第2章建筑材料的高溫性能(新)

2/2/20231建筑結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)系凡是建筑物，無(wú)論宿舍、辦公樓或廠房、體育館，都是由屋蓋、樓板、墻、柱、基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)構(gòu)件所組成。這些構(gòu)件在房屋中互相支承、互相扶持，直接或間接地、單獨(dú)或協(xié)同地承受各種荷載作用，構(gòu)成了一個(gè)結(jié)構(gòu)整體——建筑結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)與建筑有密切的關(guān)系，建筑結(jié)構(gòu)是房屋的骨架，是建筑物賴(lài)以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)。2/2/20232建筑物是由各種建筑材料建造起來(lái)的。根據(jù)使用功能，建筑材料主要分為：結(jié)構(gòu)材料（如混凝土、鋼材、黏土磚等）的作用是組成結(jié)構(gòu)構(gòu)件并承受各種荷載，維持建筑物的框架結(jié)構(gòu)不變；裝修材料（各種飾面材料、木材及各種塑料物、聚合物等）的作用是美化室內(nèi)環(huán)境，給人們創(chuàng)造一種美好道德工作生活環(huán)境。功能材料如保溫材料、隔熱材料及防水材料等。建筑材料與防火的關(guān)系建筑材料的高溫性能直接關(guān)系到建筑物火災(zāi)危險(xiǎn)性的大小以及發(fā)生火災(zāi)后火勢(shì)蔓延擴(kuò)大的速度。結(jié)構(gòu)材料在火災(zāi)高溫下的力學(xué)性能還關(guān)系到建筑物是否會(huì)倒塌。2/2/20233第二章建筑材料的高溫性能2134概述混凝土的高溫性能其他建筑材料的高溫性能鋼材的高溫性能2/2/20234§2.1概述建筑材料高溫下的性能包括以下五個(gè)方面：

指材料燃燒或遇火時(shí)所發(fā)生的一切物理、化學(xué)變化。包括著火性、火焰?zhèn)鞑バ浴⑷紵俣群桶l(fā)熱量等。1.燃燒性能建筑材料的燃燒性能分級(jí)（GB8624-1997)級(jí)別符號(hào)級(jí)別名稱(chēng) 試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

A 不燃性建筑材料 GB5464-99 B1 難燃性建筑材料 GB8625-88 B2 可燃性建筑材料 GB8626-88 B3 易燃性建筑材料 不試驗(yàn)

分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的建筑材料系指在建筑物構(gòu)配件中使用的各類(lèi)成型材料。建筑物內(nèi)存放的紡織品及家具類(lèi)材料等，因不屬于建筑材料范疇，故未列入本分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中。

2/2/20235A不燃性建筑材料，是在火災(zāi)發(fā)生時(shí)不起火、不微燃、不炭化，即使燒紅或熔融也不會(huì)發(fā)生燃燒現(xiàn)象的材料，如金屬材料和無(wú)機(jī)礦物材料。

B1難燃性建筑材料，是在火災(zāi)發(fā)生時(shí)難起火、難微燃、難炭化，可推遲發(fā)火時(shí)間或延緩火災(zāi)蔓延，當(dāng)火源移走后燃燒會(huì)立即停止的材料，如經(jīng)過(guò)阻燃的有機(jī)材料。

B2

可燃性建筑材料，是火災(zāi)發(fā)生時(shí)，立即起火或微燃，且當(dāng)火源移走后仍能繼續(xù)燃燒的材料，如木材等。

B3易燃性建筑材料，是在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，立即起火，且火焰?zhèn)鞑ニ俣群芸斓牟牧??！?.1概述2/2/20236§2.1概述材料高溫下的力學(xué)性能，主要研究在高溫作用下力學(xué)性能（強(qiáng)度、彈性模量等）隨溫度的變化規(guī)律。

材料的強(qiáng)度是指材料在外力或應(yīng)力作用下，抵抗破壞的能力，以破壞時(shí)的最大應(yīng)力值表示。材料的實(shí)際強(qiáng)度通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定，根據(jù)受力方式不同分為抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。脆性材料主要以抗壓強(qiáng)度來(lái)劃分，塑性材料和韌性材料主要以抗拉強(qiáng)度來(lái)劃分。2.力學(xué)性能2/2/20237§2.1概述影響因素：導(dǎo)熱性和熱容量（膨脹、收縮、變形、裂縫、熔化、粉化）

材料傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱(chēng)為材料的導(dǎo)熱性，用導(dǎo)熱系數(shù)表示。影響材料導(dǎo)熱系數(shù)的因素是材料的組成和結(jié)構(gòu)。材料熱容量是指材料受熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)。熱容量的大小用比熱表示。材料的比熱是單位質(zhì)量的材料在溫度變化1K時(shí)，吸收或放出的熱量。3.隔熱性能2/2/20238常用材料的的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱材料導(dǎo)熱系數(shù)W/m·k比熱J/kg·k材料導(dǎo)熱系數(shù)W/m·k比熱J/kg·k鋼材花崗巖混凝土粘土磚松木583.491.510.80橫紋0.17順紋0.350.480.920.840.882.5泡沫塑料水冰密閉空氣0.0350.582.330.0231.304.192.051.00圍護(hù)材料導(dǎo)熱系數(shù)小，火災(zāi)初期階段散熱量小，使室內(nèi)溫度很快升高。而材料比熱大的材料，在火災(zāi)時(shí)會(huì)吸蓄較大熱量，延長(zhǎng)火災(zāi)初期階段時(shí)間。2/2/20239§2.1概述發(fā)煙量、發(fā)煙速度4.發(fā)煙性能2/2/202310§2.1概述2/2/202311研究建筑材料的高溫性能時(shí)，應(yīng)根據(jù)材料種類(lèi)、使用目的和作用等確定側(cè)重研究的內(nèi)容。如對(duì)于磚石、混凝土、鋼材等，由于它們同屬無(wú)機(jī)材料，具有不燃性，應(yīng)側(cè)重高溫下的力學(xué)性能和隔熱性能。而對(duì)于塑料、木材等，由于為有機(jī)材料，且在建筑中主要作為裝修和裝飾材料，所以研究應(yīng)側(cè)重其燃燒性能、發(fā)煙性能及毒害性能。§2.1概述材料燃燒會(huì)產(chǎn)生一定毒性的氣體。5.毒害性能2/2/202312根據(jù)斷面形狀的不同、鋼材一般分為型材（各種型材如圓鋼、角鋼、工字鋼等）、板材（鋼板）、管材（鋼管）和金屬制品（鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋、鋼絲）四大類(lèi)。優(yōu)點(diǎn)：它是在嚴(yán)格的技術(shù)控制下生產(chǎn)的材料，具有強(qiáng)度大、塑性和韌性好、品質(zhì)均勻、可焊可鉚、制成的鋼結(jié)構(gòu)重量輕等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：但就防火而言，鋼材雖然屬于不燃性材料，耐火性能卻很差?！?.2鋼材的高溫性能2/2/202313一、鋼材的冶煉鋼的主要成分是鐵和碳，它的含碳量在2%以下。鋼的冶煉主要是將熔融的生鐵進(jìn)行高溫氧化，使碳的含量降低到預(yù)定范圍，雜質(zhì)含量降低到允許范圍之內(nèi)。鋼的冶煉方法主要有空氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法、氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法和平爐煉鋼法。冶煉過(guò)程中，鐵被氧化成氧化鐵，影響鋼材質(zhì)量，必須進(jìn)行脫氧。根據(jù)脫氧程度的不同鋼可分為沸騰鋼（脫氧不完全）、鎮(zhèn)靜鋼（完全脫氧）和半鎮(zhèn)靜鋼（脫氧程度介于沸騰鋼與鎮(zhèn)靜鋼之間）?！?.2鋼材的高溫性能2/2/202314煉鋼轉(zhuǎn)爐出鋼

2/2/202315二、鋼的分類(lèi)碳素鋼：以鐵、碳為主體，含碳量小于2%。含碳量小于0.25%的為低碳鋼；介于0.25%～0.6%的為中碳鋼；大于0.6%的為高碳鋼。合金鋼：在普通低碳鋼的基礎(chǔ)上，加入少量合金元素，如硅、錳、鉻、鈦、釩等?？梢员ＷC鋼的良好塑性、韌性，提高鋼的強(qiáng)度。低合金鋼合金元素總含量小于5%；中合金鋼合金元素總含量為5～10%；高合金鋼合金元素大于10%?！?.2鋼材的高溫性能2/2/202316三、常用建筑鋼材1.普通碳素鋼分為Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五種，Q是屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音首位字母，數(shù)字代表鋼材厚度（直徑）≤16mm時(shí)的屈服點(diǎn)下限N/mm2。數(shù)字較低的鋼材，碳含量和強(qiáng)度較低，而塑性、韌性、焊接性較好。普通碳素鋼分為A、B、C、D四個(gè)質(zhì)量，A級(jí)最差，D級(jí)最好。優(yōu)點(diǎn)：普通碳素鋼塑性好，適宜于各種加工，并能保證在焊接、超載、沖擊、溫度應(yīng)力等不利條件下的安全：力學(xué)性能穩(wěn)定，對(duì)軋制、一般加熱、劇烈冷卻的敏感性較小。但與低合金結(jié)構(gòu)相比，強(qiáng)度較低。§2.2鋼材的高溫性能2/2/202317是一種含有少量合金元素(硅、錳、鉻、鈦、釩等元素組成)的合金鋼種。低合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性和沖擊韌性，并具有耐銹蝕，耐低溫性能，是一種高效能鋼種。較多地用于大型結(jié)構(gòu)和荷載較大的結(jié)構(gòu)。2.低合金結(jié)構(gòu)鋼§2.2鋼材的高溫性能2/2/202318Q460低合金高強(qiáng)度鋼2/2/2023192/2/202320四、鋼材的熱物理特性§2.2鋼材的高溫性能

通常鋼材的導(dǎo)熱性能隨溫度升高而遞減，常溫下導(dǎo)熱系數(shù)為58W/m.℃，但當(dāng)溫度達(dá)到750℃時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)幾乎為常數(shù)，約為30W/m.℃。鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)大，在高溫下容易使其內(nèi)部的材料溫度升高，強(qiáng)度降低，這是造成鋼結(jié)構(gòu)極易破壞的主要原因之一。1.導(dǎo)熱系數(shù)2.鋼的密度鋼的密度隨溫度的變化很小，可取常數(shù)2/2/202321§2.2鋼材的高溫性能當(dāng)溫度升高時(shí)，鋼構(gòu)件要發(fā)生膨脹。對(duì)截面溫度均勻分布的靜定結(jié)構(gòu)而言，熱膨脹只對(duì)變形有影響，不會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力。但當(dāng)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的膨脹受到約束時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生附加內(nèi)力，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析時(shí)，必須考慮這種影響。鋼的熱膨脹系數(shù)（特指線(xiàn)膨脹系數(shù)）實(shí)際隨溫度的升高會(huì)發(fā)生變化，但變化幅度不大3.熱膨脹系數(shù)參考《鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)與計(jì)算》中國(guó)建工出版社2/2/202322ECCS(EuropeanConventionforConstructionalSteelwork)給出的從室溫開(kāi)始升溫時(shí)鋼的熱膨脹與溫升的關(guān)系，擬合公式為：ECCS的建議和歐洲規(guī)范EUROCODE3采用的熱膨脹系數(shù)為m/(m·℃)§2.2鋼材的高溫性能?chē)?guó)內(nèi)在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)抗火分析時(shí)，鋼的熱膨脹系數(shù)一般取常數(shù)：m/(m·℃)2/2/202323§2.2鋼材的高溫性能4.鋼材的比熱鋼材的比熱隨溫度變化，近似可由下式來(lái)表示：（KJ/kg.℃）ECCS建議和英國(guó)規(guī)范BS5950：結(jié)構(gòu)鋼的不隨溫度變化的比熱為J/(kg·℃)2/2/202324五、高溫下鋼材的力學(xué)特性§2.2鋼材的高溫性能1.普通低碳鋼

在高溫下鋼材強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，降低的幅度因鋼材溫度的高低和鋼材種類(lèi)而不同。普通低碳鋼高溫下的應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)

2/2/202325§2.2鋼材的高溫性能2/2/202326普通碳素鋼的高溫力學(xué)性質(zhì)當(dāng)鋼材溫度在250-300℃，由于蘭脆現(xiàn)象，極限強(qiáng)度比常溫時(shí)略有提高；溫度超過(guò)350℃，強(qiáng)度開(kāi)始下降；溫度達(dá)到500℃時(shí)強(qiáng)度約為常溫時(shí)的1/2，600℃時(shí)約為常溫時(shí)的1/3；鋼材的屈服點(diǎn)隨溫度升高也逐漸降低。在室溫下鋼材的屈服強(qiáng)度明顯，并呈現(xiàn)鋸齒狀；溫度升高，屈服平臺(tái)降低，且原來(lái)的鋸齒狀逐漸消失；溫度超過(guò)400°時(shí)，低碳鋼特有的屈服點(diǎn)消失；在500℃時(shí)約為常溫的1 /2。鋼材在高溫下強(qiáng)度降低是決定鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐火性能的最重要的因素。（鋼屋架）§2.2鋼材的高溫性能2/2/202327鋼結(jié)構(gòu)屋蓋火災(zāi)倒塌案例建筑名稱(chēng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型火災(zāi)日期破壞情況重慶天原化工廠鋼屋架1960.2.1820min倒塌上海文化廣場(chǎng)鋼屋架1969.12倒塌天津體育館鋼屋架1973.5.519min倒塌長(zhǎng)春卷煙廠鋼木屋架1981.4.5倒塌北京友誼賓館劇場(chǎng)鋼木屋架1983.1220min倒塌唐山市棉紡織廠鋼梁1986.2.820min倒塌北京高壓氣瓶廠鋼屋架1986.4.8倒塌江油電廠俱樂(lè)部鋼屋架1987.4.2120min倒塌2/2/2023282/2/202329高溫性能與普通碳素鋼基本相同，在250-300℃的溫度范圍內(nèi)極限強(qiáng)度增加，當(dāng)溫度超過(guò)300℃后，強(qiáng)度逐漸降低?！?.2鋼材的高溫性能3.高強(qiáng)度鋼主要包括高碳鋼以及用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件中冷加工鋼筋及高強(qiáng)度鋼筋等。高強(qiáng)度鋼對(duì)溫度更為敏感，沒(méi)有明顯的屈服極限。當(dāng)溫度超過(guò)175℃時(shí)，強(qiáng)度急劇下降，500℃時(shí)降至常溫的30%，當(dāng)溫度達(dá)到750℃時(shí)，完全喪失其強(qiáng)度。2.普通低合金鋼所以預(yù)應(yīng)力構(gòu)件耐火性能要低于普通鋼筋混凝土構(gòu)件。在高溫下，預(yù)應(yīng)力極易損失，其構(gòu)件難以正常工作。2/2/202330六、高溫下建筑鋼材的變形性能鋼材的伸長(zhǎng)率和截面收縮率隨著溫度升高總的趨勢(shì)是增大的，表明高溫下鋼材塑性性能增大，易于變形。鋼材在一定溫度和應(yīng)力作用下，隨時(shí)間的推移，會(huì)發(fā)生緩慢塑性變形，即蠕變。蠕變?cè)跍囟雀哂谝欢ㄖ禃r(shí)比較明顯，對(duì)于普通低碳鋼這一溫度為300～350℃，對(duì)于合金鋼為400～450℃，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(yīng)力大小影響，若應(yīng)力超過(guò)了鋼材在某一溫度下屈服強(qiáng)度時(shí)，蠕變會(huì)明顯增大。鋼材的彈性模量隨溫度的升高而降低，但降低的幅度比強(qiáng)度要小?！?.2鋼材的高溫性能2/2/202331§2.3混凝土的高溫性能一、定義：

混凝土由膠凝材料、水和粗、細(xì)骨料按適當(dāng)比例配合，拌制成拌合物，經(jīng)一定時(shí)間硬化而成的人造石材。二、分類(lèi)：重混凝土：表觀密度大于2600kg/m3，采用重晶石、鐵礦石等作骨料，對(duì)χ射線(xiàn)、γ射線(xiàn)有較高的屏蔽能力。普通混凝土：表觀密度為1900—2500kg/m3，采用天然的砂、石子作骨科，在建筑工程中使用最廣。輕混凝土：表觀密度為800～1900kg/m3，包括輕骨料混凝土、多孔混凝土及無(wú)砂大孔混凝土，多用于有保溫隔熱要求的墻體、屋面等處，標(biāo)號(hào)高的輕骨料混凝土也用于承重結(jié)構(gòu)。1、按表觀密度2/2/2023322、按功能：結(jié)構(gòu)混凝土、防火混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土§2.3混凝土的高溫性能水泥混凝土又稱(chēng)普通混凝土（簡(jiǎn)稱(chēng)為混凝土），是由水泥、砂、石和水所組成，另外還常加入適量的摻合料和外加劑。在混凝土中，砂、石起骨架作用，稱(chēng)為骨料；水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥漿起潤(rùn)滑作用，賦予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥漿硬化后，則將骨料膠結(jié)為一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體。鋼筋混凝土（簡(jiǎn)稱(chēng)RC），是經(jīng)由水泥、粒料級(jí)配、加水拌和而成混凝土，在其中加入一些抗拉鋼筋，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，達(dá)到建筑設(shè)計(jì)所需的強(qiáng)度。它應(yīng)該是人類(lèi)最早開(kāi)發(fā)使用的復(fù)合型材料之一。

2/2/202333可根據(jù)不同要求配制不同性質(zhì)的混凝土?；炷猎谀Y(jié)前具有良好的塑性，可澆制成各種形狀和大小的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)物；混凝土與鋼筋有牢固的粘結(jié)力，能制作鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件；混凝土拌合物經(jīng)硬化后有抗壓強(qiáng)度高與耐久性良好的特性；混凝土組成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和經(jīng)濟(jì)的原則。三、混凝土的優(yōu)點(diǎn)：§2.3混凝土的高溫性能2/2/202334§2.3混凝土的高溫性能四、混凝土的熱學(xué)性能（1）導(dǎo)熱系數(shù)普通混凝土在常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)約為1.63W/m·℃，隨著其溫度升高，導(dǎo)熱系數(shù)減小，在溫度500℃時(shí)為常溫的80%，在1000℃時(shí)只有常溫的50%。主要受骨料種類(lèi)、含水量、混凝土配合比等因素的影響。（2）熱膨脹系數(shù)不僅與混凝土本身材料的性能有關(guān)，還與構(gòu)件尺寸、約束條件、含水量等因素有關(guān)。2/2/202335§2.3混凝土的高溫性能雖然受骨料種類(lèi)、配合比和水分的影響，但影響都不大?；炷猎跍囟壬邥r(shí)比熱緩慢增大。在火災(zāi)高溫下混凝土的比熱可取常值921J/kg·℃。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。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，把混凝土的質(zhì)量密度看作常數(shù)。（3）比熱：（4）密度：2/2/202336§2.3混凝土的高溫性能五、高溫下混凝土的力學(xué)性能（1）抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度為常壓下的45%幾乎完全喪失2/2/202337混凝土的抗壓強(qiáng)度隨溫度升高而變化的規(guī)律是：

在溫度為300℃以下，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本上沒(méi)有降低，甚至還有些增大；當(dāng)溫度超過(guò)300℃，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本上呈線(xiàn)性下降趨勢(shì)。當(dāng)溫度超過(guò)600°時(shí)，強(qiáng)度降低約50%，800°時(shí)降低約80%，破壞形態(tài)也明顯變化?！?.3混凝土的高溫性能2/2/202338100—300°C無(wú)變化；300—400°C有微裂紋；600—700°C裂縫增大、數(shù)量增多；800—900°C酥裂、脫落；1000°C以上熔結(jié)、熔瘤。§2.3混凝土的高溫性能2/2/202339混凝土各組成材料的熱膨脹不同。在溫度超過(guò)300℃情況下，水泥石脫水收縮，而骨料受熱膨脹，由于脹縮的不一致性，使混凝土中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，不但破壞了水泥石與骨料間的粘結(jié)，而且會(huì)把包裹在骨料周?chē)乃嗍瘬纹?。水泥石?nèi)部產(chǎn)生一系列物理化學(xué)變化。如水泥主要水化產(chǎn)物Ca(OH)2，水化鋁酸鈣等的結(jié)晶水排出，使結(jié)構(gòu)變得疏松。骨料內(nèi)部的不均勻膨脹和熱分解。如花崗巖和砂巖內(nèi)石英顆粒膨脹的方向性及晶形轉(zhuǎn)變（在溫度達(dá)到573℃，體積快速膨脹），石灰?guī)r中CaCO3的熱分解成CaO(在825℃)，導(dǎo)致骨料強(qiáng)度的下降?！?.3混凝土的高溫性能混凝土抗壓強(qiáng)度下降的原因2/2/202340影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素加熱溫度混凝土加熱溫度越高，抗壓強(qiáng)度下降越大。混凝土的組成材料

骨料在混凝土中占絕大部分。骨料的種類(lèi)不同，性質(zhì)也不同，直接影響混凝土的高溫強(qiáng)度。用膨脹性小、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(qiáng)度保持較好。采用高標(biāo)號(hào)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(qiáng)度?！?.3混凝土的高溫性能2/2/202341消防射水消防水急驟射到高溫的混凝土結(jié)構(gòu)表面時(shí)，會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)表面溫度達(dá)到300℃左右時(shí)，其內(nèi)部深層溫度依然很低，消防水射到混凝土結(jié)構(gòu)表面急劇冷卻會(huì)使表面混凝土中產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力，因而構(gòu)件表面出現(xiàn)很多由外向內(nèi)的裂縫。當(dāng)混凝土溫度超過(guò)500℃以后，從中游離的CaO遇到噴射的水流，發(fā)生熟化，體積迅速膨脹，造成混凝土強(qiáng)度急劇降低?！?.3混凝土的高溫性能影響混凝土抗壓強(qiáng)度的因素溫度℃常溫100200300400500600700800%10.75-0.980.76-0.970.75-0.940.71-0.810.51-0.640.41-0.590.21-0.280.12-0.182/2/202342（2）混凝土的抗拉強(qiáng)度在常溫下，混凝土直接受拉容易斷裂，斷裂前無(wú)明顯殘余變形。在火災(zāi)高溫條件下，混凝土的抗拉強(qiáng)度隨溫度上升明顯下降，下降幅度比抗壓強(qiáng)度大10～15%。當(dāng)溫度超過(guò)600℃以后，混凝土抗拉強(qiáng)度則基本喪失?；炷量估瓘?qiáng)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，混凝土局部出現(xiàn)細(xì)縫或開(kāi)裂，導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋直接暴露在火中?！?.3混凝土的高溫性能2/2/202343（3）混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度是鋼筋與混凝土在界面的相互作用，通過(guò)這種作用來(lái)傳遞兩者之間的應(yīng)力和協(xié)調(diào)變形。它的大小對(duì)構(gòu)件的裂縫、變形和承載能力有直接的影響。在火災(zāi)高溫作用下鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度變化對(duì)其承載力影響很大。溫度上升，混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度下降。螺紋鋼筋表面凹凸不平，與混凝土間機(jī)械咬合力較大，因此在升溫過(guò)程中粘結(jié)強(qiáng)度下降較少?！?.3混凝土的高溫性能2/2/202344（4）混凝土的彈性模量隨溫度的升高而降低，呈現(xiàn)明顯的塑性狀態(tài)。主要原因是：水泥石與骨料在高溫時(shí)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)生發(fā)生脫水現(xiàn)象內(nèi)部孔隙率增加?！?.3混凝土的高溫性能高溫下混凝土內(nèi)部的損傷在降溫時(shí)不可恢復(fù)。因此在降溫的過(guò)程中，彈性模量基本不變。2/2/202345六、混凝土的爆裂在火災(zāi)初期，混凝土構(gòu)件受熱表面層發(fā)生的塊狀爆炸性脫落現(xiàn)象，稱(chēng)為混凝土的爆裂。爆炸具有突發(fā)性，并伴隨著大小不同的響聲，可發(fā)生在局部，也可能擴(kuò)大面較大。影響爆裂的因素有含水率、密實(shí)性、骨料的性質(zhì)、加熱的速度、構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力的情況以及約束條件等。防止爆裂的措施（1）設(shè)置阻火屏障。（2）在物體表面噴涂料或涂抹水泥沙漿，并在內(nèi)設(shè)鋼絲網(wǎng)。（3）避免使用石英骨料，粒徑不宜過(guò)大。（4）防止構(gòu)件斷面突變。（5）降低水灰比?！?.3混凝土的高溫性能2/2/202346有機(jī)材料大都具有可燃性，因此，主要研究其燃燒性能。由于有機(jī)材料在300°會(huì)發(fā)生碳化、燃燒、熔融等變化，因此在熱穩(wěn)定方面一般比無(wú)機(jī)材料差。有機(jī)材料的特點(diǎn)是重量輕，隔熱性好，不易發(fā)生裂縫和爆裂等。有機(jī)材料的燃燒以熱分解的形式進(jìn)行，即在受熱時(shí)它先發(fā)生分解出CO,H2,CnHm等可燃?xì)怏w，并與空氣中的O2混合而發(fā)生燃燒。建筑材料中常用的有機(jī)材料有木材、塑料，膠合板，纖維板，刨花板等?！?.4其他建筑材料的高溫性能一、有機(jī)材料2/2/202347§2.4其他建筑材料的高溫性能1.木材木材的組成：化學(xué)組成:C,H,O,N其它物質(zhì)組成：纖維素和半纖維素；木質(zhì)素；可提取物、樹(shù)脂、揮發(fā)性油類(lèi)；灰分木材的容重容重大于450kg/m3為重雜木，小于450kg/m3為輕雜木；容重越大，炭化速率越小，裂紋越密，自燃點(diǎn)越高。2/2/202348木材的熱分解§2.4其他建筑材料的高溫性能木材在火災(zāi)中的變化常溫加熱水分蒸發(fā)熱分解炭化燃燒℃水分基本蒸發(fā)完全；150℃左右開(kāi)始發(fā)生熱分解，溫度越高，熱分解速度越快；200℃開(kāi)始焦化變色；260℃達(dá)到危險(xiǎn)溫度，表面出現(xiàn)黑色；300℃出現(xiàn)小裂紋；360℃出現(xiàn)明顯炭化裂紋；360℃~420℃達(dá)到自燃；400℃炭化層出現(xiàn)規(guī)則的龜裂紋，裂紋隨溫度的升高而變短。2/2/202349§2.4其他建筑材料的高溫性能木材的燃燒（一）燃燒過(guò)程：可燃性氣體的有焰燃燒木炭的無(wú)焰燃燒（二）燃燒速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)木材的炭化深度0.6mm/min（三）影響因素：木材的成分含水量木材的形狀和尺寸受火形式2/2/202350§2.4其他建筑材料的高溫性能熱重分析表明，纖維素，半纖維素和木質(zhì)素的熱解性能差別很大。纖維素?zé)峤獾臏囟确秶蠹s在240--350℃，半纖維素200--260℃，木質(zhì)素280--500℃。干燥木材中各成份所占的質(zhì)量百分比木材種類(lèi)纖維素半纖維素木質(zhì)素軟木40—4423—4018—25硬木40—4420—3225—352/2/202351§2.4其他建筑材料的高溫性能2.高分子材料塑料、橡膠和纖維高聚物的燃燒過(guò)程1、加熱：熱塑性塑料--容易軟化熔融，之后會(huì)流動(dòng)、滴落，將會(huì)促進(jìn)火災(zāi)的蔓延。熱固性塑料--不軟化熔融，直接發(fā)生熱分解反應(yīng)2、分解：不燃性氣體，可燃性氣體，炭化殘?jiān)?、著火燃燒高聚物的燃燒特點(diǎn)1、發(fā)熱量高2、火焰溫度高3、燃燒速度快4、發(fā)煙量和毒性大2/2/202352沿原木年輪方向旋切成大張單板，經(jīng)干燥、涂膠后按相鄰單板層木紋方向相互垂直的原則組成坯，膠合而成。使用酚醛樹(shù)脂、三聚氰胺樹(shù)脂做黏合劑的，防火性能好，不易燃燒。使用尿素樹(shù)脂做黏合劑的，因其摻有面粉，所以防火性能差，易燃燒。難燃膠合板使用磷酸銨、硼酸等阻燃劑浸泡過(guò)的薄板制造的板材，其防火性能較好，但仍能燃燒?！?.4其他建筑材料的高溫性能3.膠合板2/2/2023534.纖維板§2.4其他建筑材料的高溫性能以植物纖維為原料，經(jīng)纖維分離、成型、熱壓、干燥等工序制成的板材。使用無(wú)機(jī)膠粘劑，纖維板屬難燃材料。使用各種樹(shù)脂做粘結(jié)劑，則隨著樹(shù)脂的不同，纖維板難燃或可燃。具有一定防火性能的木質(zhì)刨花人造薄型板材，是以木質(zhì)刨花獲木質(zhì)纖維（木片、木屑）為原料，摻加膠黏劑、阻燃劑、防腐劑和防水劑等組料經(jīng)壓制而成。該種板材由于阻燃劑的阻燃作用，屬于難燃行的建筑材料，廣泛用于建筑物的隔墻、裙墻和吊頂?shù)取?.4.5的燃燒性能取決于粘膠劑的性質(zhì)。5.難燃刨花板2/2/202354§2.4其他建筑材料的高溫性能二、無(wú)機(jī)材料石材抗壓強(qiáng)度隨溫度變化1.石材強(qiáng)度明顯降低2/2/2023552.粘土磚：經(jīng)高溫煅燒，耐火性良好3.砂漿：砌筑砂漿、抹面砂漿(可分為普通抹面砂漿、裝飾砂漿和特殊功能砂漿（防水、絕熱、吸音、耐酸等）)4.石膏（一）裝飾石膏板：1、主要原料：石膏、纖維增強(qiáng)材料、外加劑、水2、特點(diǎn)：重量輕，安裝方便、具有較好防火效果3、應(yīng)用：室內(nèi)墻面和頂棚裝修（二）紙面石膏板：難燃板材帶護(hù)面紙，用于室內(nèi)非承重墻和吊頂§2.4其他建筑材料的高溫性能2/2/2023565.玻璃的高溫性能以石英砂、純堿、長(zhǎng)石和石灰石等為原料，在1550-1600oC燒至熔融，再經(jīng)急冷而得的一種無(wú)定形硅酸鹽物質(zhì)。普通平板玻璃：在火災(zāi)條件下大多在250℃左右，由于其變形受到門(mén)、窗框的限制而自行破裂。夾絲玻璃：是在玻璃成型過(guò)程中，將經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的金屬絲網(wǎng)加入已軟化的玻璃中，經(jīng)壓延輥壓制而成。金屬絲網(wǎng)在夾絲玻璃中主要起增大強(qiáng)度作用。當(dāng)夾絲玻璃表面受到外力或高溫作用時(shí)，同樣會(huì)炸裂，但在金屬絲網(wǎng)的支撐拉結(jié)下，裂而不散。當(dāng)溫度升高到700～800℃后，夾絲玻璃表面發(fā)生熔融，會(huì)填實(shí)已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫，直至整個(gè)玻璃軟化熔融，順著金屬絲網(wǎng)垂落下來(lái)，形成孔洞，才失去隔火作用?！?.4其他建筑材料的高溫性能2/2/202357鋼化玻璃其實(shí)是一種預(yù)應(yīng)力玻璃，為提高玻璃的強(qiáng)度,通常使用化學(xué)或物理的方法，在玻璃表面形成壓應(yīng)力，玻璃承受外力時(shí)首先抵消表層應(yīng)力，從而提高了承載能力，增強(qiáng)玻璃自身抗風(fēng)壓性，寒暑性，沖擊性,熱穩(wěn)定性等，可承受200℃的溫差變化?！?.4其他建筑材料的高溫性能2/2/202358防火玻璃：1、分類(lèi)：按用途：建筑用防火玻璃、船用防火玻璃按結(jié)構(gòu)：復(fù)合防火玻璃（FFB），單片防火玻璃（DFB）按耐火性能：A類(lèi)：同時(shí)滿(mǎn)足耐火完整性隔熱性要求

B類(lèi)：同時(shí)滿(mǎn)足耐火完整性、熱輻射強(qiáng)度要求

C類(lèi)：滿(mǎn)足耐火完整性要求按耐火等級(jí)：一級(jí)：≥90min

二級(jí)：≥60min

三級(jí)：≥45min

四級(jí)：≥30min§2.4其他建筑材料的高溫性能2/2/2023592、復(fù)合防火玻璃將兩片或兩片以上的普通平板玻璃用透明防火粘結(jié)劑膠結(jié)而成的一種防火玻璃，屬于阻火隔熱型防火玻璃。這種在玻璃正常使用時(shí)和普通玻璃一樣具有透光性能和裝飾性能；發(fā)生火災(zāi)后，隨著火勢(shì)的蔓延擴(kuò)大，火災(zāi)區(qū)域的溫度升高，防火夾層不但能將炸裂的玻璃碎片牢固地粘結(jié)在其他玻璃上，而且受熱膨脹發(fā)泡，厚度增大8—10倍，形成致密的蜂窩狀防火隔熱層，阻止了火焰和熱量向外穿透，從而起到隔火隔熱作用。復(fù)合防火玻璃主要用于防火門(mén)、窗和防火隔斷，此外也用于樓梯間、電梯井的某些部位?！?.4其他建筑材料的高溫性能2/2/202360普通的玻璃遇火1min炸裂，鋼化玻璃遇火5-8min炸裂?；馂?zāi)通過(guò)缺口向周?chē)鈮ΣＡU(kuò)散周?chē)鈮ΣＡд岩际覂?nèi)物品2/2/2023612/2/2023622/2/2023632/2/2023646.防火隔熱