在蒸汽受限条件下水合盐的热脱水过程及其在模拟火灾暴露期间基于石膏的体系中的作用 马克西米利安·帕赫（Maximilian Pache） 米凯拉·D·德茨（Michaela D. Detsi） 伊奥annis·D·曼迪拉拉斯（Ioannis D. Mandilaras） 迪莫斯·A·孔托乔治奥斯（Dimos A. Kontogeorgos） 玛丽亚·A·丰蒂（Maria A. Founti）

《Fire》：Thermal Dehydration of Hydrated Salts Under Vapor-Restricted Conditions and Its Role in Modeling Gypsum-Based Systems During Fire Exposure Maximilian Pache, Michaela D. Detsi, Ioannis D. Mandilaras, Dimos A. Kontogeorgos and Maria A. Founti

　　

摘要

基于石膏的防火材料依赖于热激活脱水反应，即化学结合的水分被释放并蒸发，从而形成一个吸热介质，延缓热量在材料中的传播。同时，无机水合盐越来越多地被用作石膏基系统中的阻燃添加剂，以增强特定温度范围内的热量吸收能力。火灾模拟工具和基于性能的防火工程设计方法需要可靠的动力学数据和反应焓值，这些数据可以作为热-化学耦合源项进行应用。然而，针对特定添加剂的动力学数据集仍然有限，尤其是在代表多孔建筑材料的受限蒸汽交换条件下。本研究探讨了三水合铝（Al(OH)₃，简称ATH）、氢氧化镁（Mg(OH)₂，简称MDH）、硫酸钙铝酸盐（3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O，简称CAS）以及七水合硫酸镁（MgSO₄·7H₂O，简称ESM）的热分解行为和脱水动力学，重点关注代表封闭多孔系统的受限蒸汽交换条件。实验采用差示扫描量热法（DSC），在三种加热速率（MDH、CAS和ESM为2、10和20 K/min，GB-ATH为20、40和60 K/min）下进行至600 °C，使用针孔坩埚模拟自生蒸汽压。热分析表明，ATH和MDH主要表现出单步脱水行为，而ESM则表现出复杂的多步反应机制。尽管CAS在DSC信号中呈现一个主要的热峰，但等转化分析揭示了多阶段反应行为，这表明仅基于热峰的解释可能不足以完全描述这类系统。动力学参数的确定采用了无模型（Starink）和模型拟合两种方法，符合国际热分析和量热联合会（ICTAC）动力学委员会的建议。所有反应均一致地使用Avrami–Erofeev模型进行描述，该模型能有效表征转化行为。通过数值模拟验证了提取的动力学参数，结果显示其与实验转化率和反应速率数据吻合良好。所得的动力学参数和脱水焓值为描述受限蒸汽交换条件下的脱水过程提供了物理上一致的数据集。这些结果为基于石膏的系统的热化学模型开发提供了支持；然而，这些模型在热质传递耦合条件下的适用性仍需进一步验证。