混凝土结构防火.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流混凝土结构防火.精品文档.混凝土结构火灾防护技术第一节 火灾和建筑防火基本知识一、燃烧的基础知识1. 燃烧的条件燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和发烟现象。从本质上讲，燃烧是剧烈的氧化还原反应。任何物质的燃烧都有一个由未燃烧状态转向燃烧状态的过程，其发生和发展应具备三个必要条件：可燃物、氧化剂（助燃物）和温度（点火源），三者缺一不可。这三个条件只是燃烧的基本条件，如果可燃物的数量不够多，氧化剂不足或者温度不够高，也不能发生燃烧。因此，要发生燃烧，还必须具备以下的充分条件：（1）一定数量或浓度的可燃物：必须使可燃物质与

2、助燃物有一定的数量或浓度才能发生燃烧，例如氢气在空气中的含量达到4%75%才能着火或爆炸；（2）一定数量的助燃物：助燃物的数量必须足够，可燃物才能燃烧，否则燃烧就会减弱甚至熄灭。测试表明，大多数可燃物质在含氧量低于16%的条件下，就不能发生燃烧，因为助燃物浓度太低的缘故；（3）一定能量的点火源：点火源必须有一定的温度和足够的热量，否则燃烧不能发生；（4）可燃物、助燃物和点火源三者的相互作用：燃烧不仅必须具备可燃物、助燃物和点火源，而且必须满足彼此间的数量比例，同时还必须相互结合、相互作用，否则燃烧将不能发生。2. 燃烧的种类燃烧的类型主要有闪燃、着火、自燃和爆炸等，掌握燃烧类型的基本概念对于了

3、解火灾危险性和预防、扑救火灾十分必要。（1）闪燃：是指在一定温度下，液体或固体表面产生了足够的可燃气体，遇火便能产生一闪即灭的燃烧现象。在规定的试验条件下，液体或固体表面能产生闪燃的最低温度称为闪点。闪燃现象的燃烧时间一般少于5秒，这是因为在闪点温度下，物体表面蒸发速度较慢，而蒸发出来的可燃气体仅能维持短时间的燃烧，所以闪燃一下就熄灭了。闪燃往往是持续燃烧的先兆，闪点是衡量物质火灾危险性的重要参数。为便于防火管理，将闪点小于或等于45C的液体划为易燃液体，闪点大于45C的液体划为可燃液体。（2）着火：是指可燃物在空气中受着火源作用而发生持续燃烧的现象。可燃物开始燃烧所需要的最低温度叫做燃点或着

4、火点。一切可燃液体的燃点都高于闪点，易燃液体的燃点一般比闪点高15C，而且液体的闪点越低，相差就越小。例如，汽油、丙酮等闪点低于0C的液体，这一差值仅为1C；而闪点在100C以上的可燃液体，这一差值可达30C以上。燃点对可燃固体和闪点较高的液体具有重要意义，在控制燃烧时，需将可燃物的温度降至其燃点以下。（3）自燃：是指可燃物在空气中没有外来着火源的作用，靠自热或外热而发生燃烧的现象。根据热源的不同，物质自燃分为本身自燃和受热自燃两种。在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度是该物质的自燃点。（4）爆炸：是指物质急剧氧化或分解反应而产生温度、压力分别急剧增加或两者同时急剧增加的现象（第五章）。

5、在未燃烧介质中传播速度不大于声速的爆炸又称为爆燃，而大于声速的则称为爆轰。在消防工作中经常遇到的是可燃性气体、蒸气、粉尘、液滴与空气或其它氧化介质形成爆炸性混合物所发生的爆炸。可燃气体、蒸气或粉尘与空气混合后遇火产生爆炸的最低浓度称为爆炸下限，通常以体积百分比来表示。3. 燃烧产物由燃烧或热解作用而产生的全部物质称为燃烧产物。燃烧产物通常是指燃烧生成的气体、热量、可见烟雾等。大多数物质的燃烧是一种放热的化学氧化过程，并形成热气的对流与辐射，释放的热量对人体具有明显的生理危害。燃烧产生的气体一般是指一氧化碳、氰化氢、二氧化碳、氯化氢、二氧化硫等。由燃烧或热解作用产生的、悬浮在大气中可见的固体或液

6、体颗粒被总称为烟，其粒径一般在0.01m10m，这种含碳物质大多数是在火灾中由不完全燃烧而产生的。燃烧产物的数量、组成等与燃烧物质的化学组成以及温度、空气的供给情况等有关。燃烧产物对消防安全的影响主要表现为以下几个方面：（1）燃烧产物对燃烧过程的影响：完全燃烧产物在一定程度上有阻止燃烧的作用。在封闭的房间中，随着燃烧的进行，二氧化碳等产物的浓度越来越高，空气中的氧气越来越少，燃烧强度随之逐渐降低。实验证明，当空气中的二氧化碳含量达到30%，一般可燃物就不能发生燃烧。（2）燃烧产物对视力的影响：烟有遮光作用，使能见度下降，会给扑救和疏散工作带来困难，尤其是在空气不足时，烟的浓度更大。（3）燃烧产

7、物对人体的影响：燃烧产生大量的烟和气体，使空气中氧气含量急速降低，加上CO和HCl等有毒气体的作用，使在场人员有窒息和中毒的危险，神经系统受到麻痹。有资料表明，CO浓度达292.5mg/m3时，可使人产生严重的头痛、眩晕等症状；CO浓度达到1.17g/m3时，吸入超过60min可使人发生昏迷；CO浓度达到11.7g/m3时，数分钟内可使人致死。此外，燃烧中产生的烟气包含水蒸气等，温度较高，人在这种高温湿热环境中极易被烫伤。（4）燃烧产物易造成火势蔓延：由于对流和热辐射作用，灼热的燃烧产物可能引起周围其它地方可燃物的燃烧而形成新的起火点，造成火势扩散蔓延。（5）烟能够提供早期的火灾警报：由于不同

8、物质燃烧，其烟气有不同的颜色和嗅味，在火灾初期产生的烟气能够给人们提供火警预报。4. 热传播的途径火灾发生、发展的整个过程始终伴随着热传播过程，热传播是影响火灾发展的决定性因素。其传播途径主要有三种：热传导、热对流和热辐射。热对流是热传播的重要方式，是影响早期火灾发展的最主要因素，而热辐射是火灾处于发展阶段热传播的主要形式。5. 防火的基本措施掌握了物质燃烧的条件，就可以了解预防和扑救火灾的道理。一切防火措施都是为了防止燃烧的三个条件同时发生，所能采取的基本措施是：（1）控制可燃物；（2）隔绝助燃物；（3）消除点火源；（4）阻止火势蔓延。6. 灭火的基本原理根据燃烧的基本条件，任何可燃物产生燃

9、烧或持续燃烧都必须具备燃烧的必要条件和充分条件。因此，火灾发生后，灭火就是破坏燃烧条件、使燃烧反应终止的过程。灭火的基本原理可以归纳为四种：冷却、窒息、隔离和化学抑制。前三种灭火作用主要是物理过程，化学抑制是一个化学过程。不论是使用灭火剂还是通过其它机械方式来灭火，都是利用上述四种原理中的一种或多种综合地来实现的。二、火灾和防火设计基本知识1. 火灾的定义与分类国家标准消防基本术语：第一部分(GB 5907-86)将火灾定义为在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。为便于指导防火和灭火特别是合理选用灭火器材,国家标准火灾分类(GB T 4968-85)按物质的燃烧特性将火灾分为如下四类：A类

10、火灾，是指固体物质火灾，这种物质往往具有有机物质，一般在燃烧时能产生灼热的灰烬，如木材、棉、毛、麻、纸张火灾等；B类火灾，是指液体火灾和可熔化的固体物质火灾，如汽油、煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡火灾等；C类火灾，是指气体火灾，如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气火灾等；D类火灾，是指金属火灾，如钾、纳、镁、钛、锆、锂、铝镁合金火灾等。由我国公安部颁布的火灾统计管理规定（1997年版）按照一次事故所造成的人员伤亡、受灾损失，又将火灾分为以下三类：（1）具备下列情形之一的为特大火灾：死亡10人以上（含本数，下同）；重伤20人以上；死亡、重伤20人以上；受灾50户以上；烧毁财物损失10

11、0万元以上。 （2）具备下列情形之一的为重大火灾：死亡3人以上；重伤10人以上；死亡、重伤10人以上；受灾30户以上；烧毁财物损失30万元以上。（3）不具备前列两项情形的火灾，为一般火灾。2. 消防管理与火灾调查消防管理是随着人类同火灾作斗争的过程中逐渐形成和发展起来的，消防管理属于社会管理的范畴。我国的消防管理自古代起形成和逐步发展，已有两千多年的历史。我国古代火政管理的主要内容概括起来就是设火官、立火禁、修火宪。新中国成立以后，消防管理逐步走上了法制化轨道。1957年11月，经全国人民代表大会常务委员会第86次会议批准，国务院颁布了消防监督条例。1984年5月13日，经第六届全国人民代表大

12、会常务委员会第五次会议批准，国务院颁布了中华人民共和国消防条例。1998年4月29日，经第九届全国人大常委会第二次会议批准，颁布了中华人民共和国消防法（以下简称消防法）。消防法第一条明确提出消防的总任务是“预防火灾和减少火灾危害，保护公民人身、公共财产和公民财产安全，维护公共安全，保障社会主义现代化建设的顺利进行。”消防工作方针是“预防为主，防消结合”，这是我国人民同火灾作斗争的科学总结，它正确地反映了消防工作的客观规律，科学地阐明了防火与灭火的辨证关系。消防工作坚持专门机关与群众相结合的原则。国务院公安部门对全国的消防工作实施监督管理，县级以上地方各级人民政府公安机关对本行政区域内的消防工作

13、实施监督管理，并由本级人民政府公安机关消防机构负责实施。军事设施、矿井地下部分、核电厂的消防工作，由其主管单位监督管理。火灾之后，公安消防机构有权根据需要封闭火灾现场，依据公安部1999年颁布的火灾事故调查规定，负责调查、认定火灾原因，核定火灾损失，查明火灾事故责任。火灾原因调查是一项具有较高科学水平和较深综合知识层次的系统工程，火灾事故调查工作，应当坚持实事求是求是、尊重科学的原则。火灾调查的目的是通过现场勘察、调查访问、物证鉴定、综合分析等手段，确定火灾事故的原因和性质，依据法律对事故的责任者或犯罪分子给予定案处理；同时为研究火灾规律、预防和扑救火灾提供实际依据，更好地从消防管理、安全技术

14、、器材设备等方面总结经验教训，改进消防工作。在总结火灾正反两方面经验和教训的基础上，我国政府和有关主管部门还颁布了许多建筑防火设计的技术规范（表1）。3. 建筑火灾及其防火措施建筑火灾的起因多种多样，归纳起来，大致可分为6类：（1）生活和生产用火不慎；（2）违反生产安全制度；（3）电气设备设计、安装、使用或维护不当；（4）自燃、雷电、静电、地震等自然灾害引起；（5）人为纵火；（6）建筑布局不合理，建筑结构材料选用不当等因素促进火灾蔓延。建筑火灾是一种在有限空间里发生的燃烧。根据室内火灾温度随时间的变化特点，可以将其发展过程分为图1所示的四个阶段： 表1 我国工程设计防火标准标准（规范）名称标准

15、编号最新版本建筑设计防火规范GBJ 16-872001年修订版高层民用建筑设计防火规范GB 50045-952001年修订版人民防空工程设计防火规范GB 50098-982001年修订版建筑内部装修设计防火规范GB 50222-952001年修订版自动喷水灭火系统设计规范GB 50084-20012001年版火灾自动报警系统设计规范GB 50116-981998年版（1）火灾初起阶段（OA段）：室内火灾发生后，最初只是起火部位及其周围可燃物着火燃烧，此时的燃烧如同在敞开的空间里进行的一样。其特点是燃烧范围不大，建筑物本身尚未燃烧，燃烧仅限于起火点附近。初起阶段是灭火的最有利时机，应设法及早发现

16、火灾，并设法将火灾消灭在该阶段。（2）火灾发展阶段（AB段）：在火灾初起阶段后期，局部燃烧迅速扩展，室内温度上升很快，当达到室内固体可燃物全表面燃烧的温度时，被高温烘烤分解、挥发的可燃气体可能使整个房间充满火焰。房间内由局部燃烧向全室性燃烧的突变现象，称之为“轰燃”。此阶段仍是灭火的有利时段。（3）火灾燃烧猛烈阶段（BC段）：轰燃发生后，房间内所有可燃物都在猛烈燃烧，放热量很大，因此房间内温度迅速升高，最高温度可达1100C 1200C。此阶段的灭火通常是很困难的。（4）火灾熄灭阶段（C点以后）：随着室内可燃物的不断减少，火灾燃烧速度递减，温度逐渐下降，进入熄灭阶段。图1 室内火灾时间温度曲线

17、4. 建筑构件的耐火极限及建筑物的耐火等级建筑构件的燃烧性能可大致分为三类：（1）非燃烧体，是指由在空气中遇火烧或高温作用时不起火、不微燃、不炭化的材料做成的构件。如建筑中采用的混凝土、砖、石、金属等。（2）难燃烧体，是指由在空气中遇火烧或高温作用时难起火、难微燃、难炭化且当火源移开后燃烧或微燃立即停止的材料做成的构件，也包括由燃烧材料做成而用非燃烧材料做保护层的构件。如沥青混凝土、经过防火处理过的木材、水泥刨花板、纤维石膏板等。（3）燃烧体，是指由在空气中遇火烧或高温作用时会立即起火或发生微燃且当火源移开后仍继续保持燃烧或微燃的材料做成的构件。如未经防火处理的木材等。建筑构件的耐火极限是指对

18、任一建筑构件按标准时间温度曲线（图2）进行耐火试验，从受到火作用时起，到失去稳定性或完整性被破坏或失去隔火作用时为止的这段时间，以小时(h)表示。失去稳定性是指建筑构件在火作用过程中失去了承载能力或抗变形能力，此条件主要针对承重构件；完整性被破坏是指分隔构件（如楼板、门窗、隔墙等）当其一面受火作用时出现穿透裂缝或穿火孔隙，火焰穿过构件使其背火面可燃物起火，从而失去了阻止火焰和高温气体穿透或阻止其背火面出现火焰的性能；失去隔火作用是指分隔构件失去隔绝过热热传导的性能，使得构件背火面后的平均温度超过初始温度140C或背火面上任一测点温度超过初始温度180C而使邻近可燃材料被燎烤炭化起火。影响建筑构

19、件耐火极限的主要因素有材料的燃烧性能、构件截面尺寸和保护层厚度等。图2 标准的火灾温度时间曲线建筑物必须具备一定的耐火安全储备，以确保在火灾发生时能为人们安全疏散提供必要的时间，为消防人员扑救火灾创造工作条件，并为火灾后对建筑物的修复提供一定的技术可行性。建筑物的耐火性通常用耐火等级来表示。我国现行的建筑设计防火规范将多层建筑的耐火性分为四个等级，其中一级耐火能力最强，四级耐火能力最差。高层民用建筑设计防火规范(GB 50045-95)则将高层建筑耐火等级划分为一、二级。耐火等级的选定，与建筑物的重要性、高度或层数、室内火灾荷载（是指地面或楼板单位面积上可燃物的质量，kg/m2）、造价等因素有

20、关，具体是通过各建筑构件的燃烧性能和耐火极限指标来体现的，而构件耐火极限的选定又取决于我国火灾延续时间的统计数据。对同一建筑中的不同构件，从其对建筑的整体稳定性来说，柱和梁比楼板更为重要。因此，可将楼板的耐火极限作为确定其它构件耐火极限的基准，即对于比楼板重要的构件，应适当提高其耐火极限，否则反之。例如，鉴于我国火灾延续时间在2h、1.5h和1h以内的分别占90%以上、88%和80%，建筑设计防火规范对一级耐火等级的建筑物，取定楼板的耐火极限为1.5h，梁为2.0h，支承单层的柱为2.5h，支承多层的柱为3.0h，而吊顶（包括吊顶搁栅）则为0.25h。在隔断火灾扩散途径方面，墙体起着十分重要的

21、作用。因此，在火灾延续时间调查结果和参考国外建筑防火设计规范的基础上，对各耐火等级的建筑物，我国建筑设计防火规范均取其防火墙的耐火极限为4h。我国现行防火规范对多层和高层建筑各耐火等级相应的建筑构件，要求其燃烧性能、耐火极限分别不应低于表2、表3所列出的规定。表2 多层建筑构件的燃烧性及耐火极限表3 高层建筑构件的燃烧性能和耐火极限第二节 混凝土结构的火灾和高温损伤问题一、混凝土结构的火灾问题1建筑火灾危害虽然钢筋混凝土结构材料本身是不燃烧的，但在室内一定量可燃物燃烧引起的高温作用下，混凝土和钢筋及其粘结等力学性能发生退化，造成建筑构件的损伤或破坏。若重要部位的结构构件遭受严重损伤或破坏，则可

22、能会引起建筑结构的刚度和稳定性下降，甚至会引起建筑物整体倒塌。例如，1974年比利时的一幢三层钢筋混凝土结构房屋在起火75min后倒塌；1993年江西南昌万寿宫商城一幢八层钢筋混凝土底框-砖混结构房屋在火灾中整体倒塌。我国近期发生的典型案例是湖南省衡阳市衡州大厦。该建筑底层为混凝土框架结构，上面是“回”字形的7层（局部8层）砖混住宅楼，总建筑面积约9300m2。由于该建筑一楼商业用房被擅自改作农产品加工作坊和仓库，并存放了大量的聚乙烯薄膜、尼龙绳等可燃物品，2003年11月3日凌晨5时许突发大火并迅速蔓延。衡阳市公安、消防部门迅速组织大量警力赶到火场开展灭火、救援工作，住户全部得以安全撤离。8

23、时37分，由于堆放的聚乙烯薄膜、尼龙绳燃烧的时间长、温度高（可达2000），底层混凝土框架结构（尤其是西北部的5根柱子，图3）的承载性能迅速恶化，导致该建筑西北端区域约3000m2的建筑突然坍塌，最终造成了20名消防官兵殉职、11名消防队员和4名新闻记者受伤的特大火灾和房屋坍塌事故。因此，为了减少火灾对人民生命和财产的严重危害，混凝土结构应在遭遇火图3 衡州大厦一楼平面灾的一定时间内保持足够的刚度、承载力和完整性，以便有效地发挥建筑物的承重和支撑作用，保证室内人员能够安全地撤离火场和消防人员进行灭火等活动。2火灾对钢筋混凝土材料的影响火灾时，混凝土结构经历温度升高直至最高温度，然后降低至常温的

24、过程。按照不同阶段对混凝土结构的承载能力要求，设计时需要考虑在火灾中和火灾后温度对混凝土结构的影响。（1）混凝土在高温下的力学特性火灾高温将使得混凝土材料的抗压强度、抗拉强度和弹性模量产生严重的衰减，具体影响规律已在本书第二章第四节作过介绍，在此不再赘言。 (2) 钢在高温下的力学特性a. 钢在高温下的弹性模量和泊松比钢材的弹性模量E和泊松比是结构性状变化的敏感参数。钢材的弹性模量随温度升高而降低，具体表现为：在0600范围内，弹性模量随温度升高而逐渐降低；当超过600后，其随温度升高而显著下降。钢的泊松比在室温时约为0.29，500为0.30，750为0.34。b. 钢在高温下本构关系钢材在

25、高温下的强度与钢材的冶炼炉种、钢号、冶炼方法等有关。对于普通热轧钢筋，当温度小于300时，其屈服强度降低不到10%，而当温度升高到600时，其屈服强度只剩下常温时的50%左右，屈服台阶亦随温度的升高逐渐消失，如图4所示。对于冷拔钢丝或钢绞线，当受火温度达到200以上时，其极限强度的降低更加明显；而对于高强合金钢筋，在200300之间，强度反而随温度有所提高，随后同冷拔钢筋呈同一趋势下降。图4 高温下钢筋的应力-应变关系(3) 高温对钢筋与混凝土粘结性能的影响钢筋与混凝土之间的粘结力反映钢筋与混凝土界面相互作用的能力，通过粘结作用来传递两者的应力和协调变形。钢筋与混凝土之间的粘结力主要组成部分为

26、：钢筋与水泥胶体的吸附和粘着力，约占总粘结力的10%；混凝土在钢筋环向方向的收缩、钢筋微弯或直径不均匀所产生的摩阻力，约占总粘结力的1520%；混凝土与钢筋接触表面上凹凸不平的机械咬合力，约占总粘结力的75%。在高温作用下，由于钢筋和混凝土之间的差异变形增大，接触面上的剪应力随之增大，加上混凝土抗压强度降低和混凝土内部产生裂缝等原因，从而使钢筋与混凝土的粘结力逐渐降低，直至完全破坏。钢筋与混凝土粘结性能随温度的变化关系如图5所示。火灾引起混凝土结构材料的这些性能退化，将直接引起结构抵抗力的降低。在钢筋混凝土结构设计中，可以通过基于已退化的材料性能指标进行结构整体分析，验算各阶段结构的抗力；通过

27、设计方案的调整来减少火灾对混凝土结构的影响，提高结构的抗火能力。而由于发生火灾时的不同着火位置，迎火面与背火面存在较大的温度分布差异，在混凝土体内会引起不均匀的应变分布场，对于混凝土结构将产生复杂的附加应力场。这同样也会降低结构的抗力，也应通过分析来确定其影响，以便调整方案提高抗火能力。图5 高温下钢筋与混凝土的粘结强度二、混凝土结构的高温损伤问题对混凝土结构而言，火灾将产生一个复杂的、不均匀的温度升高与下降过程。火灾的高温作用对混凝土结构造成的损伤，可以从温变引起的应变场、高温引起材性退化以及体变形作用受到约束造成附加应力等几方面进行分析。这些因素的存在改变了混凝土结构内部的应力状态与抗力机

28、理，因而会出现与常温结构不同的破坏模式。1. 内部不均匀温度场由于混凝土的热传导系数很小，受火后，结构的迎火表面温度迅速升高，而内部的温度增长缓慢，因此形成了不均匀的温度场，其中表面的温度变化梯度较大。随着火灾时间的延续，构件的这种温度场也在不断变化，它取决于火灾的温度-时间过程、构件的形状与尺寸以及混凝土材料的热工性能等。研究发现，结构的初始内力状态、变形和细微裂缝等对其温度场的影响极小。但是，结构的温度场由于改变混凝土内部应力状态，它对结构的内力、变形、裂缝扩展和承载力等产生很大的影响。2.材料性能的严重恶化经历火灾后，在高温时以及降温后，混凝土和钢筋各自的强度、弹性模量以及混凝土与钢筋之

29、间的粘结力锐减，在同样的荷载作用下结构变形猛增。在高温作用下，混凝土还出现开裂、酥松和边角崩裂等外观损伤现象，且随温度的升高这种截面削弱渐趋严重。这是混凝土构件和结构的高温承载力与耐火极限严重下降的主要原因。3.构件截面应力和结构内力的重分布发生火灾后的任意时刻，构件截面会存在不均匀的温度场，它将产生不均匀的温度变形。截面的高温区受到相邻的非高温构件的约束，将引起截面的应力重分布。对大多数混凝土结构，由于结构呈现超静定性，温度变形还将受到支座和节点的约束，继而会产生剧烈的内力重分布。随着温度的变化和时间的延续，混凝土结构将形成一个连续变化的内力重分布过程，并最终导致出现与常温结构不同的破坏机构

30、和形态，影响结构的高温极限承载力。第三节 混凝土结构耐火与高温试验技术一、建筑构件的耐火试验1建筑构件的耐火类别混凝土构件多种多样，但从其耐火性来分，主要包括分隔构件、承重构件以及具有承重和分隔双重作用的承重分隔构件。对分隔构件，如隔墙、吊顶、门窗等，当构件失去完整性或绝热性时，构件达到其耐火极限，即此类构件的耐火极限由完整性和绝热性两个条件共同控制。对承重构件，如梁、柱、屋架等，此类构件不具备隔断火焰和过量热传导功能，所以由失去稳定性单一条件来控制承重构件是否达到其耐火极限。对承重分隔构件，如承重墙、楼板、屋面板等，此类构件具有承重兼分隔的功能，所以当构件在试验中失去稳定性或完整性或绝热性任

31、何一条时，构件即达到其耐火极限。可见，它的耐火极限由三个条件共同控制。对建筑构件进行耐火试验的目的是为了确定这些构件抵抗火烧的能力，即构件的耐火性能。为检验混凝土结构的耐火极限，需要按照标准的方法与程序进行耐火试验。对于不同种类的混凝土构件，要采取各自不同的试验装置。2建筑构件的耐火试验条件构件在受火作用时的实际性能与其经受的温度历程、荷载与约束条件等因素有关。为了具有可比性，需要按照这些标准试验条件进行试验。建筑构件耐火试验方法（GB/T 99781999）规定了标准耐火试验应遵守的升温条件、压力条件、加载条件、约束条件、受火条件和试件要求。只有这样，所得耐火极限才是可靠的。（1）升温条件耐

32、火试验采用明火加热，使试件受到与实际火灾相似的火焰作用。试验时，炉内温度的上升随时间而变化，按下式控制； （1）式中，t是升温时间（min），是t时刻的炉温（）；是炉内初始温度（），应在540范围内。由式（l）绘制的曲线称为标准时间-温度曲线（如图1）。目前，世界上大多数国家都采用这条曲线来进行建筑构件的耐火性试验。在试验中，由于操作及自动控制水平等多方面的原因，要使炉温完全按标准时间-温度曲线升温是有困难的。定义炉温偏离标准温度曲线的偏差值为： （2）式中，A为实际平均炉温曲线下的面积，为标准温度曲线下的面积。这两个面积采用数值计算方法，其中时间间隔应符合：在试验开始10min内不超过1mi

33、n，在1030min内不超过2min，在30min以后不超过5min。对于实际温度曲线偏离标准曲线的程度，试验标准规定：当10min时，15%；当1030min时，10%；当30min时，5%。除炉温按式（1）升温外，还尽可能保持炉内温度均匀一致。试验标准规定，在试验开始10min后的任何时刻，炉温单点最大偏差不应大于100。（2）压力条件为了在炉内与构件背火面之间形成一个压力差，以便观测试件的完整性是否被破坏，试验标准规定了炉内的压力条件。试验开始5min后，炉内应达到以下规定的正压条件：a水平构件在试件底面以下100mm 处的水平面上，炉压为15Pa5Pa；b垂直构件在炉内3m高度，离试件

34、表面100mm处，炉压为15Pa5Pa。试验开始10min 后，炉内应达到以下规定的正压条件：a水平构件在试件底面以下100mm 处的水平面上，炉压为17Pa3Pa；b垂直构件在炉内3m高度，离试件表面100mm处，炉压为17Pa3Pa。（3）加载条件加载的大小，可按下述三种情况选定：试件的工作荷载，试件的设计荷载，根据试件材料的实测力学性能和由现行设计方法确定的试验荷载。由于工作荷载、设计荷载和试验荷载是有差别的，所以实际加载应在试验报告中予以注明。构件的试验荷载，应在试验前一次加足，并在试验过程中保持其大小及方向不变。对于不同的构件，应分别按下述型式加载：a. 墙垂直加载。荷载沿着试件的整

35、个宽度，通过加载梁均匀施加或用千斤顶在选定的各点上施加。b. 梁垂直加载。在梁的计算跨度的1/8、3/8、5/8、和7/8 处四点加载，加载点的最小间距为1m。荷载应通过荷载分配板传递到梁上，分配板的宽度不超过100mm。c. 柱垂直加载。中心受压柱，应沿试件轴线方向加载；偏心受压柱，应采用偏心加载或偏心加载与轴心加载相结合的方法进行加载。d. 楼板、屋顶均匀加载，其任何单点的荷载不应超过总荷载的10。如果必须模拟集中荷载，则加载头与楼板或屋顶表面之间的接触面积分别不得大于400cm2 或总表面积的16。（4）构件的约束及边界条件对于非承重构件，当构件实际使用中不受边缘约束时，则在试验中试件边

36、缘用无约束作用的材料密封；当构件实际使用中受边缘约束时，则在试验中试件边缘应能反映实际使用情况。对于承重构件，应能反映实际情况。如梁两端可做成铰支、固定或弹性连接。（5）受火条件a. 墙一面受火；b. 梁两侧和底部三面受火；c. 柱垂直方向的所有面受火；d. 楼板、吊顶与屋顶下面受火。（6）试件要求试件所用的材料、制作工艺、拼接与安装方法，应足以反映相应构件在实际使用中的情况。构件在使用中如有接缝或接点，则在试验中应该反映。如果接缝或接点的距离大于3m，试件就至少要包括一个垂直接缝和一个水平接缝。同时，在同一试件上，不允许有不同的接缝方式，应按每种接缝方式作相应的试验。墙上如果设有电器盒、穿管

37、、电缆等辅助装置时，则应包括在试件之中。为使试验能够进行而做的安装型式的修改，应对试件无重大影响，并应对修改作详细说明。试件应与实际使用的尺寸相同。如果构件大于试验炉所能容纳的尺寸，则该试件在炉内暴露部分的尺寸不应小于下列规定：a墙高3m、宽3m；b梁计算跨度4m；c柱高3m；d楼板、吊顶与屋顶长4m、宽3m。试件数量为1个，按实际约束/边界条件进行试验，但通常情况也可按无约束/边界进行试验：a. 墙两侧都要求耐火的不对称结构构件，应分别对两侧进行试验。如果预先能够确定其中一侧为耐火薄弱面，也可只对薄弱面进行一次试验；b.梁按实际约束条件进行试验，通常情况下按无约束条件处理；c.柱按实际约束条

38、件进行试验；d.楼板、吊顶与屋顶按实际约束条件进行验证，通常情况按无约束条件处理。试验时，构件强度应达到设计强度。由于含水率会影响构件内热传导，所以试验时构件湿度应与实际使用的构件状态相近。对湿法生产的构件应进行干燥，干燥温度应低于构件使用材料的临界温度，且不能改变组合材料的性质。厚度小于20mm的湿法生产的构件，干燥时间不得少于4周，且厚度每增加10mm，干燥时间另增加1周。3建筑构件的耐火试验装置建筑构件耐火试验装置，包括耐火试验炉、燃烧系统、加载设备、测温仪器、测压仪器、变形测试仪器以及试验框架等。（1）耐火试验炉耐火试验炉是建筑构件耐火试验的主体设备，应满足试件的最小尺寸、升温条件、压

39、力条件以及便于试件安装与试验观测等要求。根据建筑构件的不同形式，试验炉有如下三种型式： a. 墙炉（图6）用于各类墙体、门窗等构件的耐火试验。它象一个狭窄的房间，后面及两侧的墙固定，前面敞开便于安装试件。b. 柱炉专门用于柱子的耐火试验，建造的形式多样。如英国保险商协会研究所的柱炉是对开式的，它由两个半圆形的炉体组成，一半固定，另一半下面装有轮子，可在轨道上移动。向柱加载的压力机活塞安在炉座上面，由下向上加压。c. 梁板炉用于楼板、屋面板、梁、吊顶等构件的耐火试验。它四周固定，炉盖可移动更换，便于安装不同类型的构件。图6 墙炉平面示意图（2）燃烧系统构件耐火试验时，所耗热量是由燃烧系统燃烧油料

40、提供的。燃烧系统的功能直接影响到炉内升温条件和炉内温度的均匀性。a. 燃料的选择：燃烧炉内要模拟火灾的燃烧状况。既要明火燃烧，又要按标准升温曲线升温，所以对燃料要求比较严格。天燃气、煤气等气体燃料，便于控制和调节，易于同空气混合，燃烧充分，烟尘少，对大气污染小，是耐火试验的理想燃料。在条件允许时，应优先选用这类燃料。当无条件选用气体燃料时，轻柴油也可选用。但其凝固点，要低于冬天室内最低气温，否则，燃油可能会在油管中凝固，有碍于试验进行。b. 喷嘴的设置：喷嘴是把燃料喷入炉内燃烧的关键组件。燃料和压力空气在此充分混合，以雾状喷入炉内燃烧。为了满足炉内升温迅速、温度均匀、便于调节的要求，喷嘴应小而

41、多，且喷口要互相错开。c. 炉温控制: 由于标准温度曲线升温快，尤其在开始30min内升温更快，而且在试验中升温速度还不断变化，试验因此要对升温加以控制。炉温控制的方法主要是通过增减燃烧喷嘴的数量，调节喷嘴的油压及风压，调整烟道闸板的位置。（3）加载设备加载设备可采用液压方式、机械方式或荷重块方式，它们应满足下列要求：a加载设备应能模拟均布荷载、集中荷载、轴心荷载和偏心荷载：b试验期间，试验荷载的大小、方向应保持稳定不变；c设备本身变形不应对试件变形测量、热电偶绝缘垫的使用产生影响；d测量设备应不影响试件背火面的空气流通和冷却以及妨碍其他项目的测量、观察和操作。（4）测温仪器a. 炉内温度测量

42、采用丝径为0.751.00mm 的热电偶，其热端伸出套管的长度不少于25mm。试验开始时，热电偶的热端与试件受火面的距离应为10010mm；试验过程中，上述距离应控制在50150mm 之内。热电偶应保持良好的工作状态，累计使用20h后，应使用热电偶校验机校验。试验过程中标准温度、单点温度、平均温度以及偏差温度应能随时显示。b. 试件背火面温度测量采用丝径为0.5mm 的热电偶，其热端应与直径为12mm、厚度为0.2mm 的圆形铜片的圆心焊接。铜片用长、宽均为30mm、厚度为2.00.5mm 的石棉衬垫或类似材料覆盖，该材料的密度为900100kg/m3、导热系数为0.1170.143W/(m.

43、K)。石棉衬垫或类似材料可用耐热胶粘贴在试件表面上，但铜片与试件表面之间不应有任何残留胶浆。热电偶产生的电信号可经温度变送器或直接送到记录仪或计算机，试验过程中，平均温度、单点温度应能随时显示。c. 试件内部温度测量采用与被测温度范围相适应的热电偶。应把热电偶安装在试件内部选定的部位，但不能因此影响试件的性能。热电偶的热端应保证有50mm 以上的一段处于等温区内。（5）炉压测试仪器可采用压力传感器。传感器应能准确测量静压头，不应布置在易受火焰或烟气直接冲击的地方。炉内压力可通过控制通风和调节烟道闸板来调节。（6）试件变形测试仪器可采用机械、力学、光学或电子技术方式测量。（7）仪器、设备精度a.

44、 温度测量设备：炉内温度，15；试件背火面温度，4；试件内部温度，10；b. 炉压测量设备：3Pa；c. 荷载测量设备：应加荷载值的2.5；d. 时间测量设备：2s；e. 试件变形测量设备：轴向收缩或膨胀，0.5mm；其他变形，2mm；f. 试件缝隙测量探棒：直径6mm的，0.1mm；直径25mm的，0.2mm。4建筑构件的耐火试验程序（1）试件设计、安装、加荷试件的安装应满足约束及边界条件和受火条件，并应满足最小尺寸限制。承重构件应至少在试验开始前15min加荷到试验值，并保持恒定不变。如采用自动调节方法维持荷载的恒定，该系统应进入工作状态。在试验过程中，当试件出现变形时，应具有快速响应能力

45、，以保持荷载恒定不变。如果试验结束时试件尚未破坏，应立即卸荷。（2）试验的开始与结束试验开始之前，应检查热电偶记录下来的环境温度。当试验炉内接近试件中心的热电偶记录到50时，便可将该时刻作为试验的开始时间；同时所有手动及自动测量观察系统都应开始工作。试验应按有关规定进行测量和记录。当试件达到耐火极限的判定条件时，试验应立即终止。但当试验目的是验证构件的耐火极限是否能达到某个给定值，虽没出现判定条件所指出的状态，但已达到给定的时间时，试验也可结束。（3）测量与观察a. 炉内温度的测量温度测量应连续进行或每隔2min测量一次。热电偶的布设规定如下：对水平或垂直分隔构件试件，表面1.5m2范围内至少

46、有一个热电偶，热电偶总数不得少于5个；对横梁，在每隔1m长度上至少有2个热电偶，热电偶总数不得少于6个；对柱子，在每隔lm高度上至少有1个热电偶，热电偶总数不得少于6个，呈螺旋形布置。b. 试件背火面温度测量温度应连续测量或每隔2min进行一次。热电偶按下述规定布置：水平或垂直分隔构件，热电偶数量不得少于5 个，其中一个设在试件的中心，其余分设在试件各四分之一部位的中心。热电偶应距离接缝、边缘、螺栓、螺钉头以及金属连接件至少50mm。对于瓦垅或肋形结构，热电偶的数目可以增加，最厚处和最薄处的热电偶数目应相同，但试件槽沟或凸脊的尺寸应满足热电偶与该试件表面完全接触。背火面的平均温升计算时，如有某

47、个热电偶失灵，可用其余平均值。c. 试件内部温度测量测量应按前述有关规定连续进行或每隔2min进行一次。d. 炉内压力测量测量应连续进行或每隔2min测量一次。e. 试件变形的测量从加载开始至试验结束，试件变形应连续测量。对墙，测量其中心点水平方向的变形值；对板，测量其中心点垂直方向的变形值；对梁，测量其跨中垂直变形值；对柱，测量其轴向变形值。f. 试件完整性的测量在试验过程中，当试件有火焰和气体在孔洞或其他空隙出现时，都应在这些出现处用棉垫进行测量。棉垫与试件之间保持2030mm的距离，并应将棉垫中心靠近裂纹，测量时间1030s。如果棉垫前一次使用时已经吸潮或被烧焦，就不应再使用。棉垫尺寸为长100mm、宽100mm、厚30mm。棉垫应由新的、未染色的柔软棉纤维制成，不应混有人造纤维，其重量为34g。棉垫使用前应先放入1055的干燥箱中，干燥时间不得少于30min。干燥后在干燥箱内存放24h。在进行完整性测量时，应将棉垫安装在为图6-7所示的框架内。棉垫试验不适用于炉内负压区。如果试验裂缝或开口在负压区，可采用临时增加炉压的方法进行完整性测量。在试验过