建筑鋼材可分為鋼結(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、制成的鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn).鋼材在高溫下的物理力學(xué)性能鋼材屬于不嫩燒材料,可是在火災(zāi)條件下,裸露的鋼結(jié)構(gòu)會(huì)在十幾分鐘內(nèi)發(fā)生倒塌破壞。因此,為了提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能,必須研究鋼材在高溫下的性能。
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3-4所示??估瓘?qiáng)度在250-300℃時(shí)達(dá)到最大值(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(shí)約為常沮時(shí)的1/2.600℃時(shí)約為常溫時(shí)的1/3.屈服強(qiáng)度在500℃:時(shí)約為常溫的1/2。由此可見,鋼材在高溫下強(qiáng)度降低很快。
普通低合金鋼是在普通碳素鋼中加人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。
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)生崎變,強(qiáng)度增加而塑性降低。這種鋼材在高溫下,內(nèi)部品格的崎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(shí).冷加工鋼筋強(qiáng)度約為常溫時(shí)的1/3; 400℃時(shí)強(qiáng)度急劇下降,約為常溫時(shí)的1/2; 500℃左右時(shí),其屈服強(qiáng)度接近甚至小于未冷加工鋼筋在相應(yīng)溫度下的強(qiáng)度。
高強(qiáng)鋼理用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(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(shí),強(qiáng)度不降低;溫度達(dá)350℃時(shí).強(qiáng)
度降低約為常溫時(shí)的1/2; 400℃時(shí)強(qiáng)度約為常溫時(shí)的1/3;500℃時(shí)強(qiáng)度不足常溫時(shí)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)力鋼筋混凝土構(gòu)件.
鋼材在一定溫度和應(yīng)力作用下,隨時(shí)間的推移,會(huì)發(fā)生緩慢塑性變形,即蠕變.蠕變在較低溫度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生,在溫度高于一定值時(shí)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(shí),蠕變會(huì)明顯增大。
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,加之其導(dǎo)熱系數(shù)大是造成鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)條件下極易在短時(shí)間內(nèi)破壞的主要原因。為了提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能,通??刹捎梅阑鸶魺岵牧?如鋼絲網(wǎng)抹灰、澆筑棍凝土、砌磚塊、泡沫混凝土塊)包覆、噴涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料等方法對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。