不发火地面材料的性能研究

胡少鹏，李东，季洪德，纪盛猛

（沧兴科技集团股份有限公司，河北 沧州 061000）

0 序言

不发火地面材料是一种有特殊要求的建筑材料，根据其用料的选择可以分为不发火有机地面材料和不发火无机地面材料。不发火有机地面的导电性差，具有绝缘性能，因此对导走静电不利，使用时必须同时加装致密接触的金属导线网络，所以不发火无机地面材料的使用较为广泛，通常有混凝土、砂浆等。近几年，全国各地火灾、爆炸事故频繁发生，不发火地面与普通混凝土地面不同，不发火地面具备在金属冲击和摩擦的情况下不发生火花的特性[1-2]，能够避免由火花引起的安全事故发生，不发火地面在多个消防工程中已被广泛使用，并逐步被重视。GB 50209—2010《建筑地面工程施工质量验收规范》中专门设立了不发火防爆验收标准和不发火性检测方法。

本文选用不发火骨料优质白云石和白云砂配制不发火地面砂浆和不发火细石混凝土[3]，对两种不发火地面材料性能进行分析研究，强度和不发火性能均满足施工设计要求。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

1.1.1 水泥

水泥选用的是沧州临港金隅水泥 P·O42.5。性能指标如表 1 所示。

表1 水泥物理性能指标

1.1.2 矿粉

矿粉选用的是黄骅世鑫矿粉，比表面积 406m2/kg，7d 活性指数 80%，28d 活性指数 98%。

1.1.3 粉煤灰

粉煤灰选用的是黄骅电厂Ⅱ级粉煤灰。性能指标如表 2 所示。

表2 粉煤灰物理性能指标 %

1.1.4 骨料

不发火粗细骨料选择白云砂和白云石，白云砂细度模数 2.6，表观密度 2780kg/m3，堆积密度 1410kg/m3；白云石粒径 5～8mm，堆积密度 1580kg/m3，压碎值16%。

河砂细度 2.4，含泥量 1%，表观密度 2580kg/m3，堆积密度 1590kg/m3；石灰岩碎石，粒径 5～8mm，堆积密度 1460kg/m3，压碎值 10%；河卵石，粒径 5～8mm，堆积密度 1610kg/m3。

1.1.5 外加剂

采用沧兴建材生产的聚羧酸减水剂，含固量 9%，减水率 25%。

1.2 试验方法

不发火地面材料的不发火性能检测按照 GB 50209—2010《建筑地面工程施工质量验收规范》（以下简称为《规范》）中的附录 A 的方法进行检测。

试验前准备：本试验选用的检测仪器为可调速的角磨机，转速范围在 600～13000r/min，使用磨片为角磨机专用金刚砂砂轮，直径为 100mm。选择完全黑暗的房间，在房间内对砂轮进行合格性检查。试验时，砂轮的转速控制在 600～1000r/min，用工具钢、石英岩、含有石英岩的普通混凝土等能发生火花的试件在旋转的砂轮上施加 10～20N 的力进行摩擦，可以看到清晰的火花，选择的该砂轮为合格的，可以用于检测不发火（防爆）建筑地面材料及其制品的不发火性的试验[4]。

不发火地面材料试件制作：由于《规范》要求每个试件的重量在 50～250g 之间，本试验选择的是70.7mm×70.7mm×20mm 的试模，制备的试件重量在220g 左右，符合试验要求，试验在完全黑暗的房间内进行。试验时，砂轮的转速应控制在 600～1000r/min，将试件的任意部分接触旋转的砂轮并施加 10～20N 的压力后，试验需要持续到每个试件被磨掉不小于 20g 后才能停止，仔细观察试件与砂轮摩擦的地方有无火花发生。

1.3 骨料不发火性能检测

对普通混凝土用砂石和不发火地面材料用白云砂石进行不发火性能检测，结果见表 3。

表3 骨料不发火性能检测结果

通过对不同材质的粗细骨料进行不发火性能检测，发现所有骨料在 600r/min 的低转速砂轮的摩擦过程中均未出现火花，随着砂轮转速的提高河砂、碎石和卵石开始出现明显火花，而白云石与砂轮摩擦过程中仍未出现火花。白云石主要成分为碳酸盐，硬度较低，纯度高、杂质少，在与金属或者硬质材料进行摩擦碰撞过程中不会发出火花，可以作为不发火地面材料的骨料。

2 不发火地面砂浆性能研究

2.1 不发火地面砂浆制备

不发火地面材料主要用于地面的面层施工，由于不发火骨料价格高，为了降低成本，多数不发火地面施工是：基层使用普通混凝土浇筑，面层使用不发火地面砂浆进行施工。根据地面砂浆的要求进行配合比设计，试验配合比和试验数据如表 4 所示。

同时对普通地面砂浆和不发火地面砂浆制作(70.7×70.7×20)mm3试件，到 28 天龄期后，将试件放入 (105±5)℃的烘箱里烘干，烘干后取出，放置试件冷却到室温，在全黑的房间内使用可调速角磨机进行检测，结果如表 5 所示。

表4 不发火地面砂浆试验数据

表5 不发火性能检测结果

2.2 不发火地面砂浆结果分析

根据表 4 的配合比进行砂浆试配，检测拌合物稠度，均符合地面砂浆稠度要求 (50±10)mm，制作 3天、28 天强度试块。不发火地面砂浆 3 天和 28 天强度都比普通地面砂浆强度要低 3～5MPa，但强度也达到30MPa 以上，满足地面面层强度要求。

根据表 5 的结果所示，BS0～BS3 在砂轮转速在600r/min 时，均未出现火花，随着转速的提高，BS0 开始出现明显的火花，BS1～BS3 仍未出现火花。试验过程中还做了超出砂轮转速要求的 2000r/min 试验，BS1～BS3 仍未发出火花。结果表明，使用白云砂配制出的不发火地面砂浆满足《规范》中对不发火地面材料的检测要求。

表6 不发火混凝土数据

3 不发火混凝土性能研究

3.1 不发火混凝土制备

使用白云砂和白云石作为不发火混凝土的骨料，通过和普通混凝土进行对比，分析不发火混凝土的性能数据。试验配合比和试验数据如表 6 所示。

将达到 28 天龄期的普通混凝土和不发火混凝土试块进行切割，制成 (70.7×70.7×20)mm3的检测试件，将制作好的细石混凝土检测试件放入烘箱进行烘干，然后冷却至室温后在全黑的房间里进行不发火性能检测，试验数据如表 7 所示。

表7 不发火性能检测结果

3.2 不发火混凝土结果分析

通过对比普通混凝土和不发火混凝土强度数据结果，发现同样的试验配合比，BH1 比 BH0 的 3 天和 28天强度要低 10MPa 左右，这是由于白云石的材质比普通混凝土用砂石骨料材质软造成的，所以在配制同强度的不发火混凝土需要提高胶凝材料用量，BH2 和 BH3通过提高胶材用量，强度可以达到和普通混凝土相同的强度。

由表 8 结果所示，普通混凝土 BH0 在 600r/min 时未出现火花，随着砂轮转速的提高，开始出现明显火花。而不发火混凝土在《规范》要求的 600～1000r/min试验中并未发现瞬时火花，将砂轮转速调到 2000r/min的高速转速检测下仍然未出现瞬时火花，所以使用该白云石配制的不发火混凝土符合要求。

4 结论

（1）使用普通混凝土用砂石配制出的地面材料在砂轮的摩擦下都会出现火花，不能作为不发火地面材料使用。

（2）白云石和白云砂因本身成分碳酸盐含量较高，材质较软，在与砂轮摩擦的过程中不会出现火花，是配制不发火地面材料的优先选用材料。

（3）使用白云石和白云砂配制的不发火地面材料在强度数据方面比普通地面材料强度低，需要增加胶材用量来提高强度。

（4）不发火地面材料的生产、运输和施工过程一定要严格把控，杜绝混入普通砂石骨料、铁屑等硬度高的杂质，以免影响不发火地面材料的不发火性能。