1、建筑火灾的被动防治对策,内 容,建筑材料高温下的性能 建筑构件的耐火性 建筑材料的燃烧性能及其测定方法 阻燃与消烟 阻燃材料及应用,引 言,建筑材料的分类 使用功能分 结构材料：防火安全方面主要考虑耐火性 装修材料：主要考虑其燃烧性能 种类来分 无机材料：混凝土、砖、石材、建筑陶瓷、建筑玻璃、钢铁等金属 有机材料：建筑木材、建筑塑料、装修及装饰性材料、有机涂料等 复合材料：各种功能性复合材料,引 言,建筑材料高温下性能 力学性能 隔热性能 燃烧性能 发烟性能 毒性性能,常用建筑材料在高温下的性能,混凝土 水泥、石子、沙、水组成 力学性能取决于组成成分和硬化环境 抗拉强度只有抗压强度的1/8-1
2、/12 添加钢筋增加抗拉强度 力学性能会随温度发生变化,常用建筑材料在高温下的性能,物体在外力作用下都要或多或少地发生形变。当形变不超过某一限度时，撤走外力之后，形变能随之消失，这种形变称为弹性形变。发生弹性形变时，物体内部产生恢复原状的内应力。弹性模量是反映材料形变与内应力关系的物理量，是工程技术中常用的参数。又称杨氏模量。弹性材料的一种量重要、最具特征的力学性质。是物体变形难易程度的表征。定义为理想材料有小形变时应力与相应的应变之比。E以单位面积上承受的力表示，单位为牛/米2。模量的性质依赖于形变的性质。剪切形变时的模量称为剪切模量，用G表示；压缩形变时的模量称为压缩模量，用K表示。,混凝
3、土力学性能 弹性模量E=/ 决定结构的稳定性 200时为常温下的一半 400时为常温的15% 600时为常温下的5% 水泥石与骨料在高温下产生差异，两者之间出现裂缝，组织松弛，混凝土脱水，内部空隙率增加。,常用建筑材料在高温下的性能,常用建筑材料在高温下的性能,混凝土力学性能 抗压强度 基本随温度升高而线性下降 300 抗压强度最大 600时为常温下的45% 1000时丧失强度 热膨胀系数不同，水泥石脱水收缩，骨料受热膨胀，内部产生很大应力，把水泥石撑破。 水泥中的水化产物的结晶水排出，使结构疏松。 骨料内部不均匀膨胀的热分解，导致骨料强度下降。,常用建筑材料在高温下的性能,混凝土力学性能 抗
4、拉强度 直线下降 600丧失抗拉能力 受热膨胀，产生应力，导致裂缝。,常用建筑材料在高温下的性能,钢材 普通钢筋 弹性模量 0 T 600 ： ET/ET0 = 1.0+T/2000ln(T/1100) 600 T 1000 ： ET/ET0 = (690-0.69T)/(T-53.5),常用建筑材料在高温下的性能,普通钢筋 抗拉强度 与钢的型号、冶炼方式有关 一般200 -300时达到最大，然后开始急剧下降,常用建筑材料在高温下的性能,预应力钢筋 抗拉强度对温度的变化更为敏感 175以下时略有升高 500时只有常温下的30% 750 丧失抗拉强度 结构钢材 受火后抗拉性能变化很快 500时大
5、约降到55 600时大约降到15% 700 时挠度超过13.3% 15分钟左右软化倒塌,预应力钢筋的抗拉强度随温度的变化,常用建筑材料在高温下的性能,钢材耐火极限低的原因 导热系数大，热量传递快在0-700的范围内 ：内部存在缺陷 高温时原子离开平衡结点形成空位，削弱了原子的结合力 空位处容易形成应力集中，开始受到破坏 提高耐火性能的措施 防火隔热材料包裹 喷涂防火涂料,常用建筑材料在高温下的性能,木材 木材燃烧特性 表面形成炭化层，减慢燃烧速率 100分解，240270点燃，400自燃 木材的耐火处理 加压浸注方法 常压浸注 喷涂防火涂料 加隔热保护层或饰面板,常用建筑材料在高温下的性能,木
6、材 木材在受火条件力学性能不受影响，未燃部分仍具有承受能力 梁或隔栅等受弯构件若木材的残余厚度30mm，等于容许应力的2.25倍；若残余厚度30mm，等于容许应力的1.75倍。 对于受拉构件， 等于容许应力的2.25倍； 对于柱、杆等受压构件若木材的残余厚度 30mm，等于容许应力的2.0倍；若残余厚度30mm，等于容许应力的1.5倍.,常用建筑材料在高温下的性能,部分其它建材 粘土砖 硅酸盐砖 石膏板、石膏块 普通平板玻璃 加丝玻璃 花岗岩等天然材料 砂浆抹灰层,常用建筑材料在高温下的性能,部分其它建材 胶合板、纤维板 水泥刨花板或木丝板 塑料板 专用绝热材料,建筑构件的耐火性,标准火灾环境
7、 标准火灾曲线:实验炉内气相温度按照规定的温升曲线变化 CIB温升曲线： 标准火灾实验炉 与实际室内温升曲线存在区别,国际标准火灾曲线,标准火灾曲线与实际室内火灾温升曲线的比较,建筑构件的耐火性,火灾严重性与构件的耐火性 当量面积假设两个火灾环境，各自的温升曲线与基准线围成的面积相同， 则两者的火灾严重程度相同。 火灾载荷与火灾严重性关系表 注意问题,当量面积假设,建筑构件的耐火性,火灾严重性与构件的耐火性 Law的构件耐火要求公式:基于绝热柱体实验 Peterson方法 依靠计算得到的温升曲线确定构件的防火要求 基本思想：建立热平衡方程，根据释热速率和散热速率得到室内温升速率，依次计算火对构
8、件的影响。,建筑构件的耐火性,建筑构件耐火极限的划定 建筑构件的分类 分隔构件、承重构件、具有承重和分隔双重作用的构件 建筑构件的不同受火条件 一面受火：墙壁、门窗、隔板 下方受火：楼板、屋面板、吊顶 两侧和底面受火：横梁 四面受火：立柱,建筑构件的耐火性,建筑构件达到耐火极限的条件 失去稳定性：构件在试验中失去支持能力或抗变形能力。 坍塌; 挠度超过跨度的1/20; 失去完整性：构件出现穿透性裂缝或孔隙，不再具有阻止火焰和高温烟气穿过的能力。 失去绝热性：构件失去隔绝过量热传导的能力。 背火面测点测得的平均温度超过初始温度140； 任一点温度超过初始温度180,建筑构件的耐火性,提高建筑构件
9、耐火性的途径 在钢筋混凝土构件外设加保护层 在钢构件表面加耐火保护层 设置耐火吊顶 适当加大构件的截面 采取和合理的耐火构造设计 加强有关缝隙的封堵,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,建筑材料燃烧性能分级表,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,建筑材料不燃性试验法(GB/T 546485) 判定材料是否具有不燃性的方法，不反应火灾危险性 实验要求和过程 均质材料判定条件 炉内平均温升不超过50； 试样表面平均温升不超过50； 试样中心平均温升不超过50； 试样平均持续燃烧时间不超过20秒; 试样平均失重率不超过50%。,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,复合材料判定条件 按GB/T 8625进行测试，
10、每组试件的平均剩余长度35cm(其中任一试件的剩余长度20cm)，且按每次的平均烟气温度峰值125，试件背面无任何燃烧现象； 按GB/T 8627进行测试，其烟气密度等级(SDR)15； 按GB/T 14402和GB/T 14403进行测试，其材料热值4.2MJ/kg。且试件单位面积的热释放量小于6.8 MJ/m2； 材料燃烧生成烟气毒性的全不致死浓度LC025mg/L。,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,建筑材料难燃性试验法(GB/T 862588) 装置：燃烧竖炉和控制仪表 实验要求：试件个数、尺寸、质量恒定、燃烧过程等 竖炉试验合格判据 试件燃烧的剩余长度平均值应大于150mm，其中没有一
11、个试件的燃烧剩余长度为零； 没有一组试验的平均烟气温度超过200。 本试验合格后，同时按GB/T 8626进行测试，其烟密度等级(SDR)75时，其材料燃烧性能判定为B1级(难燃材料)。,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,建筑材料可燃性试验方法(GB/T 862688) 实验装置：燃烧实验箱、燃烧器、实验支架等 实验条件：试件个数、尺寸、温度、湿度要求等 判定条件 对下边缘未加保护的试件，在底边缘点火开始后20秒内，五个试件火焰尖均未到达刻度线。 对下边缘加以保护的试件，除符合前项规定外，应附加一组表面点火试验，点火开始后的20秒内，五个试件火焰尖均未达到刻度线。 不允许有燃烧滴落物引燃滤纸的现
12、象。,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法(GB/T 862788) 测定建筑材料在燃烧或分解时产生烟量的试验方法 试件数量3个，表面平整，厚度均匀，无飞边和毛刺 每隔15秒钟记录烟对光的吸收率值，每次试验4分钟 烟密度等级,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,其它测试方法 氧指数(OI)的试验法 判断聚合物材料的可燃性 在规定试验条件下，刚刚能支持材料继续燃烧所需要的最低氧浓度:OI=O2/(N2+O2)100% 试验装置主要由燃烧筒和供气部分组成。 根据氧指数划分材料 20以下，易燃 2531，阻燃 3540，不燃 影响因素,氧指数测试装置,建筑材料的燃烧性能及其
13、测定方法,其它测试方法 垂直燃烧试验法 在规定条件下，对垂直放置的，具有一定尺寸的试样施加火焰后的燃烧行为进行分类的方法 装置：燃烧箱、本生灯、试样夹 试样要求 实验过程 根据试验结果对材料的分级 FV-0 FV-1 FV-2,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,其它测试方法 水平燃烧试验法 适应条件 装置 试件要求 实验过程 记录燃烧时间和长度 获取燃烧速度,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,其它测试方法 热分析法程序温度下测量材料物理性质与温度关系 热重法：测量材料的质量与温度关系获取热分解信息。 差热分析法：测量试样与参比物之间的温度差与温度关系粗略确定反应中热量变化。 差式扫描量热法：测量试
14、样与参比物的功率差与温度关系直接测量热效应。,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,对某些特定用途材料的特别规定 铺地材料 根据热辐射通量确定燃烧性能 窗帘幕布类纺织物材料 根据损毁长度、持续燃烧时间、阴燃时间、氧指数 电线电缆套管类塑料材料 根据氧指数、烟密度等级、垂直燃烧法等 管道隔热保温用泡沫塑料 根据氧指数、燃烧时间和高度、烟密度等级,建筑材料的燃烧性能及其测定方法,防火涂料的性能测试 大板燃烧法(GB/T 15442.2) 以一级五层胶合板为试验基材，按500g/m2涂覆防火涂料，进行燃烧，测定背面温度到达220oC或试板出现裂缝的时间，测试的是耐燃性。 隧道燃烧法(GB/T 15442.
15、3) 以小隧道炉测试防火涂料的火焰传播特性，主要记录火焰每隔15s传播的长度。 小室法(GB/T 15442.4 以燃烧失重、炭化体积来评定防火涂料的好坏。,阻燃与消烟,阻燃性 使材料减慢、终止或防止热辐射的特性 降低聚合物可燃性的方法 合成材料 添加阻燃剂 阻燃机理 凝聚相机理：阻止聚合物的热分解和释放可燃气体 气相机理：对分解出的可燃气体的燃烧反应进行阻止 中断热交换机理 ：将反馈到聚合物的热量带走或隔热,阻燃与消烟,阻燃剂的组成及分类 按使用方法阻燃剂可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两类 添加型：通过机械混合方法加入到聚合物中 反应型：阻燃剂作为单体参加反应，聚合物本身具有阻燃成分 按所
16、含元素阻燃剂又可分为磷系、卤系、氮系和无机系等几类 按阻燃作用阻燃剂可分为化学作用和物理作用两类,阻燃与消烟,无机阻燃剂 含磷无机阻燃剂 优点：热稳定性好、不挥发、不产生腐蚀性气体、效果持久、毒性低 原理：受热分解生成磷酸，使聚合物表面脱水形成炭膜，起隔热阻燃作用 红磷阻燃剂 制备 防水处理 特点 阻燃机理,阻燃与消烟,聚磷酸铵阻燃剂 磷、氮含量高 不易发生化学反应 分散性好、毒性低 廉价 多用于膨胀型防火涂料 遇火分解，使炭化剂脱水、发泡剂发泡 用途广泛 改进型,阻燃与消烟,无机阻燃剂 氢氧化铝阻燃剂 无机阻燃中用量最多 用途：主要用于脂类材料、热塑性塑料的阻燃 阻燃机理：吸热降温，炭化隔热
17、 改善性能的方法 氢氧化镁阻燃剂 功能：阻燃、抑烟、阻滴、抗酸、填充 机理：吸热降温、脱水炭化 限制：表面极性大、塑料中的分散性和相容性差 应用：烯类等高分子材料中,阻燃与消烟,无机阻燃剂 锑系阻燃剂 本身没用阻燃作用 阻燃机理 隔热、隔氧 与卤系阻燃剂组合捕捉活性自由基 硼酸锌 优点：热稳定性高、粒度细、无毒 阻燃机理 中断链反应 生成炭化层和固熔物，隔热、隔氧 释放结晶水，吸热降温,阻燃与消烟,有机阻燃剂 有机磷系阻燃剂 主要阻燃剂：各类磷酸脂 阻燃机理：分解生成偏磷酸，使材料脱水炭化，隔氧 磷酸三(1,3-二氯丙基)酯 磷酸三甲苯酯 四(羟甲基)氯化磷 丙烯酰铵磷酸酯,阻燃与消烟,有机阻
18、燃剂 有机卤系阻燃剂 阻燃机理： 分解生成溴化氢，隔绝空气 溴化氢捕捉自由基，中断反应 与Sb2O3反应生成SbBr，隔绝空气 典型阻燃剂 十溴联苯醚 四溴双酚A 氯化石蜡 氯化磷腈聚合物,阻燃与消烟,消烟机理与消烟剂 减少烟气生成的主要办法是在使用阻燃剂的同时加入抑烟剂。 无机阻燃剂消烟机理 降低材料的热分解能力 捕捉烟气中的HCl 减少含苯产物的生成 阻燃剂或消烟剂的使用大大改进了材料的燃烧性能。 “四E”原则 经济(Economy) 效率(Efficiency) 生态(Ecology) 节能(Energy),阻燃材料及其应用,阻燃性塑料 速率阻燃的主要手段是添加阻燃剂 阻燃性塑料的分类
19、按在加热和冷却的条件下，分为阻燃热塑性塑料和热固性塑料。 按塑料的应用，可将阻燃塑料分为通用、工程和特种三类。 阻燃性塑料制品的实例 阻燃高抗冲聚苯乙烯粒料 阻燃聚乙烯塑料,阻燃材料及其应用,阻燃性橡胶 橡胶分类及阻燃 大分子主链只含碳、氢的橡胶 大分子主链除含碳、氢外，还含有其它元素原子的橡胶 含卤素的橡胶 阻燃机理 阻燃橡胶的加工工艺,阻燃材料及其应用,阻燃性纤维材料 阻燃机理 降低材料的可燃性，这是纤维阻燃改性的主要方式； 改变燃烧的反应方向； 产生不燃气体，稀释基材表面上的氧气； 阻燃剂吸热分解； 在表面上生成不挥发炭质或玻璃状薄层以阻断氧气，降低热传导。 阻燃剂的要求,阻燃材料及其应
20、用,阻燃性纤维材料 纤维阻燃剂的改性方法 纤维合成中应用阻燃共聚单体。 在聚合物中应用阻燃添加剂。 用阻燃单体对纤维进行接枝共聚。 对纤维和织物用阻燃剂整理。 用阻燃剂涂层保护基材。,阻燃材料及其应用,阻燃性纤维材料 各种纤维材料的阻燃改性和阻燃剂 木材 棉和其他纤维素制品 醋酸纤维和三醋酸纤维 毛类织物 聚酯纤维 聚烯烃纤维 混纺纤维,阻燃材料及其应用,防火涂料 特殊性能 涂层具有不燃性或难燃性 能阻止燃烧或对燃烧的拓展有延滞作用 防火涂料的分类 用途：饰面型、电缆型、钢结构、透明 原理：膨胀型、非膨胀型 膨胀型防火涂料 在高温作用下，涂层发生膨胀炭化，形成很厚的不燃的海绵状炭质层，切断热量传递，达到阻燃作用。,阻燃材料及其应用,防火涂料 膨胀型防火涂料的组成 基料保证正常条件下的使用性能； 水性树脂 含氮树脂 脱水成炭催化剂促进和改变涂层的热分解过程； 成炭剂泡沫炭化层的物质基础； 发炮剂实现高温膨胀； 有机难燃剂增加涂层的阻燃能力和难燃性； 颜填料着色用； 辅助溶剂提高强度。,
