一、建筑鋼材的耐火性

建筑鋼材是建筑材料的三大主要材料之一?？煞譃殇摻Y(jié)構(gòu)用鋼材和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋兩類。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)。但就防火而言，鋼材雖然屬于不燃性材料，耐火性能卻很差，耐火極限只有0．15h。

建筑鋼材遇火后，力學(xué)性能的變化體現(xiàn)為：

1．強(qiáng)度的降低

在建筑結(jié)構(gòu)中廣泛使用的普通低碳鋼在高溫下的性能如圖6－8所示。抗拉強(qiáng)度在250～300℃時達(dá)到的最大值（由于藍(lán)脆現(xiàn)象引起）；溫度超過350℃，強(qiáng)度開始大幅度下降，在500℃時約為常溫時的1／2，600℃時約為常溫時的1／3。屈服點(diǎn)在500℃時約為常溫的1／2。由此可見，鋼材在高溫下強(qiáng)度降低很快。此外，鋼材的應(yīng)力—應(yīng)變曲線形狀隨溫度升高發(fā)生很大變化，如圖6－9，溫度升高，屈服平臺降低，且原來呈現(xiàn)的鋸齒形狀逐漸消失。當(dāng)溫度超過400℃后，低碳鋼特有的屈服點(diǎn)消失。

圖6－8　普通低碳鋼高溫力學(xué)性能

普通低合金鋼是在普通碳素鋼中加入一定量的合金元素冶煉成的。這種鋼材在高溫下的強(qiáng)度變化與普通碳素鋼基本相同，在200～300℃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。

圖6－9　普通低碳鋼高溫下應(yīng)力－應(yīng)變曲線

冷加工鋼筋是普通鋼筋經(jīng)過冷拉、冷拔、冷軋等加工強(qiáng)化過程得到的鋼材，其內(nèi)部晶格構(gòu)架發(fā)生畸變，強(qiáng)度增加而塑性降低。這種鋼材在高溫下，內(nèi)部晶格的畸變隨著溫度升高而逐漸恢復(fù)正常，冷加工所提高的強(qiáng)度也逐漸減少和消失，塑性得到一定恢復(fù)。因此，在相同的溫度下，冷加工鋼筋強(qiáng)度降低值比未加工鋼筋大很多。當(dāng)溫度達(dá)到300℃時，冷加工鋼筋強(qiáng)度約為常溫時的1／3；400℃時強(qiáng)度急劇下降，約為常溫時的1／2；500℃左右時，其屈服強(qiáng)度接近甚至小于未冷加工鋼筋的相應(yīng)溫度下的強(qiáng)度。

高強(qiáng)鋼絲用于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。它屬于硬鋼，沒有明顯的屈服極限。在高溫下，高強(qiáng)鋼絲的抗拉強(qiáng)度的降低比其他鋼筋更快。當(dāng)溫度在150℃以內(nèi)時，強(qiáng)度不降低；溫度達(dá)350℃時，強(qiáng)度降低約為常溫時的1／2；400℃時強(qiáng)度約為常溫時的1／3；500℃時強(qiáng)度不足常溫時的1／5。

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，由于所用的冷加工鋼筋和高強(qiáng)鋼絲在火災(zāi)高溫下強(qiáng)度下降，明顯大于普通低碳鋼筋和低合金鋼筋，因此耐火性能遠(yuǎn)低于非預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。

2．變形的加大

鋼材在一定溫度和應(yīng)力作用下，隨時間的推移，會發(fā)生緩慢塑性變形，即蠕變。蠕變在較低溫度時就會產(chǎn)生，在溫度高于一定值時比較明顯，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，蠕變會明顯增大。

普通低碳鋼彈性模量、伸長率、截面收縮率隨溫度的變化情況如圖6－9所示，可見高溫下鋼材塑性增大，易于產(chǎn)生變形。

鋼材在高溫下強(qiáng)度降低很快，塑性增大，加之其熱導(dǎo)率大［普通建筑鋼的熱導(dǎo)率高達(dá)67．63W／（m·K）］，是造成鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)條件下極易在短時間內(nèi)破壞的主要原因。試驗(yàn)研究和大量火災(zāi)實(shí)例表明，一般建筑鋼材的臨界溫度為540℃左右。而對于建筑物的火災(zāi)，火場溫度在800～1000℃。因此處于火災(zāi)高溫下的裸露鋼結(jié)構(gòu)往往在10～15min，自身溫度就會上升到鋼的極限溫度540℃以上，致使強(qiáng)度和載荷能力急劇下降，在縱向壓力和橫向拉力作用下，鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲變形，導(dǎo)致建筑物的整體坍塌毀壞。而且變形后的鋼結(jié)構(gòu)是無法修復(fù)的。

為了提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能，通?？刹捎梅阑鸶魺岵牧希ㄈ玟摻z網(wǎng)抹灰、澆注混凝土、砌磚塊、泡沫混凝土塊）包覆、噴涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料等方法。