一、建筑材料的耐火性能 建筑物是由各种建筑材料建造起来的根据

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1、一、建筑材料的耐火性能建筑物是由各种建筑材料建造起来的。根据使用 功能，建筑材料主要可分为结构材料和装修材料两大类。 结构材料(如混凝土、钢材、粘土砖等)的作用是组成结构 构件并承受各种载荷，维持建筑物的框架结构不变；装修 材料（各种饰面材料、木材及各种塑料、聚合物等）的作 用是美化室内环境，给人们创造一个良好的生活或工作环 境。此外，建筑材料还包括多种功能不同的材料，如保温 材料、隔热材料及防水材料等。这些建筑材料在高温下的 性能直接关系到建筑物火灾危险性的大小以及发生火灾后 火势蔓延扩大的速度。建筑材料的高温性能主要包括以下 五个方面，即：燃烧性能、力学性能、发烟性能、毒性性 能和隔热性能

2、。 (一) 混凝土的高温性能 1、混凝土的热学性能 混凝土的热学性能主要包括热传导 系数、热膨胀系数 、热容量以及质量密度等四个参数。 一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点(1) 导热系数混凝土的导热系数是指单位温度梯度下，通过单 位面积等温面的热流速度，单位为W/m。它主要受骨料 种类、含水量、混凝土配合比等因素的影响，常温下混凝 土的导热系数约为1.63W/m。随着温度的提高，混凝土 的导热系数近似线性减小。当温度小于100时，导热系 数主要受材料含水量

3、的影响。但在高温下，由于水分的不 断蒸发，其影响越来越小。不同种类骨料(硅质、钙质等) 混凝土的导热系数与温度T的关系不同。 (2) 热膨胀系数混凝土的热膨胀系数不仅与混凝土本身的材料性能 有关，还与构件尺寸、约束条件、含水量等因素有关。混 凝土的热膨胀系数与温度的关系可由下式表示：(6-18) 式中： 混凝土的热膨胀系数；T混凝土的温度。 (3) 比热虽然混凝土的热容量受骨料种类、配合比和水分 的影响，但这些影响都不大。混凝土在温度升高时热容缓 慢增加，在火灾高温下一般可取常值921J/kg。 一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第

4、三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点(4) 质量密度由于加温过程中水份的蒸发，混凝土的质量密度 在受热过程中有所降低。轻骨料混凝土质量密度的减小比 一般混凝土的大些，但总的来说还是很小的。在实际计算 时，都把混凝土的质量密度看作常数。 2、混凝土的力学性能 (1) 混凝土的抗压强度混凝土的抗压强度随温度升高而变化的规律是： 在温度300左右时，抗压强度变化不大，甚至还略有增 大。当温度超过300以后，抗压强度明显下降，破坏形 态也明显变 化。从图6-4可以看出，在高温下，混凝土的抗压强度 基本上呈线性下降趋势 。在600时，其抗压强度仅为 常 温下的45

5、%左右；至1000时，几乎完全丧失强度。一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点图6-4 混凝土的抗压强度随温度的变化 混凝土抗压强度在高温下迅速下降的原因： 混凝土 各组成材料的热膨胀系数不同。在高温下，水泥石脱水收 缩，而骨料受热膨胀，由于胀缩不一，使混凝土中产生很 大内应力，破坏了水泥石与骨料间的粘结； 水泥石内部 产生一系列物理化学变化，如水泥主要水化物Ca(OH)2、 水化铝酸钙等结晶水排除，使结构变得疏松； 骨料内部 不均匀膨胀和热分解。如花岗岩和砂

6、岩内石英颗粒膨胀的 方向性及晶形转变（在温度分别为573和870时），石 灰岩中CaCO3的热分解（825时），导致骨料强度的下降 。一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点0 .20.40.60.81.01.2020040060080010001200fc/fc0影响混凝土抗压强度的因素： 加热温度：混凝土所 受加热温度越高，抗压强度下降幅度越大； 混凝土成分 ：骨料在混凝土组成中占绝大部分。骨料的种类、性质将 直接影响混凝土的高温强度。用膨胀性小、性能稳定、

7、粒 径较小的骨料配制的混凝土在高温下抗压强度保持较好； 消防射水：消防水急骤射到高温的混凝土结构表面，会 使结构产生严重破坏。在火灾高温作用下，当混凝土结构 表面温度达到300左右时，其内部深层温度依然很低， 消防水射到混凝土结构表面后的急剧冷却会使表面混凝土 中产生很大的收缩应力，因而构件表面出现很多由外向里 的裂缝。当混凝土温度超过500以后，从中游离的CaO遇 到喷射的水流，发生熟化，体积迅速膨胀，造成混凝土强 度急剧降低。 混凝土在火灾条件下温度不超过500时，其强度在火 灾后可逐渐回升，一年后的强度可恢复到受热前的90%； 但在火灾条件下温度超过500时，其强度则不能恢复。一、建筑材

8、料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点(2) 混凝土的抗拉强度在常温下，混凝土直接受拉容易开裂，断裂前无 明显残余变形。在火灾时，混凝土因受热膨胀，在混凝土 内部产生内应力，并引起局部出现微缝。外部混凝土的开 裂会将使内部钢筋直接暴露在火中。从50左右到600 时，抗拉强度基本上是直线下降，到600时其值为零。 (3) 粘结强度钢筋与混凝土的粘结强度是钢筋与混凝土在界面 的相互作用，通过这种作用来传递两者的应力和协调变形 。它的大小对构件的裂缝、变形和承载能力有直接的影

9、响 。高温下，粘结强度的损失与混凝土的抗压强度相比，粘 结强度的损失要大得多。 (4) 弹性模量混凝土的弹性模量随温度的升高而降低，呈明显 的塑性性质，其主要原因是：水泥石与骨料在高温时产生 差异，两者之间出现裂缝，组织松弛以及混凝土发生脱水 现象内部孔隙率增加。高温下混凝土内部损伤在降温时不 可恢复。因此，在降温过程中，弹性模量基本不变。一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点3、混凝土的爆裂在火灾初期，混凝土的构件受热表层发生的块状爆 炸性脱落的现象，称为混

10、凝土的爆裂。它在很大程度上决 定着钢筋混凝土结构的耐火性能，尤其是预应力钢筋混凝 土结构。 (1) 影响爆裂的因素有：混凝土的含水率、密实性、骨 料的性质、加热的速度、构件施加预应力的情况以及约束 条件等。 (2) 解释爆裂发生的原因有：蒸汽压锅炉效应理论和热 应力理论等。根据耐火试验，下列情况容易发生爆炸裂：耐火 试验初期；急剧加热；混凝土含水率大；预应力混凝土构 件；周边约束的钢筋混凝土板；厚度小的构件；梁和柱的 棱角处以及工字型梁的腹板部位等。 (3) 根据混凝土构件爆裂发生的条件，可采取如下措施 防止爆裂：设置阻火屏障；在构件表面喷涂料或涂抹水泥 砂浆，并内设钢丝网；避免使用石英骨料，

11、且粒径不宜过 大；防止构件截面突变。一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点(二) 建筑钢材的高温性能建筑钢材可分为钢结构用钢材（各种型材、钢材 ）和钢筋混凝土结构用钢筋两大类。在建筑工程中常用的 钢材主要是普通碳素钢和低合金结构钢。从防火角度来看 ，钢材虽然属于不可燃性材料，但耐火性能却很差。 1、钢材的热学性能钢材的导热系数大、比热小是造成钢结构在高温 下极易破坏的主要原因。 (1) 导热系数通常钢的导热性能随温度升高而递减，常温下导 热系数为58w/m，但

12、当温度达到750时，其导热系数几 乎等于常数，约为30 w/m。钢材导热系数大是造成钢结 构在高温下极易破坏的主要原因之一。 (2) 钢材的比热CP钢材的比热随温度上升而缓慢增大，Cp与温度T的 关系可由下式表示：(KJ/kg) (6- 19)一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点(3) 热膨胀系数热膨胀系数与温度T的关系可由下式表示：(6-20) 2、钢材的强度在高温下，钢材强度随温度升高而降低，降低的 幅度因温度的高低和钢材种类而不同。 (1) 普通低碳钢

13、普通低碳钢在建筑结构中应用非常广泛，其应力 应变曲线随温度升高而变化， 大量实验表明：随温度的 升高，应力应变 曲线形状变化很大，温室下屈服平台明 显并呈现锯齿状；温度升高，屈服平台降低，锯齿逐渐消 失。如图6-5所示。图6-5 高温下普通低碳钢的应力-应变曲线一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点200400应 力 （ kg/ mm 2）10203029.024.025.021.814.020100300500一般来说，在350以下时，由于兰脆现象，钢材 极

14、限强度略有提高；当超过350时，强度开始下降；在 500时强度降低约50%，600时降低约70%。此外，钢 材的屈服点随温度升高也逐渐降低，在500 时约为常温 的50%。另外，钢材的屈服平台逐渐降低并随温度的升高 而逐步消失。 (2) 高强硬钢高强硬钢主要包括高碳钢及用于预应力钢筋混凝 土构件中的冷加工钢筋及高强钢筋等。这类钢材往往无明 显的屈服台阶，高温下的性能与一般钢材不同。大量试验 表明：高强硬钢与具有明显屈服台阶的软钢相比，对温度 更为敏感。当温度超过175以后，强度急剧下降，500 时降至常温强度的30%，温度达750则完全丧失其强度。所以，预应力构件耐火性能要低于普通混凝土构 件

15、，其原因除上述硬钢对温度比较敏感以外，还因为在高 温下预应力极易损失，使构件难以正常工作。如对于强度 为600Mpa的低碳钢冷拔钢丝，当温度升高至300时，其 预应力几乎全部丧失。一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点(3) 普通低合金钢这种钢材是在普通碳素钢中加入一定量的合金元 素冶炼而成的。这种钢材在高温下温度变化与普通碳素钢 基本相同，在200-300的温度范围内极限强度增加，当 温度超过300后，强度逐渐降低。 3、弹性模量钢材的弹性模量也是随着温度的

16、升高而连续降低 ，变化趋势为：600 以前，弹性模量的下降由慢变快； 600以后，下降则由快变慢。 4、变形性能钢材的变形性能主要包括伸长率和截面收缩率， 伸长率和截面收缩率随着温度升高总的趋势是增大的，这 表明高温下钢材塑性性能增大，易于产生变形。 5、蠕变钢材在一定温度和应力作用下，随时间推移，发 生缓慢塑性变形的现象，叫做蠕变。影响蠕变的因素主要 有温度和应力。一、建筑材料的耐火性能*二、建筑构件的耐火性能三、建筑物的耐火等级四、建筑构件在火灾中的破坏特点第三节第三节 建筑物建筑物 的耐火性及构件的耐火性及构件 的破坏特点的破坏特点(1) 温度蠕变在较低温度下也发生，但在温度高于一定值 时比较明显。对普通低碳钢，这一温度为300-500；对合 金钢为400450。温度愈高，蠕变现象愈明显。因此在 火灾高温下，钢材蠕变现象十分明显。 (2) 应力蠕变不仅受温度的影响，而且也受应力