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1、第四章 火灾痕迹物证,第七节 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,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，经硬化后形成的一种人造石材。为了增大混凝土的抗拉强度，加入钢筋形成钢筋混凝土。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(K)、火山灰水泥(H)。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、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,水泥在凝固过程中经过十分复杂的物理和化学变化，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁酸钙、氢
2、氧化钙、碳酸钙等组成。生成的这些水化物依靠CaOSiO2 H2O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。,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般情况下，呈浅色的部位就是受火灾温度高、烧的重的部位。温度不超过200颜色无变化，随着温度升高，颜色由深色向浅色变化；300600为淡红色；600800为灰白色；800以上为草黄色。,二、混凝土受热温度的痕迹鉴定,（二）根据强度变化痕迹判定100150时，混凝土通过自蒸作用失去自由水，导致Ca(OH)2晶体进一步结晶，未水化的进一步水化，使混凝土硬
3、而致密，强度增加。160370，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。混凝土受热温度低于300，温度升高对混凝土强度影响不大，甚至使强度增强；,二、混凝土受热温度的痕迹鉴定,（二）根据强度变化痕迹判定受热温度高于300，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。两者相反作用的结果，使混凝土发生龟裂，强度下降；400600，由于Ca(OH)2晶体失水，发生晶体破坏，使混凝土失去“骨架”，并且骨料中的石英在560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。普通混凝土都经不起600高温长时间作用，通常把600称
4、为混凝土破坏性温度。700900，混凝土中的CaCO3发生分解，使混凝土粉化，强度丧失殆尽。,二、混凝土受热温度的痕迹鉴定,（三）根据外观变化痕迹判定100 300C 外观无变化，强度增加；300 400C 开始有微裂纹，强度不变；600 700C 裂缝增大增多，强度下降较多；800 900C 酥裂脱落，强度几乎全部消失；1000C 以上 熔结、熔瘤。,混凝土露筋从左至右逐渐加重，说明右侧为迎火面,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：Ca(OH)2 CaO H2 O CaCO3 CaO CO2 主要方法有：中性化
5、深度的确定、炭化化层中CO2 含量的测定、炭化层水泥中游离CaO的测定、用热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CaO晶体大小等。,580C,900C,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1、测定中性化深度混凝土中由于存在Ca(OH)2和少量NaOH、KOH，因而硬化后的混凝土呈碱性，pH值为1213。混凝土经火灾作用后，碱性的Ca(OH)2发生分解，放出水蒸气，留下中性的CaO。现场勘查时，可以用1%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。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,（四）根据化学
6、成分的变化判定1、测定中性化深度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。其中呈红色变化的，说明Ca(OH)2存在，可以判定该水泥构件在火灾中承受温度不超过500，或者受火时间很短；如果不呈红色，或者红色相对浅淡，说明那里的Ca(OH)2 已经分解或分解一部分，其承受温度在600 以上。,二、混凝土受热温度的痕迹鉴定,1、测定中性化深度混凝土中性化深度随着加热温度的升高和加热时间的增长而加深。其深度深的部位，就是烧的“重”的部位。右表为矿渣水泥混凝土中性化深度与受热温度、时间的关系。,（四）根据化学成分的变化判定,2、测定炭化层中CO2含量混
7、凝土在水化凝结过程中会生成大量Ca(OH)2，当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CO2形成CaCO3，通常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(一般厚度为23 mm左右)。炭化作用的速度随空气中CO2浓度的增大而加快。一般炭化层中CO2含量在20%左右。,（四）根据化学成分的变化判定,2、测定炭化层中CO2含量试验表明，当混凝土受热温度达550时，CaCO3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898时是（CaCO3）的分解温度。如果加热温度继续提高，仍会加剧CaCO3分解速度，混凝土炭化层中
8、CO2含量将随加热温度的升高而降低。,2、测定炭化层中CO2含量所以可在现场勘查中凿取混凝土炭化层试样，采用国家标准碳酸盐中二氧化碳测定方法测定二氧化碳的含量，通过查表推算出燃烧时间和火烧温度。根据现场温度分布，分析判断火势蔓延方向和起火部位。,普通水泥混凝土炭化层中CO2含量与受热温度、时间的关系,（四）根据化学成分的变化判定,3、测定混凝土炭化层中游离氧化钙含量游离氧化钙是指水泥熟料锻烧过程中未被硅酸二钙完全吸收的CaO，该项指标一般作为水泥厂的一项技术指标，含量应在1%以下，如果过高则影响水泥质量。火灾中混凝土炭化层中的游离氧化钙会随被烧温度发生变化。,3、测定混凝土炭化层中游离氧化钙含
9、量,火场温度在761925（时间2060min）范围内，由于正好在CaCO3分解温度范围内，温度升高，游离氧化钙含量升高；当温度升至9251000时，硅酸二钙吸收氧化钙变成硅酸三钙，此时游离氧化钙含量随温度升高而降低。在现场勘查时凿取混凝土炭化层试样，采用GB178-86水泥化学分析方法中氧化钙测定方法测定氧化钙的含量，查表推算出燃烧时间和火烧温度。,4、用热天平测定混凝土炭化层中水泥的热失重,热失重是指物体受热后失去的重量，混凝土炭化层中的CaCO3受热分解成CaO和放出CO2，这样CO2析出的量与加热时间、温度就有对应关系，也就是热失重的对应关系。,二、混凝土受热温度的痕迹鉴定,（五）用非
10、破损法检测 有时混凝土火灾中受热后，外形变化不明显。在这种情况下，可借助于“回弹仪”、“非金属超声波检测仪”等仪器测出强度变化值或波形、脉冲速率，判定出受热最高、持续时间最长的部位，通过对比后确定出起火点。1、测定回弹值回弹仪检测，在常温下可以用来评定混凝土的质量。用回弹仪检测混凝土构件表面硬度，可以定性地判断烧损程度，判定其受热温度和受热时间。,（五）用非破损法检测,在选定的构件中，局部最少取5个点进行测试，取平均值。使用中注意的问题：被测表面应洁净。浮浆多时回弹位偏低，有石子时回弹位偏高，因此测量时要注意选择适当侧面。混凝土表面潮湿也会影响测试结果，应待表面干燥后再测，或在相同条件下检测，以免产生大的误差。构件如有蜂窝、麻面、气孔、露筋均不宜选作为测试面。,（五）用非破损法检测,2、用超声波检测判别遭受火灾作用的混凝土建筑构件，由于火灾所产生的短时间高温，使混凝土内部出现许多细微裂缝，对超声波在其内部的传播速度影响很大。根据实验证明，超声波脉冲的传播速度随混凝土被烧温度的升高而降低。因此可以根据超声波在混凝土内部传播速度的改变定性地说明混凝土结构某部位的烧损程度，进而说明该部位的受热温度的高低。,2、用超声波检测判别,混凝土超声波脉冲速度与温度的关系,
