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?、燃燒速度和發(fā)熱量等。1.燃燒性能建筑材料的燃燒性能分級（GB8624-1997)級別符號級別名稱 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)配件中使用的各類成型材料。建筑物內(nèi)存放的紡織品及家具類材料等，因不屬于建筑材料范疇，故未列入本分級標(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)度通過標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)來測定，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)度來劃分，塑性材料和韌性材料主要以抗拉強(qiáng)度來劃分。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、使用目的和作用等確定側(cè)重研究的內(nèi)容。如對于磚石、混凝土、鋼材等，由于它們同屬無機(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?！?.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。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。可以保證鋼的良好塑性、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%。§2.2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級最差，D級最好。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。對截面溫度均勻分布的靜定結(jié)構(gòu)而言，熱膨脹只對變形有影響，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》中國建工出版社2/2/202322ECCS(EuropeanConventionforConstructionalSteelwork)給出的從室溫開始升溫時(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鋼材的高溫性能國內(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，近似可由下式來表示：（KJ/kg.℃）ECCS建議和英國規(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而不同。普通低碳鋼高溫下的應(yīng)力－應(yīng)變曲線

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350℃，強(qiáng)度開始下降；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，屈服平臺降低，且原來的鋸齒狀逐漸消失；溫度超過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)倒塌案例建筑名稱結(jié)構(gòu)類型火災(zāi)日期破壞情況重慶天原化工廠鋼屋架1960.2.1820min倒塌上海文化廣場鋼屋架1969.12倒塌天津體育館鋼屋架1973.5.519min倒塌長春卷煙廠鋼木屋架1981.4.5倒塌北京友誼賓館劇場鋼木屋架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)度鋼對溫度更為敏感，沒有明顯的屈服極限。當(dāng)溫度超過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。蠕變在溫度高于一定值時(shí)比較明顯，對于普通低碳鋼這一溫度為300～350℃，對于合金鋼為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：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χ射線、γ射線有較高的屏蔽能力。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普通混凝土（簡稱為混凝土），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（簡稱RC），是經(jīng)由水泥、粒料級配、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)該是人類最早開發(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。混凝土在凝結(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、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、配合比和水分的影響，但影響都不大。混凝土在溫度升高時(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)度基本上沒有降低，甚至還有些增大；當(dāng)溫度超過300℃，混凝土的抗壓強(qiáng)度基本上呈線性下降趨勢。當(dāng)溫度超過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。§2.3混凝土的高溫性能2/2/202338100—300°C無變化；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?！?.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)把包裹在骨料周圍的水泥石撐破。水泥石內(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。§2.3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。§2.3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600℃以后，混凝土抗拉強(qiáng)度則基本喪失。混凝土抗拉強(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)縫或開裂，導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋直接暴露在火中。§2.3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，通過這種作用來傳遞兩者之間的應(yīng)力和協(xié)調(diào)變形。它的大小對構(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。§2.3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、樹脂、揮發(fā)性油類；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℃左右開始發(fā)生熱分解，溫度越高，熱分解速度越快；200℃開始焦化變色；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）燃燒過程：可燃性氣體的有焰燃燒木炭的無焰燃燒（二）燃燒速度：單位時(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。使用酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂做黏合劑的，防火性能好，不易燃燒。使用尿素樹脂做黏合劑的，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。使用無機(jī)膠粘劑，纖維板屬難燃材料。使用各種樹脂做粘結(jié)劑，則隨著樹脂的不同，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、窗框的限制而自行破裂。夾絲玻璃：是在玻璃成型過程中，將經(jīng)過預(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，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：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：同時(shí)滿足耐火完整性隔熱性要求

B類：同時(shí)滿足耐火完整性、熱輻射強(qiáng)度要求

C類：滿足耐火完整性要求按耐火等級：一級：≥90min

二級：≥60min

三級：≥45min

四級：≥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、窗和防火隔斷，此外也用于樓梯間、電梯井的某些部位。§2.4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)通過缺口向周圍外墻玻璃擴(kuò)散周圍外墻玻璃炸裂引燃室內(nèi)物品2/2/2023612/2/2023622/2/2023632/2/2023646.防火隔熱