第2章建筑材料的高温性能(新)

1、2022-6-2112022-6-212v建筑结构与建筑的关系建筑结构与建筑的关系 凡是建筑物，无论宿舍、办公楼或厂房、体育馆，凡是建筑物，无论宿舍、办公楼或厂房、体育馆，都是由屋盖、楼板、墙、柱、基础等都是由屋盖、楼板、墙、柱、基础等结构构件结构构件所所组成。组成。这些构件在房屋中互相支承、互相扶持，直接或这些构件在房屋中互相支承、互相扶持，直接或间接地、单独或协同地承受各种荷载作用，构成间接地、单独或协同地承受各种荷载作用，构成了一个结构整体了一个结构整体建筑结构建筑结构。建筑结构与建筑有密切的关系，建筑结构是房屋建筑结构与建筑有密切的关系，建筑结构是房屋的骨架，是建筑物赖以存在的的骨架，

2、是建筑物赖以存在的物质基础物质基础。2022-6-213 建筑物是由各种建筑材料建造起来的。根据使用功建筑物是由各种建筑材料建造起来的。根据使用功能，建筑材料主要分为：能，建筑材料主要分为：结构材料结构材料（如混凝土、钢材、黏土砖等）的作用是组（如混凝土、钢材、黏土砖等）的作用是组成结构构件并承受各种荷载，维持建筑物的框架结构不成结构构件并承受各种荷载，维持建筑物的框架结构不变；变；装修材料装修材料（各种饰面材料、木材及各种塑料物、聚合（各种饰面材料、木材及各种塑料物、聚合物等）的作用是美化室内环境，给人们创造一种美好道物等）的作用是美化室内环境，给人们创造一种美好道德工作生活环境。德工作生活

3、环境。功能材料功能材料如保温材料、隔热材料及防水材料等。如保温材料、隔热材料及防水材料等。v建筑材料与防火的关系建筑材料与防火的关系建筑材料的高温性能直接关系到建筑材料的高温性能直接关系到建筑物火灾危险性的大建筑物火灾危险性的大小小以及发生火灾后以及发生火灾后火势蔓延扩大的速度火势蔓延扩大的速度。结构材料在火。结构材料在火灾高温下的力学性能还关系到灾高温下的力学性能还关系到建筑物是否会倒塌建筑物是否会倒塌。2022-6-214第二章第二章 建筑材料的高温性能建筑材料的高温性能 2134概述概述混凝土的高温性能混凝土的高温性能其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能钢材的高温性能钢材的高温性

4、能2022-6-2152.1 概概 述述建筑材料高温下的性能包括以下五个方面：建筑材料高温下的性能包括以下五个方面： 指材料燃烧或遇火时所发生的一切物理、化学变化。指材料燃烧或遇火时所发生的一切物理、化学变化。包包括着火性、火焰传播性、燃烧速度和发热量等。括着火性、火焰传播性、燃烧速度和发热量等。1.1.燃烧性能燃烧性能建筑材料的燃烧性能分级建筑材料的燃烧性能分级（GB8624-1997)GB8624-1997)级别符号级别符号 级别名称级别名称 试验方法标准试验方法标准 A A不燃性建筑材料不燃性建筑材料GB5464-99GB5464-99 B B1 1难燃性建筑材料难燃性建筑材料GB862

5、5-88GB8625-88 B B2 2可燃性建筑材料可燃性建筑材料GB8626-88GB8626-88 B B3 3易燃性建筑材料易燃性建筑材料不试验不试验 分级标准中所规定的建筑材料系指在建筑物构配件中使分级标准中所规定的建筑材料系指在建筑物构配件中使用的各类成型材料。建筑物内存放的纺织品及家具类材料用的各类成型材料。建筑物内存放的纺织品及家具类材料等，因不属于建筑材料范畴，故未列入本分级标准中。等，因不属于建筑材料范畴，故未列入本分级标准中。2022-6-216A不燃性建筑材料，不燃性建筑材料，是在火灾发生时不起火、不微是在火灾发生时不起火、不微燃、不炭化，即使烧红或熔融也不会发生燃烧现

6、象燃、不炭化，即使烧红或熔融也不会发生燃烧现象的材料，如的材料，如金属材料金属材料和和无机矿物材料无机矿物材料。 B1难燃性建筑材料，难燃性建筑材料，是在火灾发生时难起火、难微是在火灾发生时难起火、难微燃、难炭化，可推迟发火时间或延缓火灾蔓延，当燃、难炭化，可推迟发火时间或延缓火灾蔓延，当火源移走后燃烧会立即停止的材料，如火源移走后燃烧会立即停止的材料，如经过阻燃的经过阻燃的有机材料有机材料。 B2 可燃性建筑材料，可燃性建筑材料，是火灾发生时，立即起火或微是火灾发生时，立即起火或微燃，且当火源移走后仍能继续燃烧的材料，如燃，且当火源移走后仍能继续燃烧的材料，如木材木材等。等。 B3易燃性建筑

7、材料，易燃性建筑材料，是在火灾发生时，立即起火，是在火灾发生时，立即起火，且火焰传播速度很快的材料。且火焰传播速度很快的材料。 2.1 概概 述述2022-6-2172.1 概概 述述v 材料高温下的力学性能，主要研究在高温作用下力学性材料高温下的力学性能，主要研究在高温作用下力学性能（能（强度强度、弹性模量弹性模量等）随温度的变化规律。等）随温度的变化规律。 材料的强度材料的强度是指材料在外力或应力作用下，抵抗破是指材料在外力或应力作用下，抵抗破坏的能力，以破坏时的最大应力值表示。坏的能力，以破坏时的最大应力值表示。 材料的实际强度通过标准试验来测定，根据受力方材料的实际强度通过标准试验来测

8、定，根据受力方式不同分为式不同分为抗压强度抗压强度、抗拉强度抗拉强度、抗剪强度抗剪强度、抗弯抗弯强度强度等。脆性材料主要以抗压强度来划分，塑性材等。脆性材料主要以抗压强度来划分，塑性材料和韧性材料主要以抗拉强度来划分。料和韧性材料主要以抗拉强度来划分。2.2.力学性能力学性能2022-6-2182.1 概概 述述v 影响因素：影响因素：导热性导热性和和热容量热容量（膨胀、收缩、变形、裂（膨胀、收缩、变形、裂缝、熔化、粉化）缝、熔化、粉化） 材料传导热量的性质称为材料的导热性，用材料传导热量的性质称为材料的导热性，用导热系导热系数数表示。影响材料导热系数的因素是材料的组成和表示。影响材料导热系数

9、的因素是材料的组成和结构。结构。 材料热容量是指材料受热时吸收热量，冷却时放材料热容量是指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。热容量的大小用出热量的性质。热容量的大小用比热比热表示。材料的表示。材料的比热是单位质量的材料在温度变化比热是单位质量的材料在温度变化1K1K时，吸收或放时，吸收或放出的热量。出的热量。 3.3.隔热性能隔热性能2022-6-219常用材料的的导热系数和比热常用材料的的导热系数和比热材料材料导热系导热系数数W/mkW/mk比热比热J/kgkJ/kgk材料材料导热系导热系数数W/mkW/mk比热比热J/kgkJ/kgk钢材钢材花岗岩花岗岩混凝土混凝土粘土砖粘土砖松木

10、松木58583.493.491.511.510.800.80横纹横纹0.170.17顺纹顺纹0.350.350.480.480.920.920.840.840.880.882.52.5泡沫塑料泡沫塑料水水冰冰密闭空气密闭空气0.0350.0350.580.582.332.330.0230.0231.301.304.194.192.052.051.001.00围护材料导热系数小，火灾初期阶段散热量小，使室围护材料导热系数小，火灾初期阶段散热量小，使室内温度很快升高。而材料比热大的材料，在火灾时会内温度很快升高。而材料比热大的材料，在火灾时会吸蓄较大热量，延长火灾初期阶段时间。吸蓄较大热量，延长火

11、灾初期阶段时间。2022-6-21102.1 概概 述述发烟量、发烟速度发烟量、发烟速度4.4.发烟性能发烟性能2022-6-21112.1 概概 述述2022-6-2112v 研究建筑材料的高温性能时，应根据材料种类、使用研究建筑材料的高温性能时，应根据材料种类、使用目的和作用等确定侧重研究的内容。目的和作用等确定侧重研究的内容。 如对于砖石、混凝土、钢材等，由于它们如对于砖石、混凝土、钢材等，由于它们同属同属无机材料无机材料，具有不燃性，应侧重高温，具有不燃性，应侧重高温下的下的力学性能力学性能和和隔热性能隔热性能。 而对于而对于塑料、木材等塑料、木材等，由于为有机材料，由于为有机材料，且

12、在建筑中主要作为装修和装饰材料，所且在建筑中主要作为装修和装饰材料，所以研究应侧重其以研究应侧重其燃烧性能燃烧性能、发烟性能发烟性能及及毒毒害性能害性能。2.1 概概 述述材料燃烧会产生一定毒性的气体。材料燃烧会产生一定毒性的气体。5.5.毒害性能毒害性能2022-6-2113 根据断面形状的不同、钢材一根据断面形状的不同、钢材一般分为般分为型材型材（各种型材如圆钢、角（各种型材如圆钢、角钢、工字钢等）、钢、工字钢等）、板材板材（钢板）、（钢板）、管材管材（钢管）和（钢管）和金属制品金属制品（钢筋混（钢筋混凝土结构用钢筋、钢丝凝土结构用钢筋、钢丝）四大类。四大类。优点：优点：它是在严格的技术控

13、制下生产它是在严格的技术控制下生产的材料，具有强度大、塑性和韧性的材料，具有强度大、塑性和韧性好、品质均匀、可焊可铆、制成的好、品质均匀、可焊可铆、制成的钢结构重量轻等优点。钢结构重量轻等优点。 缺点：缺点：但就防火而言，钢材虽然属但就防火而言，钢材虽然属于不燃性材料，耐火性能却很差于不燃性材料，耐火性能却很差。2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能2022-6-2114v一、钢材的冶炼一、钢材的冶炼n钢的主要成分是铁和碳，它的含碳量在钢的主要成分是铁和碳，它的含碳量在2%2%以下。以下。钢的冶炼主要是将熔融的生铁进行高温氧化，使钢的冶炼主要是将熔融的生铁进行高温氧化，使碳的含量降低到预定范围，

14、杂质含量降低到允许碳的含量降低到预定范围，杂质含量降低到允许范围之内。范围之内。n钢的冶炼方法主要有空气转炉炼钢法、氧气转炉钢的冶炼方法主要有空气转炉炼钢法、氧气转炉炼钢法和平炉炼钢法炼钢法和平炉炼钢法。冶炼过程中，铁被氧化成。冶炼过程中，铁被氧化成氧化铁，影响钢材质量，必须进行脱氧。氧化铁，影响钢材质量，必须进行脱氧。n根据脱氧程度的不同钢可分为根据脱氧程度的不同钢可分为沸腾钢（脱氧不完沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（完全脱氧）和半镇静钢（脱氧程全）、镇静钢（完全脱氧）和半镇静钢（脱氧程度介于沸腾钢与镇静钢之间）。度介于沸腾钢与镇静钢之间）。2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能2022-6-2

15、115炼钢转炉出钢 2022-6-2116v二、钢的分类二、钢的分类n碳素钢碳素钢：以铁、碳为主体，含碳量小于：以铁、碳为主体，含碳量小于2%2%。含。含碳量小于碳量小于0.25%0.25%的为低碳钢；介于的为低碳钢；介于0.25%0.25%0.6%0.6%的的为中碳钢；大于为中碳钢；大于0.6%0.6%的为高碳钢。的为高碳钢。n合金钢合金钢：在普通低碳钢的基础上，加入少量合：在普通低碳钢的基础上，加入少量合金元素，如硅、锰、铬、钛、钒等。可以保证钢金元素，如硅、锰、铬、钛、钒等。可以保证钢的良好塑性、韧性，提高钢的强度。的良好塑性、韧性，提高钢的强度。低合金钢低合金钢合合金元素总含量小于金元

16、素总含量小于5%5%；中合金钢合金元素总含量；中合金钢合金元素总含量为为5 510%10%；高合金钢合金元素大于；高合金钢合金元素大于10%10%。2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能2022-6-2117v三、常用建筑钢材三、常用建筑钢材1.1.普通碳素钢普通碳素钢2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能2022-6-21182.2.低合金结构钢低合金结构钢2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能2022-6-2119Q460低合金高强度钢低合金高强度钢2022-6-21202022-6-2121v四、钢材的热物理特性四、钢材的热物理特性2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能 通常钢材的导热性能随温度

17、升高而递减，常温下导热系通常钢材的导热性能随温度升高而递减，常温下导热系数为数为5858W/m.W/m.，但当温度达到，但当温度达到750 750 时，其导热系数几乎时，其导热系数几乎为常数，约为为常数，约为3030W/m.W/m.。钢材的导热系数大，在高温下容钢材的导热系数大，在高温下容易使其内部的材料温度升高，强度降低，这是造成钢结构易使其内部的材料温度升高，强度降低，这是造成钢结构极易破坏的主要原因之一。极易破坏的主要原因之一。1.1.导热系数导热系数2.2.钢的密度钢的密度37850/skg m钢的密度随温度的变化很小，可取常数钢的密度随温度的变化很小，可取常数2022-6-21222

18、.2 钢材的高温性能钢材的高温性能 当温度升高时，钢构件要发生膨胀。对截面温度均匀分当温度升高时，钢构件要发生膨胀。对截面温度均匀分布的静定结构而言，热膨胀只对变形有影响，不会产生布的静定结构而言，热膨胀只对变形有影响，不会产生附加内力。但当结构和构件的膨胀受到约束时，就会产附加内力。但当结构和构件的膨胀受到约束时，就会产生附加内力，在进行结构反应分析时，必须考虑这种影生附加内力，在进行结构反应分析时，必须考虑这种影响。响。 钢的热膨胀系数钢的热膨胀系数 （特指线膨胀系数）实际随温度的升（特指线膨胀系数）实际随温度的升高会发生变化，但变化幅度不大高会发生变化，但变化幅度不大3.3.热膨胀系数热

19、膨胀系数s参考参考钢结构抗火设计与计算钢结构抗火设计与计算中国建工出版社中国建工出版社2022-6-2123ECCS(European Convention for Constructional ECCS(European Convention for Constructional Steelwork)Steelwork)给出的从室温开始升温时钢的热膨胀与温升的关给出的从室温开始升温时钢的热膨胀与温升的关系，拟合公式为：系，拟合公式为：82540.4 101.2 103 10sslTTl ECCSECCS的建议和欧洲规范的建议和欧洲规范EUROCODE 3EUROCODE 3采用的热膨胀系数为

20、采用的热膨胀系数为51.4 10ssllTm/m/(m )(m )2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能国内在进行钢结构抗火分析时，钢的热膨胀系数一般取常数：国内在进行钢结构抗火分析时，钢的热膨胀系数一般取常数：m/m/(m )(m )51.4 10s2022-6-21242.2 钢材的高温性能钢材的高温性能4.4.钢材的比热钢材的比热 钢材的比热随温度变化钢材的比热随温度变化，近似可由下式来表示：，近似可由下式来表示：82538.1 1020.1 100.473pCTT（KJ/kg.）ECCS建议和英国规范建议和英国规范BS5950：结构钢的不随温度变化的比热为：结构钢的不随温度变化的比热为5

21、20sc J/(kg )J/(kg )2022-6-2125v五、高温下钢材的力学特性五、高温下钢材的力学特性2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能1.1.普通低碳钢普通低碳钢 在高温下钢材强度随温度的升高而降低，降低的幅度因在高温下钢材强度随温度的升高而降低，降低的幅度因钢材温度的高低和钢材种类而不同。钢材温度的高低和钢材种类而不同。普通低碳钢高温下的应力应变曲线普通低碳钢高温下的应力应变曲线 2022-6-21262.2 钢材的高温性能钢材的高温性能2022-6-2127普通碳素钢的高温力学性质普通碳素钢的高温力学性质当钢材温度在当钢材温度在250-300，由于兰脆现象，极限强度比，由于兰脆

22、现象，极限强度比常温时略有提高；常温时略有提高；温度超过温度超过350，强度开始下降；温度达到，强度开始下降；温度达到500时强时强度约为常温时的度约为常温时的1/2，600时约为常温时的时约为常温时的1/3；钢材的钢材的屈服点随温度升高也逐渐降低屈服点随温度升高也逐渐降低。在室温下钢材的。在室温下钢材的屈服强度明显，并呈现锯齿状；温度升高，屈服平台降屈服强度明显，并呈现锯齿状；温度升高，屈服平台降低，且原来的锯齿状逐渐消失；温度超过低，且原来的锯齿状逐渐消失；温度超过400时，低时，低碳钢特有的屈服点消失；在碳钢特有的屈服点消失；在500时约为常温的时约为常温的1 /2。 钢材在高温下强度降

23、低是决定钢结构和钢筋混凝土结构耐钢材在高温下强度降低是决定钢结构和钢筋混凝土结构耐火性能的最重要的因素。火性能的最重要的因素。（钢屋架）（钢屋架）2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能2022-6-2128钢结构屋盖火灾倒塌案例钢结构屋盖火灾倒塌案例建筑名称建筑名称结构类型结构类型火灾日期火灾日期破坏情况破坏情况重庆天原化工厂重庆天原化工厂钢屋架钢屋架1960.2.1820min倒塌倒塌上海文化广场上海文化广场钢屋架钢屋架1969.12倒塌倒塌天津体育馆天津体育馆钢屋架钢屋架1973.5.519min倒塌倒塌长春卷烟厂长春卷烟厂钢木屋架钢木屋架1981.4.5倒塌倒塌北京友谊宾馆剧场北京友谊宾馆

24、剧场钢木屋架钢木屋架1983.1220min倒塌倒塌唐山市棉纺织厂唐山市棉纺织厂钢梁钢梁1986.2.820min倒塌倒塌北京高压气瓶厂北京高压气瓶厂钢屋架钢屋架1986.4.8倒塌倒塌江油电厂俱乐部江油电厂俱乐部钢屋架钢屋架1987.4.2120min倒塌倒塌2022-6-21292022-6-21302.2 钢材的高温性能钢材的高温性能3.3.高强度钢高强度钢2.2.普通低合金钢普通低合金钢 所以预应力构件耐火性能要低于普通钢筋混凝土构件。所以预应力构件耐火性能要低于普通钢筋混凝土构件。在高温下，预应力极易损失，其构件难以正常工作。在高温下，预应力极易损失，其构件难以正常工作。2022-6

25、-2131v六、高温下建筑钢材的变形性能六、高温下建筑钢材的变形性能 钢材的钢材的伸长率伸长率和截面和截面收缩率收缩率随着温度升高总的趋势是增随着温度升高总的趋势是增大的，表明高温下钢材塑性性能增大，易于变形。大的，表明高温下钢材塑性性能增大，易于变形。 钢材在一定温度和应力作用下，随时间的推移，会发生钢材在一定温度和应力作用下，随时间的推移，会发生缓慢塑性变形，即缓慢塑性变形，即蠕变蠕变。 蠕变在温度高于一定值时比较明显，对于普通低碳钢这蠕变在温度高于一定值时比较明显，对于普通低碳钢这一温度为一温度为300300350350，对于合金钢为，对于合金钢为400400450450，温度，温度愈高

26、，蠕变现象愈明显。愈高，蠕变现象愈明显。 蠕变不仅受蠕变不仅受温度温度的影响，而且也受的影响，而且也受应力大小应力大小影响，若应影响，若应力超过了钢材在某一温度下屈服强度时，蠕变会明显增力超过了钢材在某一温度下屈服强度时，蠕变会明显增大。大。 钢材的弹性模量随温度的升高而降低，但降低的幅度比钢材的弹性模量随温度的升高而降低，但降低的幅度比强度要小。强度要小。2.2 钢材的高温性能钢材的高温性能2022-6-21322.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能一、定义：一、定义：二、分类：二、分类：重混凝土重混凝土：表观密度大于：表观密度大于2600kg/m2600kg/m3 3，采用重晶石、铁矿石

27、等采用重晶石、铁矿石等作骨料，对作骨料，对射线、射线、射线有较高的屏蔽能力。射线有较高的屏蔽能力。普通混凝土普通混凝土：表观密度为：表观密度为19002500kg/m19002500kg/m3 3，采用天然的砂、，采用天然的砂、石子作骨科，在建筑工程中使用最广。石子作骨科，在建筑工程中使用最广。轻混凝土轻混凝土：表观密度为：表观密度为8008001900kg/m1900kg/m3 3，包括轻骨料混凝土、，包括轻骨料混凝土、多孔混凝土及无砂大孔混凝土，多用于有保温隔热要求的多孔混凝土及无砂大孔混凝土，多用于有保温隔热要求的墙体、屋面等处，标号高的轻骨料混凝土也用于承重结构。墙体、屋面等处，标号高

28、的轻骨料混凝土也用于承重结构。1、按表观密度、按表观密度2022-6-2133 2 2、按功能：、按功能：结构混凝土、防火混凝土、耐热混凝土、耐结构混凝土、防火混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土酸混凝土2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能v 水泥混凝土水泥混凝土又称普通混凝土（简称为混凝土），是又称普通混凝土（简称为混凝土），是由水泥、砂、石和水所组成，另外还常加入适量的由水泥、砂、石和水所组成，另外还常加入适量的掺合料和外加剂。在混凝土中，砂、石起骨架作用，掺合料和外加剂。在混凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨称为骨料；水泥与水形成水泥浆，水泥浆包裹在骨料

29、表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥浆起润滑作用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工。用，赋予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥水泥浆浆硬化后，则将骨料胶结为一个坚实的整体。硬化后，则将骨料胶结为一个坚实的整体。v 钢筋混凝土（简称钢筋混凝土（简称RCRC），），是经由水泥、粒料级配、是经由水泥、粒料级配、加水拌和而成混凝土，在其中加入一些抗拉钢筋，加水拌和而成混凝土，在其中加入一些抗拉钢筋，在经过一段时间的养护，达到建筑设计所需的强度。在经过一段时间的养护，达到建筑设计所需的强度。它应该是人类最早开发使用的复合型材料之一。它应该是人类最早开发使用的复合型

30、材料之一。 2022-6-2134v可根据不同要求配制不同性质的混凝土。可根据不同要求配制不同性质的混凝土。v混凝土在凝结前具有良好的塑性，可浇制成各种形混凝土在凝结前具有良好的塑性，可浇制成各种形状和大小的构件或结构物；状和大小的构件或结构物；v混凝土与钢筋有牢固的粘结力，能制作钢筋混凝土混凝土与钢筋有牢固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；结构和构件；v混凝土拌合物经硬化后有抗压强度高与耐久性良好混凝土拌合物经硬化后有抗压强度高与耐久性良好的特性；的特性；v混凝土组成材料中砂、石等地方材料占混凝土组成材料中砂、石等地方材料占80%80%以上，以上，符合就地取材和经济的原则。符合就地取材和

31、经济的原则。三、混凝土的优点三、混凝土的优点2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能2022-6-21352.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能四、混凝土的热学性能四、混凝土的热学性能（1 1）导热系数）导热系数（2 2）热膨胀系数）热膨胀系数60(0.0086) 10T2022-6-21362.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能v 虽然受骨料种类、配合比和水分的影响，但影响都不大。虽然受骨料种类、配合比和水分的影响，但影响都不大。混凝土在温度升高时比热缓慢增大。在火灾高温下混凝土混凝土在温度升高时比热缓慢增大。在火灾高温下混凝土的比热可取常值的比热可取常值921921J/kgJ/kg。v

32、 在升温条件下，混凝土由于内部水分的蒸发和发生热膨胀，在升温条件下，混凝土由于内部水分的蒸发和发生热膨胀，密度降低。密度降低。在实际计算时，把混凝土的质量密度看作常数。在实际计算时，把混凝土的质量密度看作常数。24000.56T（3 3）比热：）比热：（4 4）密度：）密度：2022-6-21372.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能五、高温下混凝土的力学性能五、高温下混凝土的力学性能（1 1）抗压强度）抗压强度抗压强度为常压下的抗压强度为常压下的45%几乎完全丧失几乎完全丧失2022-6-2138v混凝土的抗压强度随温度升高而变化的规律是：混凝土的抗压强度随温度升高而变化的规律是： 在温度

33、为在温度为300300以下，以下，混凝土的抗压强度基本上混凝土的抗压强度基本上没有降低，甚至还有些增大；没有降低，甚至还有些增大；当温度超过当温度超过300300，混凝土的抗压强度基本上呈线混凝土的抗压强度基本上呈线性下降趋势。性下降趋势。当温度超过当温度超过600600时，时，强度降低约强度降低约50%50%，800800时降低约时降低约80%80%，破坏形态也明显变化。破坏形态也明显变化。2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能2022-6-2139v 100 300 C 无变化；无变化；v 300 400 C 有微裂纹；有微裂纹；v 600 700 C 裂缝增大、数量增多；裂缝增大、数量

34、增多；v 800 900 C 酥裂、脱落；酥裂、脱落；v 1000 C 以上以上 熔结、熔瘤。熔结、熔瘤。2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能2022-6-2140 混凝土各组成材料的热膨胀不同。混凝土各组成材料的热膨胀不同。在温度超过在温度超过300300情情况下，水泥石脱水收缩，而骨料受热膨胀，由于胀缩况下，水泥石脱水收缩，而骨料受热膨胀，由于胀缩的不一致性，使混凝土中产生很大的内应力，不但破的不一致性，使混凝土中产生很大的内应力，不但破坏了水泥石与骨料间的粘结，而且会把包裹在骨料周坏了水泥石与骨料间的粘结，而且会把包裹在骨料周围的水泥石撑破。围的水泥石撑破。 水泥石内部产生一系列物理

35、化学变化。水泥石内部产生一系列物理化学变化。如水泥主要水如水泥主要水化产物化产物Ca(OH)Ca(OH)2 2，水化铝酸钙等的结晶水排出，使结构，水化铝酸钙等的结晶水排出，使结构变得疏松。变得疏松。 骨料内部的不均匀膨胀和热分解。骨料内部的不均匀膨胀和热分解。如花岗岩和砂岩内如花岗岩和砂岩内石英颗粒膨胀的方向性及晶形转变（在温度达到石英颗粒膨胀的方向性及晶形转变（在温度达到573573，体积快速膨胀），石灰岩中体积快速膨胀），石灰岩中CaCOCaCO3 3的热分解成的热分解成CaO(CaO(在在825)825)，导致骨料强度的下降。，导致骨料强度的下降。2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能

36、v混凝土抗压强度下降的原因混凝土抗压强度下降的原因2022-6-2141v影响混凝土抗压强度的因素影响混凝土抗压强度的因素加热温度加热温度混凝土加热温度越高，抗压强度下降越大。混凝土加热温度越高，抗压强度下降越大。混凝土的组成材料混凝土的组成材料 骨料在混凝土中占绝大部分。骨料的种类不同，性质骨料在混凝土中占绝大部分。骨料的种类不同，性质也不同，直接影响混凝土的高温强度。用膨胀性小、也不同，直接影响混凝土的高温强度。用膨胀性小、性能较稳定、粒径较小的骨料配制的混凝土在高温下性能较稳定、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。采用高标号水泥、减少水泥用量、抗压强度保持较好。采用高标号

37、水泥、减少水泥用量、减少含水量也有利于保持混凝土在高温下的强度。减少含水量也有利于保持混凝土在高温下的强度。2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能2022-6-2142 消防射水消防射水 消防水急骤射到高温的混凝土结构表面时，会使结构产消防水急骤射到高温的混凝土结构表面时，会使结构产生严重破坏。当混凝土结构表面温度达到生严重破坏。当混凝土结构表面温度达到300左右时，其左右时，其内部深层温度依然很低，消防水射到混凝土结构表面急剧冷内部深层温度依然很低，消防水射到混凝土结构表面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

38、外向内的裂缝。当混凝土温度超过现很多由外向内的裂缝。当混凝土温度超过500以后，从以后，从中游离的中游离的CaO遇到喷射的水流，发生熟化，体积迅速膨胀，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。造成混凝土强度急剧降低。2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能v影响混凝土抗压强度的因素影响混凝土抗压强度的因素温度温度常温常温100200300400500600700800%10.75-0.980.76-0.970.75-0.940.71-0. 810.51-0. 640.41-0.590.21-0.280.12-0.182022-6-2143（2 2）混凝土的抗拉强度）混凝

39、土的抗拉强度v 在常温下，混凝土直接受拉容易断裂，断裂前无明显残在常温下，混凝土直接受拉容易断裂，断裂前无明显残余变形。余变形。v 在火灾高温条件下，混凝土的抗拉强度随温度上升明显在火灾高温条件下，混凝土的抗拉强度随温度上升明显下降，下降幅度比抗压强度大下降，下降幅度比抗压强度大101015%15%。当温度超过。当温度超过600600以后，混凝土抗拉强度则基本丧失。以后，混凝土抗拉强度则基本丧失。v 混凝土抗拉强度发生下降的原因是在高温下混凝土中的混凝土抗拉强度发生下降的原因是在高温下混凝土中的水泥石产生微裂缝造成的，混凝土局部出现细缝或开裂，水泥石产生微裂缝造成的，混凝土局部出现细缝或开裂，

40、导致内部钢筋直接暴露在火中。导致内部钢筋直接暴露在火中。2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能2022-6-2144（3 3）混凝土的粘结强度）混凝土的粘结强度v 钢筋与混凝土的粘结强度是钢筋与混凝土在界面的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之间的应力和相互作用，通过这种作用来传递两者之间的应力和协调变形。它的大小对构件的裂缝、变形和承载能协调变形。它的大小对构件的裂缝、变形和承载能力有直接的影响。力有直接的影响。v 在火灾高温作用下钢筋和混凝土之间的粘结强度变在火灾高温作用下钢筋和混凝土之间的粘结强度变化对其承载力影响很大。温度上升，混凝土的粘结化

41、对其承载力影响很大。温度上升，混凝土的粘结强度下降。强度下降。螺纹钢筋表面凹凸不平，与混凝土间机螺纹钢筋表面凹凸不平，与混凝土间机械咬合力较大，因此在升温过程中粘结强度下降较械咬合力较大，因此在升温过程中粘结强度下降较少。少。2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能2022-6-2145（4 4）混凝土的弹性模量）混凝土的弹性模量2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能2022-6-2146v六、混凝土的爆裂六、混凝土的爆裂v 在火灾初期，混凝土构件受热表面层发生的块状爆炸性脱落现在火灾初期，混凝土构件受热表面层发生的块状爆炸性脱落现象，称为混凝土的爆裂。象，称为混凝土的爆裂。爆炸具有突发性，

42、并伴随着大小不同爆炸具有突发性，并伴随着大小不同的响声，可发生在局部，也可能扩大面较大。的响声，可发生在局部，也可能扩大面较大。v 影响爆裂的因素有影响爆裂的因素有 含水率、密实性、骨料的性质、加热的速度、构件施加预含水率、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。应力的情况以及约束条件等。v 防止爆裂的措施防止爆裂的措施 （1 1）设置阻火屏障。）设置阻火屏障。 （2 2）在物体表面喷涂料或涂抹水泥沙浆，并在内设钢丝网。）在物体表面喷涂料或涂抹水泥沙浆，并在内设钢丝网。 （3 3）避免使用石英骨料，粒径不宜过大。）避免使用石英骨料，粒径不宜过大。 （4 4）防止构件

43、断面突变。）防止构件断面突变。 （5 5）降低水灰比。）降低水灰比。2.3 混凝土的高温性能混凝土的高温性能2022-6-2147v 有机材料大都具有可燃性，因此，主要研究其有机材料大都具有可燃性，因此，主要研究其燃烧性能燃烧性能。由于有机材料在由于有机材料在300300会发生碳化、燃烧、熔融等变化，会发生碳化、燃烧、熔融等变化，因此在热稳定方面一般比无机材料差。因此在热稳定方面一般比无机材料差。v 有机材料的特点是重量轻，隔热性好，不易发生裂缝和有机材料的特点是重量轻，隔热性好，不易发生裂缝和爆裂等。爆裂等。v 有机材料的燃烧以热分解的形式进行，即在受热时它先有机材料的燃烧以热分解的形式进行

44、，即在受热时它先发生分解出发生分解出CO,HCO,H2 2,C,Cn nH Hm m等可燃气体，并与空气中的等可燃气体，并与空气中的O O2 2混合混合而发生燃烧。而发生燃烧。v 建筑材料中常用的有机材料有建筑材料中常用的有机材料有木材木材、塑料塑料，胶合板胶合板，纤纤维板维板，刨花板刨花板等。等。2.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能一、有机材料一、有机材料2022-6-21482.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能1.1.木材木材木材的组成：木材的组成：化学组成化学组成:C,H,O,N其它其它物质组成：纤维素和半纤维素；木质素；可提取物、物质组成：纤维素和半纤维

45、素；木质素；可提取物、树脂、挥发性油类；灰分树脂、挥发性油类；灰分木材的容重木材的容重 容重大于容重大于450kg/m3为重杂木，小于为重杂木，小于450kg/m3 为轻为轻杂木；杂木；容重越大，炭化速率越小，裂纹越密，自燃点越高。容重越大，炭化速率越小，裂纹越密，自燃点越高。2022-6-2149 木材的热分解木材的热分解2.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能木材在火灾中的变化木材在火灾中的变化常温加热常温加热水分蒸发水分蒸发热分解热分解炭化炭化燃烧燃烧水分基本蒸发完全；水分基本蒸发完全；150左右开始发生热分解，左右开始发生热分解， 温度越高，热分解速度越快；温度越高，热分解

46、速度越快；200开始焦化变色；开始焦化变色；260达到达到危险温度危险温度，表面出现黑色；，表面出现黑色；300出现小裂纹；出现小裂纹；360出现明显炭化裂纹；出现明显炭化裂纹；360 420达到自燃达到自燃；400炭化层出现规则的龟裂纹，炭化层出现规则的龟裂纹， 裂纹随温度的升高而变短。裂纹随温度的升高而变短。2022-6-21502.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能木材的燃烧木材的燃烧 （一）（一）燃烧过程：燃烧过程：可燃性气体的有焰燃烧可燃性气体的有焰燃烧 木炭的无焰燃烧木炭的无焰燃烧（二）（二）燃烧速度：燃烧速度：单位时间内木材的炭化深度单位时间内木材的炭化深度 0.6

47、mm/min（三）（三）影响因素：影响因素：木材的成分木材的成分 含水量含水量 木材的形状和尺寸木材的形状和尺寸 受火形式受火形式2022-6-21512.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能热重分析表明，纤维素，半纤维素和木质素的热热重分析表明，纤维素，半纤维素和木质素的热解性能差别很大。纤维素热解的温度范围大约在解性能差别很大。纤维素热解的温度范围大约在240-350240-350，半纤维素，半纤维素200-260200-260，木质素，木质素280-280-500500。干燥木材中各成份所占的质量百分比木材种类纤维素半纤维素木质素软 木404423401825硬 木40442

48、03225352022-6-21522.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能2.2.高分子材料高分子材料塑料、橡胶和纤维塑料、橡胶和纤维v 高聚物的燃烧过程高聚物的燃烧过程1、加热：、加热： 热塑性塑料热塑性塑料-容易软化熔融，之后会流动、滴落，容易软化熔融，之后会流动、滴落， 将会促进火灾的蔓延。将会促进火灾的蔓延。 热固性塑料热固性塑料-不软化熔融，直接发生热分解反应不软化熔融，直接发生热分解反应2、分解：不燃性气体，可燃性气体，炭化残渣、分解：不燃性气体，可燃性气体，炭化残渣3、着火燃烧、着火燃烧v 高聚物的燃烧特点高聚物的燃烧特点1、发热量高、发热量高 2、火焰温度高、火焰

49、温度高 3、燃烧速度快、燃烧速度快4、发烟量和毒性大、发烟量和毒性大2022-6-2153v 沿原木年轮方向旋切成大张单板，经干燥、涂胶后沿原木年轮方向旋切成大张单板，经干燥、涂胶后按相邻单板层木纹方向相互垂直的原则组成坯，胶按相邻单板层木纹方向相互垂直的原则组成坯，胶合而成。合而成。使用使用酚醛树脂酚醛树脂、三聚氰胺树脂三聚氰胺树脂做黏合剂的，防火做黏合剂的，防火性能好，不易燃烧。性能好，不易燃烧。使用使用尿素树脂尿素树脂做黏合剂的，因其掺有面粉，所以做黏合剂的，因其掺有面粉，所以防火性能差，易燃烧。防火性能差，易燃烧。难燃胶合板使用难燃胶合板使用磷酸铵、硼酸等阻燃剂磷酸铵、硼酸等阻燃剂浸泡

50、过的浸泡过的薄板制造的板材，其防火性能较好，但仍能燃烧。薄板制造的板材，其防火性能较好，但仍能燃烧。2.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能3.3.胶合板胶合板2022-6-21544.4.纤维板纤维板2.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能v以植物纤维为原料，经纤维分离、成型、热压、干燥以植物纤维为原料，经纤维分离、成型、热压、干燥等工序制成的板材。等工序制成的板材。v使用使用无机胶粘剂无机胶粘剂，纤维板属难燃材料。，纤维板属难燃材料。v使用各种树脂做粘结剂，则随着树脂的不同，纤维板使用各种树脂做粘结剂，则随着树脂的不同，纤维板难燃或可燃。难燃或可燃。v具有一定防火性

51、能的木质刨花人造薄型板材，是以木具有一定防火性能的木质刨花人造薄型板材，是以木质刨花获木质纤维（木片、木屑）为原料，掺加胶黏剂、质刨花获木质纤维（木片、木屑）为原料，掺加胶黏剂、阻燃剂、防腐剂和防水剂等组料经压制而成。阻燃剂、防腐剂和防水剂等组料经压制而成。v该种板材由于阻燃剂的阻燃作用，属于难燃行的建筑该种板材由于阻燃剂的阻燃作用，属于难燃行的建筑材料，广泛用于建筑物的隔墙、裙墙和吊顶等。材料，广泛用于建筑物的隔墙、裙墙和吊顶等。p3.4.5的燃烧性能取决于粘胶剂的性质。的燃烧性能取决于粘胶剂的性质。5.5.难燃刨花板难燃刨花板2022-6-21552.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料

52、的高温性能二、无机材料二、无机材料石材抗压强度随温度变化石材抗压强度随温度变化1.1.石材石材强度明显降低强度明显降低2022-6-2156v2.粘土砖：粘土砖：经高温煅烧，耐火性良好经高温煅烧，耐火性良好v3.砂浆：砂浆：砌筑砂浆、抹面砂浆砌筑砂浆、抹面砂浆(可分为普通抹面砂可分为普通抹面砂浆、装饰砂浆和特殊功能砂浆（防水、绝热、吸浆、装饰砂浆和特殊功能砂浆（防水、绝热、吸音、耐酸等）音、耐酸等）)v4.石膏石膏v（一）装饰石膏板：（一）装饰石膏板：v1、主要原料：石膏、纤维增强材料、外加剂、水、主要原料：石膏、纤维增强材料、外加剂、水v2、特点：重量轻，安装方便、具有较好防火效果、特点：重

53、量轻，安装方便、具有较好防火效果v3、应用：室内墙面和顶棚装修、应用：室内墙面和顶棚装修v（二）纸面石膏板（二）纸面石膏板：难燃板材：难燃板材v带护面纸，用于室内非承重墙和吊顶带护面纸，用于室内非承重墙和吊顶2.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能2022-6-21575.5.玻璃的高温性能玻璃的高温性能v 以石英砂、纯碱、长石和石灰石等为原料，在以石英砂、纯碱、长石和石灰石等为原料，在1550-16001550-1600C C烧烧至熔融，再经急冷而得的一种无定形硅酸盐物质。至熔融，再经急冷而得的一种无定形硅酸盐物质。普通平板玻璃：普通平板玻璃： 在火灾条件下大多在在火灾条件下大多

54、在250250左右，由于其变形受到门、窗左右，由于其变形受到门、窗框的限制而自行破裂。框的限制而自行破裂。夹丝玻璃：夹丝玻璃： 是在玻璃成型过程中，将经过预热处理的金属丝网加入是在玻璃成型过程中，将经过预热处理的金属丝网加入已软化的玻璃中，经压延辊压制而成。已软化的玻璃中，经压延辊压制而成。金属丝网在夹丝玻金属丝网在夹丝玻璃中主要起增大强度作用。璃中主要起增大强度作用。当夹丝玻璃表面受到外力或高当夹丝玻璃表面受到外力或高温作用时，同样会炸裂，但在金属丝网的支撑拉结下，裂温作用时，同样会炸裂，但在金属丝网的支撑拉结下，裂而不散。当温度升高到而不散。当温度升高到700700800800后，夹丝玻璃

55、表面发生后，夹丝玻璃表面发生熔融，会填实已经出现的裂缝，直至整个玻璃软化熔融，熔融，会填实已经出现的裂缝，直至整个玻璃软化熔融，顺着金属丝网垂落下来，形成孔洞，才失去隔火作用。顺着金属丝网垂落下来，形成孔洞，才失去隔火作用。2.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能2022-6-2158v 钢化玻璃钢化玻璃 v 其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度, ,通常使通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载

56、能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性, ,热稳定性热稳定性等，可承受等，可承受200200的温差变化。的温差变化。 2.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能2022-6-2159防火玻璃：防火玻璃：v 1、分类：、分类：v 按用途：建筑用防火玻璃、船用防火玻璃按用途：建筑用防火玻璃、船用防火玻璃v 按结构：复合防火玻璃（按结构：复合防火玻璃（FFB），单片防火玻璃（），单片防火玻璃（DFB）v 按耐火性能：按耐火性能：A类：同时满足耐火完整性隔热性要求类：同时满足耐火完整性隔热性要求 B类：同时满足耐火完整性、热辐射强度要求类：同时满足耐火

57、完整性、热辐射强度要求 C类：满足耐火完整性要求类：满足耐火完整性要求v 按耐火等级：一级：按耐火等级：一级：90min 二级：二级：60min 三级：三级：45min 四级：四级：30min2.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能2022-6-2160v2、复合防火玻璃、复合防火玻璃v 将两片或两片以上的普通平板玻璃用透明防火粘结剂将两片或两片以上的普通平板玻璃用透明防火粘结剂胶结而成的一种防火玻璃，属于阻火隔热型防火玻璃。胶结而成的一种防火玻璃，属于阻火隔热型防火玻璃。v 这种在玻璃正常使用时和普通玻璃一样具有透光性能这种在玻璃正常使用时和普通玻璃一样具有透光性能和装饰性能；发

58、生火灾后，随着火势的蔓延扩大，火和装饰性能；发生火灾后，随着火势的蔓延扩大，火灾区域的温度升高，防火夹层不但能将炸裂的玻璃碎灾区域的温度升高，防火夹层不但能将炸裂的玻璃碎片牢固地粘结在其他玻璃上，而且受热膨胀发泡，厚片牢固地粘结在其他玻璃上，而且受热膨胀发泡，厚度增大度增大810810倍，形成致密的蜂窝状防火隔热层，阻止倍，形成致密的蜂窝状防火隔热层，阻止了火焰和热量向外穿透，从而起到隔火隔热作用。了火焰和热量向外穿透，从而起到隔火隔热作用。v 复合防火玻璃主要用于复合防火玻璃主要用于防火门防火门、窗窗和和防火隔断防火隔断，此外，此外也用于楼梯间、电梯井的某些部位。也用于楼梯间、电梯井的某些部位。2.4 其他建筑材料的高温性能其他建筑材料的高温性能2022-6-2161普通的玻璃遇火普通的玻璃遇火1min炸裂，钢化炸裂，钢化玻璃遇火玻璃遇火5-8min炸裂。炸裂。火灾通过缺口向火灾通过缺口向周围外墙玻璃扩周围外墙玻璃扩散散周围外墙玻璃炸周围外墙玻璃炸裂引燃室内物品裂引燃室内物品2022-6-21622022-6-21632022-6-21642022-6-