1、典型建筑材料的高溫耐火性能1 1 .鋼材的高溫性能建筑用鋼材可分為鋼結(jié)構用鋼材（各種，型材、鋼板）和鋼筋混凝土結(jié)構用鋼筋兩類。它是在嚴格的技術控制下生產(chǎn)的材料，具有強度大、塑性和韌性好、品質(zhì)均勻、可焊可鐘、制成的鋼結(jié)構重量輕等優(yōu)點。但就消防安裝和消防工程的經(jīng)驗而言,鋼材雖然屬于不燃性材料，耐火性能卻很差。（1 1）強度鋼材在 200c200c 時，力學性質(zhì)（強度、彈性模量、線脹系數(shù)、蠕變性質(zhì)）基本不變;400c400c 時，可與混凝土共同抵抗外力；540540 爹時，強度下降 5050 寫。溫度再繼續(xù)上升，結(jié)構很快軟化，失去承載能力，不可避免地發(fā)生扭曲倒塌。一般火場上，當大火延續(xù) 5-7min

2、5-7min 后，可使溫度升至 500-600500-600C C 以上，這樣高的溫度均超過鋼梁、鋼柱的臨界溫度，建筑物的鋼結(jié)構便會因強度缺失、扭曲而塌毀。試驗證明，常用鋼結(jié)構件的耐火極限很低，在 600c600c 左右時，只有 15-30min15-30min 要提高鋼結(jié)構的耐火能力，只有對其采取有效的防火保護，這是鋼結(jié)構建筑唯一的有效措施。鋼材在高溫下屈服點降低是決定鋼結(jié)構和鋼筋混凝土結(jié)構耐火性能的最重要因素。如有一鋼構件，在常溫下受荷載作用時截面應力值是屈服點的一半。若該構件在火災條件下受到加熱作用，則隨著鋼材溫度的升高，屈服強度降低，當屬服強度下降到常溫的一半時構件就發(fā)生塑性變形而破壞

3、。即由于鋼材在火災高溫作用下屈服強度降低，當實際應力值達到降低了的屈服強度，就表現(xiàn)出屈服現(xiàn)象而破壞。鋼材高溫下的強度變化因鋼材種類不同而異。普通低合金鋼在高溫下的強度變化與普通碳素鋼基本相同，在200-300C200-300C 的溫度范圍內(nèi)極限強度增加，當溫度超過 300c300c 后，強度逐漸降低。冷加工鋼筋是普通鋼筋經(jīng)過冷拉、冷拔、冷軋等加工強化過程得到的鋼材，其內(nèi)部晶格架構發(fā)生畸變，強度增加而塑性降低。這種鋼材在高溫下，內(nèi)部晶格的畸變隨著溫度升高而逐漸恢復正常，冷加工所提高的強度也逐漸減少和消失，塑性得到一定恢復。因此，在相同溫度下，冷加工鋼材弧度降低值比未加工鋼筋大很多。當溫度達到 3

4、00300CC 時，冷加工鋼筋強度降低約 30%;30%;500c500c 時強度急劇下降，降低約 50%;50%;500c500c 左右時，其屈服強度接近甚至小于未冷加工鋼筋在相應溫度時的強度。高強鋼絲用于預應力鋼筋混凝土結(jié)構。它屬于硬鋼沒有明顯的屈服極限。在高溫下，高強鋼絲的抗拉強度的降低比其他鋼筋更快。當溫度在 150150 度以內(nèi)時，弓5 5 度不降低；溫度達到 350c350c 以上，強度降低約50%;50%;400c400c 時強度下降約 60%;60%;500c500c 時強度下降 80%Z80%Z 上。預應力鋼筋混凝土構件由于所用的冷加工鋼筋和高強鋼絲，在火災高溫下強度下降明顯

5、大于普通低碳鋼筋和低合金鋼筋，因此耐火性能低于非預應力鋼筋棍凝土構件。（2 2）彈性模量普通低碳鋼彈性模量隨溫度的變化情況如圖 2-12-1 所示。上圖可見，鋼材彈性模量隨溫度升高而降低，但降低的幅度比強度降低的小。高溫下彈性模量的降低與鋼材種類和強度級別沒有多大關系。(3)(3)變形性能。鋼材的伸長率和截面收縮率隨著溫度升高總的趨勢是增大的， 、 表明高溫下鋼材塑性性能增大，易于產(chǎn)生變形。另外，鋼材在一定溫度和應力作用下，隨時間的推移，會發(fā)生緩慢塑性變形， 即蠕變。 蠕變在較低溫度時就會產(chǎn)生， 在溫度高于一定值時比較明顯， ，對于普通低碳鋼這一溫度為 300-350300-350 度.，對于

6、合金鋼為 400-450400-450 度，溫度愈高，蠕變現(xiàn)象愈明顯蠕變不僅受溫度的影響，而且也受應力大小影響，若應力超過了鋼材在某一溫度下屬服強度時，蠕變會明顯增大。(4)(4)導熱系數(shù)鋼材在常溫下的導熱系數(shù)為 58W/(mC),58W/(mC),約為混凝土的 3838.倍。隨著鋼材溫度升高，導熱系數(shù)逐漸減小，當溫度達到 75c75c 時，導熱系數(shù)幾.乎變成了常數(shù)，約為 30W(m-C30W(m-C) )o o鋼材導熱系數(shù)大是造成鋼結(jié)構在火災條件下極易破壞的主要原因之一。2 2.混凝土的高溫性能混凝土是由膠凝材料、水和粗、細骨料按適當比例配合，拌制成拌和物，經(jīng)過一定時間硬化而成的人造石材。(

7、l)(l)強度抗壓強度圖 2-22-2 表示了混凝土的抗壓強度隨溫度升高而變化的情況。在溫度為 300c300c 以下，混凝土的抗壓強度基本上沒有降低，甚至還有些增大。當溫度超過 300c300c 以上，隨著溫度升高，混凝土抗壓強度逐漸降低。影響混凝土抗壓強度的因素如下。a.a.加熱溫度。混凝土所受加熱溫度越高，抗壓強度下降幅度越大。b.b.混凝土的組成材料口骨料在混凝土組成中占絕大部分。骨料的種類不同，性質(zhì)也不同，直接影響混凝土的高溫強度。用性小、性能較穩(wěn)定、粒徑較小的骨料配制的混凝土在高溫下抗壓強度保持較好。此外，采用高標號水泥、減少水泥用量、減少含水量也有利于保持混凝土在高溫下的強度。C

8、 C。消防射水。消防水急驟射到高溫的混凝土結(jié)構表面時，會使結(jié)構產(chǎn)生嚴重破壞。在火災高溫作用下，當混凝土結(jié)構表面溫度達到 300c300c 左右時，其內(nèi)部深層溫度依然很低，消防水射到混凝土結(jié)構表面急劇冷卻會使表面混凝土中產(chǎn)生很大的收縮應力，因而構件表而出現(xiàn)很多由外向內(nèi)的裂縫。當混凝土溫度超過 500500CC 以后，；從中游離的 Ca0Ca0 遇到噴射的水流，發(fā)生熟化，體積迅速膨脹，造成混凝土強度急劇降低。射水冷卻后混凝土剩余抗壓強度的相對值見表 2-3.2-3.溫度/C常值0020q30Q400500600700800絕對值%10.75-。080。76。970.75.940.71.810.51

9、.610,41.590o21.28 0.12.0名混凝上在火災條件下溫度不超過 500c500c 時，火災后在空氣中冷卻一個月時抗壓強度降至最低，此后隨著時間的增長，強度逐漸回升，一年時的強度可恢復到加.熱前的 90%90%。混凝土溫度超過 500c500c 后，強度則不能恢復。抗拉強度在火災高溫條件下，混凝土的抗拉強度隨溫度上升明顯下降，下降幅度比抗壓強度大 1o%-1o%-1515 加溫度超過 600c600c 以后，混凝土抗拉強度則基本喪失。混凝土抗拉強度發(fā)生下降的原因是在高溫下混凝土中的水泥石產(chǎn)生微裂縫造成的。黏結(jié)強度對于鋼筋混凝土結(jié)構而言，在火災高溫作用下鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)強度變

10、化對其承載力影響很大.鋼筋混凝土結(jié)構受熱時， 其中的鋼筋發(fā)生膨脹，雖然混凝土中的水泥石對鋼筋有環(huán)向擠壓、增加兩者間摩擦力作用，但由于水泥石中產(chǎn)生的微裂縫和鋼筋的軸向錯動，仍將導致鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)強度下降。螺紋鋼筋表面凹凸不平，與混凝土間機械咬合力較大，因此在升溫過程中黏結(jié)強度下降較少。高溫下混凝土與鋼筋之間黏結(jié)強度相對值如表 2-42-4 所列溫度/C100200300400500600700“圓鋼筋0070.550。40.320.05K 紋鋼筋1.001。000.850.630.450.280,0(2)(2)彈性模量混凝土在高溫下彈性模量降低明顯，其呈現(xiàn)明顯的塑性狀態(tài)，形變增加。主要原

11、因是：水泥石與骨料在高溫時產(chǎn)生差異，兩者之間出現(xiàn)裂縫，組織松弛以及混凝土發(fā)生脫水現(xiàn)象，內(nèi)部孔隙率增加。(3)(3)混凝土的爆裂在火災初期，混凝土構件受熱表面層發(fā)生的塊狀爆炸性脫落現(xiàn)象，稱為混凝土的爆裂。它在很大程度上決定著鋼筋混凝土結(jié)構的耐火性能，尤其是預應力鋼筋混凝土結(jié)構。混凝土的爆裂會導致構件截面減小和鋼筋直接暴露于火中，造成構件承載力迅速降低，甚至失去支持能力，發(fā)生倒塌破壞。影響爆裂的因素有混凝土的含水率、密實性、骨料的性質(zhì)、加熱的速度、構件施加預應力的情況以及約束條件等。解釋爆裂發(fā)生的原因有蒸汽壓鍋爐效應理論和熱應力理論。根據(jù)耐火試驗發(fā)現(xiàn)在下列情況容易發(fā)生爆裂：耐火試驗初期；急劇加熱；

12、混凝土含水率大；預應力混凝土構件；周邊約束的鋼筋混凝土板；厚度小的構件；梁和柱的棱角處以及工字形梁的腹板部位等。(4)(4)混凝土的熱學性質(zhì)混凝土構件在火災條件下的升溫速度及內(nèi)部的溫度分布，取決于混凝土的熱學性質(zhì)和構件的截面尺寸、形狀等。導熱系數(shù)大量試驗結(jié)果表明，普通混凝土在常溫下的導熱系數(shù)約為1.63W/(mC),1.63W/(mC),隨著其溫度升高， 導熱系數(shù)減小， 在溫度 500500c c 時為常溫的 80%,80%,在 10001000 度時只有常溫的 50%50%。比熱容混凝土在溫度升高時比熱容緩慢增大。在火災高溫下混凝土的比熱容可取常值 921J/(kgC)921J/(kgC)。

13、密度在升溫條件下，混凝土由于內(nèi)部水分的蒸發(fā)和發(fā)生熱膨脹，密度降低。試驗研究得出普通混凝土密度隨其溫度變化的關系為：p=2400-0.56Tp=2400-0.56T式中 P-P-普通混凝土在高溫下的密度，kg/m3kg/m3T-T-混凝土溫度，C.C.3 3.其他建筑材料的高溫性能石材石材抗壓強度隨溫度升高的變化情況如圖 2-32-3 所示. .石材在溫度超過 500c500c 以后，強度顯著降低，含石英質(zhì)的巖石還發(fā)生爆裂。出現(xiàn)這種情況的原因如下。熱膨脹石材在火災高溫作用下，沿厚度方向存在較大的溫度梯度，迎火面溫度高，膨脹大；內(nèi)部溫度低，膨脹小。由此而引起的內(nèi)應力，輕則使石材強度降低。嚴重時則會

14、使石材破裂。石材中的石英晶體，在 573c573c 和 870c870c 還發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變，體積增大，造成強度急劇下降并出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象。熱分解含碳酸鹽的石材(如大理石、石灰石)，在高溫下會發(fā)生分解反應，分解出 CaoCao。在撲救火災時，如果將水射到加熱的石材上，表面受到急劇冷卻，或者 CaOCaO 再消解成 Ca(OH)2Ca(OH)2 都會加劇石材的破壞。(2)(2)黏土磚黏土石專是山黏土制成石專坯，經(jīng)過干燥，然后人窯燒至 900-1000C900-1000C 而成。黏土磚經(jīng)過高溫鍛燒，不含結(jié)晶水等水分，即使含極少量石英，也不會對制品性能造成多大影響，因而再次受到高溫時性能保持平穩(wěn)，耐火性良好

15、。對于用黏土石專和 1:1:31:1:3 混合砂漿砌成的石專柱和墻，按照標準火災升溫曲線升溫進行耐火試驗，觀測到:在試驗開始 1h1h 以后灰縫及磚內(nèi)水分析出，冒出水蒸氣使繼續(xù)升溫，磚內(nèi)應力分布不均，產(chǎn)生細小裂縫；當爐內(nèi)溫度達到 1100c1100c 左右，受火面的磚開始熔化；砌體倒塌破壞時，砂漿變得疏松，砌體失去整體性，產(chǎn)生縱向裂縫。一磚砌體受火后發(fā)生破壞的主要原因是砌筑砂漿在溫度超過 600c600c 以后強度迅速下降，發(fā)生粉化所致。耐火試驗得出，非承重 240mm240mm 石專墻可耐火 8h,8h,承重 240m240mm m石專墻可耐火 5.5h,5.5h,可見石專砌體耐火性能良好。

16、（3 3）砂漿砂漿由膠結(jié)材料（水泥、石灰等卜細骨料（砂）和水拌和而成。由水泥、砂、水拌和而成的稱為水泥砂漿。山石灰、砂、水拌和而成的稱為石灰砂漿。由水泥、石灰、砂、水一起拌和而成的稱為混合砂漿。由于砂漿骨料細，含量少，因此骨料對凝結(jié)硬化后的堅硬砂漿高溫性質(zhì)的影響不如混凝土那樣顯著。砂漿在溫度 400400 度以前，強度不降低，甚至有所增大；在超過 400400 度以后，弧度顯著降低，且在冷卻后強度更低。這是由于砂漿中含有較多的石灰，這些石灰加熱時會分解出 CaO,CaO,冷卻過程中CaOCaO 吸濕消解為 CaCa（OHOH）2 2 體積急劇增大組織酥松而引起的。從磚砌體的耐火試驗觀測到，當爐

17、溫達到 11001100 度左右，距磚體受火表面8080mmmm 深的砌筑砂漿（1:1:31:1:3 混合砂漿）已變得酥松，實際上已喪失強度。砂漿粉刷層作為結(jié)構的保護層，當與結(jié)構表面結(jié)合牢固，具有一定的厚度時，可以很好地改變結(jié)構構件的燃燒性能（對可燃材料制作的構件)和提高結(jié)構構件的耐火時間。(4)(4)石膏建筑石膏凝結(jié)硬化后的主要成分是共水石(CaSO42H2O)(CaSO42H2O)其在高溫時發(fā)生脫水，要吸收大量的熱，延緩了石膏制品的破壞，因此隔熱性能良好。但是二水石膏在受熱脫水時會產(chǎn)生收縮變形，因而石膏制造容易開裂，失去隔火作用。止匕外，石膏制品在遇到水時也容易發(fā)生破壞。裝飾石膏板這種板材

18、以建筑石膏為主要原料，摻加適量纖維增強材料和外加劑.與水一起攪拌成均勻的料漿.經(jīng)澆注成型、干燥而成為不帶護面紙的裝修板材。它質(zhì)量輕、安裝方便、具有較好的防火、隔熱、吸聲和裝飾性，屬于不燃板材，大量用于賓館、住宅、辦公樓、商店、車站等建筑的室內(nèi)墻面和頂棚裝修。紙面石膏板紙面石膏板是以建筑石膏為主要原料，摻加人工纖維和外加劑構成芯材，并與護面紙牢固地結(jié)合在一起的建筑板材，屬于一種難燃板材。按耐火特性可分為普通紙面石肯板和耐火紙面石膏板兩種。耐火紙面石膏板在高溫明火下燒烤時,具有保持不斷裂的性能， 這種遇火穩(wěn)定性是區(qū)分普通紙面石膏板和耐火紙面石膏板的重要技術指標。紙面石膏板質(zhì)量輕，強度高，易于加工裝

19、修，具有耐火、隔熱和抗震等特點，常用于室內(nèi)非承重墻和吊頂。(5)(5)石棉水泥材料石棉水泥材料是以石棉加人水泥漿中硬化后制成的人造石材。石材水泥材料根據(jù)用途可分為屋面材料(小塊石棉瓦、大塊波形石棉瓦卜墻壁材料（加壓平板、大型波板卜管材（壓力管、外壓力管和通風管卜電氣絕緣板四種。它雖然屬于非燃材料，但在火災高振下容易發(fā)生爆裂現(xiàn)象，常常會破裂失去隔火作用，并且強度在 500500- -600600CC 時急劇降低，在高溫時遇水冷卻便立即發(fā)生破壞。影響石棉水泥材料發(fā)生爆裂的因素有：含水量、水泥和石棉的配合比例、密實程度以及制品的厚度等。石棉在 500-600C500-600C 發(fā)生熱分解，：釋放出結(jié)

20、晶水仁導致制品強度急劇下降。石棉水泥瓦、板除了具有質(zhì)量小、耐水、不燃燒的特性外，還具有一定的強度和脆性性能，因而成為建造有爆炸危險建筑物質(zhì)泄壓蓋和墻體的理想材料。玻璃玻璃是以石英砂、純堿、長石和石灰石等為原料，在 15501550 八1600C1600C 高溫下燒至熔融，再經(jīng)急冷而得的一種無定形硅酸鹽物質(zhì)。普通平板玻璃這種玻璃大量用于建筑的門窗，雖屬于不燃材料。但耐火性能很差，在火災高溫作用下由于表面的溫差會很快破碎。門、窗,的玻璃在火災條件下大多在 250c250c 左右，由于其變形受到門、窗框的限制而自行破裂。夾絲玻璃夾絲玻璃是在玻璃成型過程中，將經(jīng)過預熱處理的金屬絲網(wǎng)加入已軟化的玻璃中，經(jīng)壓延輻壓制而成。常用夾絲玻璃的厚度為 6mm6mm。金屬絲網(wǎng)在夾絲玻璃中主要起增大強度作用。當夾絲玻璃表面受到外力或高溫作用時，同樣會炸裂，但在金屬絲網(wǎng)的支撐拉結(jié)下，裂而不散。當溫度升高到 700_-800C700_-800C 后，夾絲玻璃表面發(fā)生熔融，會填實已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，直至整個玻璃軟化熔融戶順著金屬絲網(wǎng)垂落下來，形成孔洞，才失去隔火作用。夾絲玻璃屬于阻火非隔熱型防火玻璃。 目前生產(chǎn)的夾絲玻璃透光性差,難以滿足高標準建筑室內(nèi)裝修的需要。復合防火玻璃復合防火玻璃又稱為防火夾層玻璃