混凝土结构防火

4-1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45ºC的液体划为易燃液体，闪点大于45ºC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1~5ºC，而且液体的闪点越低，相差就越小。4-2例如，汽油、丙酮等闪点低于0ºC的液体，这一差值仅为1ºC；而闪点在100ºC以上的可燃液体，这一差值可达30ºC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）。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体颗粒被总称为烟，其粒径一般在0.01μm~10μm，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：由于不同物质燃烧，其烟气有不同的颜色4-3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》(GB5907-86)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》(GBT4968-85)按物质的燃烧特性将火灾分为如下四类：A类火灾，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100万元以上。（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4-4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、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：4-5表1我国工程设计防火标准标准（规范）名称标准编号最新版本建筑设计防火规范GBJ16-872001年修订版高层民用建筑设计防火规范GB50045-952001年修订版人民防空工程设计防火规范GB50098-982001年修订版建筑内部装修设计防火规范GB50222-952001年修订版自动喷水灭火系统设计规范GB50084-20012001年版火灾自动报警系统设计规范GB50116-981998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1100ºC~1200ºC。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4-6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