部位就是受火灾温度高、烧的重的部位就是受火灾温度高、烧的重的部位。的部位。n 温度不超过温度不超过2002

4、00颜色无变化颜色无变化，随着温度升高，颜色由，随着温度升高，颜色由深色向浅色变化；深色向浅色变化；n 300300600600为淡红色；为淡红色；n 600600800800为灰白色；为灰白色；n 800800以上为草黄色。以上为草黄色。二、混凝土受热温度的痕迹鉴定二、混凝土受热温度的痕迹鉴定（二）根据强度变化痕迹判定（二）根据强度变化痕迹判定n100150时，混凝土通过自蒸作用失去自由时，混凝土通过自蒸作用失去自由水，导致水，导致Ca(OH)2晶体进一步结晶，未水化的进晶体进一步结晶，未水化的进一步水化，使混凝土硬而致密，强度增加。一步水化，使混凝土硬而致密，强度增加。n160370，混凝

5、土失去水化硅酸钙所吸附的，混凝土失去水化硅酸钙所吸附的物理水和水化铝酸钙中的水，使混凝土收缩。物理水和水化铝酸钙中的水，使混凝土收缩。n混凝土受热温度低于混凝土受热温度低于300，温度升高对混凝土，温度升高对混凝土强度影响不大，甚至使强度增强；强度影响不大，甚至使强度增强；二、混凝土受热温度的痕迹鉴定二、混凝土受热温度的痕迹鉴定（二）根据强度变化痕迹判定（二）根据强度变化痕迹判定n受热温度高于受热温度高于300，混凝土的脱水收缩超过热膨胀，混凝土体，混凝土的脱水收缩超过热膨胀，混凝土体积缩小，而砂子、石子等骨料受热时不断膨胀。两者相反作用的积缩小，而砂子、石子等骨料受热时不断膨胀。两者相反作用

6、的结果，使混凝土发生龟裂，强度下降；结果，使混凝土发生龟裂，强度下降；n400600，由于，由于Ca(OH)2晶体失水，发生晶体破坏，使混凝晶体失水，发生晶体破坏，使混凝土失去土失去“骨架骨架”，并且骨料中的石英在，并且骨料中的石英在560由低温型相变为高由低温型相变为高温型，体积突然膨胀，使混凝土裂缝变大，强度急剧下降。普通温型，体积突然膨胀，使混凝土裂缝变大，强度急剧下降。普通混凝土都经不起混凝土都经不起600高温长时间作用，通常高温长时间作用，通常把把600称为混凝称为混凝土破坏性温度。土破坏性温度。n700900，混凝土中的，混凝土中的CaCO3发生分解，使混凝土粉化，强发生分解，使混

7、凝土粉化，强度丧失殆尽。度丧失殆尽。二、混凝土受热温度的痕迹鉴定二、混凝土受热温度的痕迹鉴定（三）根据外观变化痕迹判定（三）根据外观变化痕迹判定n100100 300300 C C 外观无变化，强度增加；外观无变化，强度增加；n300300 400400 C C 开始有微裂纹，强度不变；开始有微裂纹，强度不变；n600600 700700 C C 裂缝增大增多，强度下降较多；裂缝增大增多，强度下降较多；n800800 900900 C C 酥裂脱落，强度几乎全部消失；酥裂脱落，强度几乎全部消失；n10001000 C C 以上以上 熔结、熔瘤。熔结、熔瘤。混凝土露筋从混凝土露筋从左至右逐渐加左

8、至右逐渐加重，说明右侧重，说明右侧为迎火面为迎火面二、混凝土受热温度的痕迹鉴定二、混凝土受热温度的痕迹鉴定（四）根据化学成分的变化判定（四）根据化学成分的变化判定化学方法鉴定的主要依据是混凝土中的水泥在火化学方法鉴定的主要依据是混凝土中的水泥在火灾中发生两种反应：灾中发生两种反应：Ca(OH)Ca(OH)2 2 CaOCaO H H2 2 O O CaCO CaCO3 3 CaOCaO COCO2 2 主要方法有：中性化深度的确定、炭化化层中主要方法有：中性化深度的确定、炭化化层中COCO2 2 含量的测定、炭化层水泥中游离含量的测定、炭化层水泥中游离CaOCaO的测定、用热的测定、用热天平测

9、定炭化层中水泥的失重及用电子显微镜测天平测定炭化层中水泥的失重及用电子显微镜测定石块中定石块中CaOCaO晶体大小等。晶体大小等。580 C900 C二、混凝土受热温度的痕迹鉴定二、混凝土受热温度的痕迹鉴定（四）根据化学成分的变化判定（四）根据化学成分的变化判定1、测定中性化深度、测定中性化深度n混凝土中由于存在混凝土中由于存在Ca(OH)2和少量和少量NaOH、KOH，因而硬化后的混凝土呈碱性，因而硬化后的混凝土呈碱性，pH值为值为1213。混凝。混凝土经火灾作用后，碱性的土经火灾作用后，碱性的Ca(OH)2发生分解，放出发生分解，放出水蒸气，留下中性的水蒸气，留下中性的CaO。n现场勘查时

10、，可以用现场勘查时，可以用1%酚酞的无水乙醇溶液用喷雾酚酞的无水乙醇溶液用喷雾器喷于破损的混凝土表面，稍后会出现变红的界限。器喷于破损的混凝土表面，稍后会出现变红的界限。测量出不显红色部分的深度，即为中性化深度。测量出不显红色部分的深度，即为中性化深度。二、混凝土受热温度的痕迹鉴定二、混凝土受热温度的痕迹鉴定（四）根据化学成分的变化判定（四）根据化学成分的变化判定1、测定中性化深度、测定中性化深度n现场勘查时还可以在混凝土构件表面凿取小块，放入现场勘查时还可以在混凝土构件表面凿取小块，放入1%酚酞的无水乙醇溶液中，测定混凝土中性化深度。酚酞的无水乙醇溶液中，测定混凝土中性化深度。n其中呈红色变

11、化的，说明其中呈红色变化的，说明Ca(OH)2存在，可以判定该存在，可以判定该水泥构件在火灾中承受温度不超过水泥构件在火灾中承受温度不超过500 ，或者受火，或者受火时间很短；如果不呈红色，或者红色相对浅淡，说明时间很短；如果不呈红色，或者红色相对浅淡，说明那里的那里的Ca(OH)2 已经分解或分解一部分，其承受温度已经分解或分解一部分，其承受温度在在600 以上。以上。二、混凝土受热温度的痕迹鉴定二、混凝土受热温度的痕迹鉴定1、测定中性化深度、测定中性化深度n混凝土中性化深度混凝土中性化深度随着加热温度的升随着加热温度的升高和加热时间的增高和加热时间的增长而加深。其深度长而加深。其深度深的部

12、位，就是烧深的部位，就是烧的的“重重”的部位。的部位。右表为矿渣水泥混右表为矿渣水泥混凝土中性化深度与凝土中性化深度与受热温度、时间的受热温度、时间的关系关系。受热温受热温度度()受热时受热时间间(min)中性化深中性化深度度(mm)受热温度受热温度()受热受热时间时间(min)中性化中性化深度深度(mm)5003045800301112604.5660121390579013156003067900301215607860粉化粉化9091090粉化粉化700307910003012146081160粉化粉化（四）根据化学成分的变化判定（四）根据化学成分的变化判定2、测定炭化层中、测定炭化层中

13、CO2含量含量n混凝土在水化凝结过程中会生成大量混凝土在水化凝结过程中会生成大量Ca(OH)2，当，当混凝土长期在空气中自然放置时，表面层中的混凝土长期在空气中自然放置时，表面层中的Ca(OH)2就会吸收空气中的就会吸收空气中的CO2形成形成CaCO3，通常，通常把这种过程叫做混凝土的炭化作用，所形成的把这种过程叫做混凝土的炭化作用，所形成的CaCO3层叫炭化层层叫炭化层(一般厚度为一般厚度为23 mm左右左右)。n炭化作用的速度随空气中炭化作用的速度随空气中CO2浓度的增大而加快。浓度的增大而加快。一般炭化层中一般炭化层中CO2含量在含量在20%左右。左右。（四）根据化学成分的变化判定（四）

14、根据化学成分的变化判定2、测定炭化层中、测定炭化层中CO2含量含量n试验表明，当混凝土受热温度达试验表明，当混凝土受热温度达550时，时，CaCO3开始分解，但分解速度很缓慢，随着混凝土受热温开始分解，但分解速度很缓慢，随着混凝土受热温度的升高，其分解速度迅速增加。达到度的升高，其分解速度迅速增加。达到898时是时是（CaCO3）的）的分解温度分解温度。如果加热温度继续提高，。如果加热温度继续提高，仍会加剧仍会加剧CaCO3分解速度，混凝土炭化层中分解速度，混凝土炭化层中CO2含含量将随加热温度的升高而降低。量将随加热温度的升高而降低。2、测定炭化层中、测定炭化层中CO2含量含量n所以可在现场

15、勘查中凿取混所以可在现场勘查中凿取混凝土炭化层试样，采用国家凝土炭化层试样，采用国家标准碳酸盐中二氧化碳测定标准碳酸盐中二氧化碳测定方法测定二氧化碳的含量，方法测定二氧化碳的含量，通过查表推算出燃烧时间和通过查表推算出燃烧时间和火烧温度。根据现场温度分火烧温度。根据现场温度分布，分析判断火势蔓延方向布，分析判断火势蔓延方向和起火部位。和起火部位。加热加热时间时间(min)最高温度最高温度()CO2含量含量(%)2076116.13082213.9539017.3609256.0759752.9889832.3939911.6普通水泥混凝土炭化层中普通水泥混凝土炭化层中COCO2 2含量与受热温

16、度、时间的关系含量与受热温度、时间的关系 （四）根据化学成分的变化判定（四）根据化学成分的变化判定3、测定混凝土炭化层中游离、测定混凝土炭化层中游离氧化钙含量氧化钙含量n游离氧化钙是指水泥熟料游离氧化钙是指水泥熟料锻烧过程中未被硅酸二钙锻烧过程中未被硅酸二钙完全吸收的完全吸收的CaO，该项指，该项指标一般作为水泥厂的一项标一般作为水泥厂的一项技术指标，含量应在技术指标，含量应在1%以下，如果过高则影响水以下，如果过高则影响水泥质量。火灾中混凝土炭泥质量。火灾中混凝土炭化层中的游离氧化钙会随化层中的游离氧化钙会随被烧温度发生变化。被烧温度发生变化。时间时间(min)温度温度()f-CaO(H)f-CaO(K)207610.750.40308221.001.31539071.661.56609252.392.40759591.862.12889831.451.54939911.281.893、测定混凝土炭化层中游离氧化钙含量、测定混凝土炭化层中游离氧化钙含量n火场温度在火场温度在761925（时间（时间2060min）范围内，）范围内，由于正好在由于正好在CaCO3分解温度范围内，温度升高