第十三章 建筑材料防火技术

第十三章 建筑材料防火技术

第一节 建筑材料对火的反应特性

一、建筑材料的分类

在建筑工程中，各种建筑材料的性质、性能、规格、品种等因素将直接影响房屋的使用、坚固和耐久性，也影响着建筑的结构形式和施工方法。尤其是建筑材料的耐火性能决定了建筑物的耐火等级；建筑材料的燃烧性能是决定起火难易程度及火灾扩大蔓延速度的基本因素之一。掌握建筑材料的有关性质、性能，对施工人员正确选用建材具有很重要的作用。

建筑材料因组分各异，用途不一，其品种是繁多的。按照基本成份，建筑材料的分类如表13—1所示。

表13—1 建筑材料按基本成分的分类

金属材料 黑色金属 钢、铁

有色金属 铝、铜、铅及其合金等

非

金

属

材

料 无

机

材

料 天然石材 花岗岩、石灰岩、大理岩等

烧土制品及及玻璃 砖瓦、陶瓷、玻璃等

胶凝材料 气硬性胶凝材料 石灰、石膏、水玻璃

水硬性胶凝材料 各种水泥

以胶凝材料为基料的人造石 混凝土

砂浆

石棉水泥制品

硅酸盐建筑制品

有机材料 木材、沥青、涂料、橡胶等

复合材料 金属—非金属材料、非金属—金属材料

无机—有机材料、 有机—无机材料

建筑材料按其在建筑中的主要用途可分为：结构材料、构造材料、防水材料、地面材料、饰面材料、绝热材料、吸声材料、卫生工程材料及其他特殊材料。

建筑材料按照燃烧性能可分为不燃性建筑材料(A级)、难燃性建筑材料(Bl级)、可燃性建筑材料(B2级)和易燃性建筑材料(B2级)四级。

建筑材料的燃烧性能依据其在明火或高温作用下，材料表面的着火性和火焰传播性、发烟、炭化、失重以及毒性生成物的产生等特性来衡量。

1. 不燃性建筑材料(A级)

不燃性建筑材料(A级)是指按GB5464检验方法对建筑材料进行检验，若试样表面、试样中心、炉内的平均温升未超过50℃，平均持续燃烧时间不超过20s，平均失重未超过原试样的50％，则该材料可定为不燃性建筑材料。

2.难燃性建筑材料(Bl级)

难燃性建筑材料(Bl级)是指按GB8625检验方法对建筑材料进行检验，若试样燃烧的剩余长度平均值大于150mm，其中没有一个试样的燃烧剩余长度为零。且没有一组试验的平均烟气温度超过200℃，则该材料可定为难燃性建筑材料。

3.可燃性建筑材料(B2级)

可燃性建筑材料(B2级)是指按GB8626检验方法对建筑材料进行检验，若试样符合下述规定均可 337 确定为可燃性建筑材料，一是对下边缘未加保护的试件，在底边缘点火开始后的20s内，五个试件火焰尖头均未到达刻度线；二是下边缘加以保护的试件，除符合上述规定外，在附加一组表面点火试验，在点火开始后的20s内，五个试件火焰尖头均未到达刻度线。

4.易燃性建筑材料(B2级)

易燃性建筑材料(B2级)是指当建筑材料按GB8626试验方法进行检验未通过时，即可定为易燃性建筑材料。

一般地说，非金属材料和无机材料属于不燃性建筑材料，如钢、铁、砖瓦、陶瓷等；有机材料属于可燃性建筑材料，如木材、沥青、塑料等；复合材料属于难燃性建筑材料。

二、主要建筑材料对火的反应

建筑材料的耐火性能是指材料在受到火烧或高温作用下的燃烧性能和抵抗火烧的时间长短。一般来讲，不燃性建筑材料具有较好的耐火性能，如混凝土、砖瓦等。但有些材料虽具有不燃性，但在火灾的高温作用下，材料的温度升高到某一范围(或到达某一级限值)时，强度便大幅度的下降。如钢材在20℃时强度为4500kg／cm2，在485℃时为2780kg／cm2，几乎降到原来的50％，而到614℃时，钢材强度就只有700kg／cm2，几乎失去承载能力。

为了提高金属结构的耐火性能，就必须设法推迟金属结构材料达到极限温度的时间，其方法是在构件表面粘隔热的保护层。

下面就一些常用建筑材料的燃烧和耐火性能作一介绍，以便在建筑设计、施工时采取防火措施：

(一)木材

木材在建筑上应用十分普遍，多用作建筑结构材料和装饰装修材料。

1.木材起火燃烧形式

(1)用明火点燃

木材是可燃性的建筑材料。木材在温度升高的同时分解出可燃气体。不断地用明火加热，木材将连续地分解可燃气体。当分解的可燃气体达到一定的浓度(爆炸下限)以后，便开始燃烧。这种用明火加热使木材发焰燃烧的现象，叫点燃。明火点燃的最低温度，叫燃点。

气体的浓度，取决于木材受热达到的温度和周围空气流动的情况。一般条件下，木材的燃点介于240～270℃之间，略低于无焰燃烧温度。

(2)加热自燃

加热自燃，是在火焰与可燃物接触不到的条件下，靠火焰热辐射使周围的可燃材料受热、分解、升温并达到可燃物发火自燃的温度，使之发火自燃。

木材发火自燃的温度在400—700℃之间。

人们对木材受热分解出可燃气体的现象比较熟悉，而对木材受热分解可燃气体的同时还要放热这一事实容易忽视。

经常出现靠近烟囱的木构件起火，但是起火前炉灶已经停火。检查起火点周围的环境，除烟囱以外，周围再没有其他任何能使木构件起火的条件了。这时，根据木材热分解同时放热的道理，如果炉灶停火的时间不长，停火前木构件曾经长期受热，便可推断木构件起火就是因为烟囱过热，木材受热分解造成的结果。

一般有机可燃物大多受热后放热，并在到达某一温度以后，还要进一步提高放热的速度使自身的温度不断上升，木材温度达到210℃以后，停止外部加热，并把它维持20～30min左右，木材的放热速度同样也可以迅速提高，这就是说，温度虽然不高，仅仅到达2l0℃的木材，由于通风散热的条件不好，使木材在较低温的条件下，也存在着发热起火的危险。

2.木材燃烧的速度

木材燃烧的速度，是用木材颜色的变黑，即炭化扩展的深度来计算。木材燃烧速度的单位采用mm／min。 338 实验表明，木材本色与炭化层黑色之间分界处的温度，约等于300℃。

影响木材燃烧速度的因素：

①木材的密度大时，燃烧的速度缓慢；木材的湿度大时，燃烧的速度也缓慢，由实验得知：干木材而且质轻的燃烧速度平均为0．8mm／min；湿木材而且质重的燃烧速度平均为0．4mm／min。

②木材受热的温度高，而且通风供氧的条件良好时，木材的燃烧速度也将加快。

从上述分析可看出：木材系易燃的建筑材料，故在有火灾危险的地方，要做好木材的防火处理。木材的防火处理，通常是将防火涂料涂刷于木材表面，也可把木材放入防火涂料槽内浸渍。以增强

木材的耐火性能。

(二)人造木板

人造木板是以木材为主要原料，或以加工过程中剩下的边皮、碎料、刨花、木屑等废料进行加工处理而制成的板材。在建筑上广泛用作装饰材料、吸声材料等。品种主要有胶合板、纤维板、木丝板和刨花板。

1.胶合板

常用阔叶树薄板纵横胶结压成，有3层、5层、7层等厚之分。其燃烧性能与粘合剂有关。使用酚醛树脂，三聚氰铵树脂作粘合剂的，防火性好，不易燃烧。使用尿素树脂作粘合剂的，因其中掺有面粉，所以防火性差，易于燃烧。

难燃胶合板，是用磷酸铵、硼酸和氯化铅等阻燃剂浸渍过的薄板制造的。

2.纤维板

燃烧性取决于粘合剂。使用无机粘合剂，得到难燃的纤维板，随着使用不同树脂作粘合剂，得到易燃或难燃的纤维板。

3.复合板

复合板是根据质轻、隔热、高强及经济等条件，设计制造的一种新型板材，是由板心材和板面材组成的。板心材为有机的纤维板、泡沫塑料和有机纤维等材料；板面材，可根据强度及硬度的要求，选用金属板、石棉水泥板、塑料板等。从防火要求来讲，面材应采用耐火，难燃及导热性差的板材。板心材应采用难燃、耐热的材料。

4.木丝板、刨花板

木丝板、刨花板是以木丝或刨花与水泥混合、压制而成的是易燃材料的难燃处理。木质被水泥包裹后，热分解及燃烧都受到一定的限制。270℃左右，木质开始炭化，大约在400℃便化成灰烬。这段时间并没有什么烟，而是木质大量分解的气体。

(三)金属材料

金属材料因其具有较好的抗拉、抗压强度，大量地用于建筑上。

钢材在建筑上主要用作结构材料。建筑物一旦发生火灾，温度很容易达到钢材的变形极限温度720～733℃的高温，在此高温条件下，结构将出现明显的热膨胀和桁架变形，以致造成局部或整幢房屋建筑的烧损性倒塌。当火灾温度控制在600℃以下时，钢材强度虽然稍有下降，只要稍加修理和加固，仍可重新恢复到受火灾前的强度，重新使用。故在建筑上，凡是用钢材做为结构材料，都应用耐火性能好的建筑材料加以保护，以免钢材直接受到火烧。

铝、铅、锌、铜等非钢制品的金属材料，在现代建筑中，大量用作室内装修和设备，具有不燃性，但根据火灾规模大小的不同，相应地会出现不同程度的强度下降和变形；一般门、窗使用的铝材，温度达650℃时开始熔化；下水道等设备采用的铅、锌配件，温度在300～400℃时开始软化，失去正常使用功能。对于门、窗拉手等黄铜制品，则具有相当强的耐热性能，温度达到900℃时，也不会熔化。

(四)混凝土和钢筋混凝土

1.普通混凝土

普通混凝土是由水泥、砂、石和水按一定比例配合，经养护硬化后，制成的人工石材。水泥为 339 胶结料，砂、石为骨料。

混凝土在高温作用下，温度不超过300℃时，强度变化不明显；温度在400～500℃时，开始出现裂缝，强度下降50％；温度在600～700℃时，强度下降较多；温度在800～900℃时混凝土酥裂破坏，强度几乎丧失。

混凝土的耐火性主要取决于它的骨料和水泥。骨料与水泥之间，由于温度变形不同，而促使内部结构酥裂破坏造成混凝土强度降低。实验表明：石灰石骨料比花岗石骨料混凝土耐火，水泥用量少比水泥用量多的耐火，水泥标号高比水泥标号低的耐火。

2.加气混凝土

加气混凝土是采用水泥、磨油的水淬矿渣和细纱三种原料加水调成稠浆，并加铝粉产生气泡，使体积膨胀，等凝固后切割成型，经高压蒸气养护而制成。主要用作屋面和墙体构件，也可作楼板。

加气混凝土在高温作用下，隔热性能良好。如容重为50gkg／cm3的同一加气混凝土制品，当受热面温度为400℃时，导热系数为0．1354；500℃时，导热系数为0．1420；600℃时，导热系数为0．1536。加气混凝土比较耐高温。在600～700℃的高温作用下，强度一般不会降低，但当温度大于800℃时?就会产生严重的龟裂，使强度急剧下降。加气混凝土经大火烧烤后，一般都不能再继续使用。

3.钢筋混凝土

普通混凝土的抗压性能好，但抗拉性能较差，一般只有抗压强度的十分之一。钢筋的抗拉性能极好，将钢筋放置在混凝土构件的受拉区，拉力由钢筋来承受，混凝土则主要承受压力，这样钢筋靠混凝土的粘着力，双方共同工作，从而提高了构件的抗压、抗拉能力，同时也发挥了材料的各自性能和特点。

钢筋混凝土是比较耐火的，钢筋外包着混凝土起到了保护层的作用，不致因燃烧而很快达到钢筋的危险温度。在受热温度低于400℃时，钢筋与混凝土两者尚能共同工作。温度继续升高，表面混凝土酥裂．构件变形加大，两者的粘着力受到破坏，钢筋失去保护层，从而使构件承载力下降甚至垮掉。

为使钢筋混凝土在受热条件下，混凝土与钢筋之间的粘力不致受太大的影响，在受拉区主筋最好采用螺纹钢筋，增加粘着力。

4.预应力钢筋混凝土

所谓预应力钢筋混凝土，就是在外荷载作用之前，先对混凝土中的钢筋预加应力，造成人为的应力状态，使它能在外荷载作用以后，部分地或全部地抵消外荷载引起的应力，从而使构件在使用阶段的拉应力显著减少，延缓或避免裂缝的出现。