CN112903739A - 一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法 - Google Patents

一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法 Download PDF

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孙浩
王良伟
袁亚利
杨昌海
周晓勇
张才
毛朝君
蒋亚强
汪爽
李平立
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Abstract

本发明提供了一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，涉及建筑构件耐火极限试验技术领域，具体是设置耐火试件基材，在耐火试件基材的内部布置热电偶，其次在耐火试件基材上设置防火保护材料，形成耐火试件，再次将耐火试件放置到耐火试验炉中，选定耐火升温曲线进行耐火试验，最后在耐火试验过程中，观察并记录耐火试件内热电偶的温度，待耐火试件内部温度超过允许温度后，或者达到规定的耐火时间时，则停止试验，防火保护材料的耐火性能通过耐火隔热性进行判断。本发明的耐火试验方法，在模拟真实火灾环境的条件下，实现了对钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火性能的测试，确保了在使用过程中的安全性及可靠性，方法简单，操作容易。

Description

一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法
技术领域
本发明涉及建筑构件耐火极限试验技术领域，尤其是涉及一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法。
背景技术
过去混凝土结构隧道得到了较大发展，钢结构隧道的发展较为缓慢，国外方面，至今只有日本有6条钢结构隧道；国内方面，最为人们知晓的就是港珠澳大桥沉管隧道的终接头就采用了钢壳混凝土结构沉管隧道，2017年10月随着深中通道钢壳混凝土结构沉管隧道施工图设计通过审查，意味着长度达6.8公里的特长双向八车道海底钢壳混凝土结构沉管隧道将进入实质性的建设阶段，这也是钢壳混凝土结构沉管隧道全球首次大规模应用，据悉这种结构具有能适应超宽、深埋、变宽等建设条件，承载能力、抗裂性能好，耐久性有保障，对海洋环境影响较小等优势。随着隧道技术的革新与关键难点的突破，钢壳混凝土结构隧道必将迎来较大发展。
钢壳混凝土结构隧道快速发展的同时也带来了更多的安全问题，隧道火灾便是其中一个常见的隧道灾害，因此隧道结构的防火保护变得必不可少。对钢壳混凝土结构隧道防火保护材料进行耐火试验是评价隧道防火保护措施有效性的最主要手段。
世界各国，特别是发达国家对隧道火灾的防治非常重视，开展了相当多的研究活动。同时，发布了隧道火灾安全方面的相关标准、规范及导则。如：美国消防协会制定了NFPA502《Standard for Road Tunnel，Bridges，and other Limited Access Highway》，对不同类型隧道的消防要求进行了规定，包括火灾探测、火灾通风、消防设备等；我国《建筑设计防火规范》GB 50016-2014规定了不同类别隧道承重结构体的耐火极限及判定标准。《建筑设计防火规范》GB 50016-2014规定了一、二、三、四类隧道承重结构体耐火极限测定分别需要满足的升温曲线以及耐火时间，但规范对隧道耐火极限判定是针对以钢筋混凝土为主的隧道结构，对钢壳混凝土结构隧道的耐火极限判定不完全适用。美国NFPA 502《Standard forRoad Tunnels，Bridges，and Other Limited Access Highways》中对钢壳的温度规定为不能超过300℃的指标性规定，其并无具体实施的方法可参考。
我国现行对钢结构和隧道保护材料的耐火性能进行检验的国家或者行业标准主要有4部：①GB 14907《钢结构防火涂料》，该标准规定了在I36b或I40b工字型钢梁基材上涂覆的钢结构涂料，简支、水平安装在水平燃烧试验炉上，按照GB/T 9978规定的标准升温曲线进行耐火试验，通过涂覆钢梁承载能力来判定钢结构涂料的耐火等级；②GB 28375《混凝土结构防火涂料》，该标准规定了在C30混凝土板基材上涂覆混凝土防火涂料，按照GB/T9978或者XF/T 714规定的升温曲线进行耐火试验，通过混凝土板的温度来判定混凝土结构涂料的耐火等级；③GB 28376《隧道防火保护板》，该标准规定了在C30混凝土板基材上固定隧道防火保护板，按照GB/T 9978或者XF/T 714规定的升温曲线进行耐火试验，通过混凝土板的温度来判定隧道防火保护板的耐火等级；④XF/T714《构件用防火保护材料》，该标准规定了在混凝土、钢筋混凝土、钢结构基材表面涂覆或者包覆防火材料，混凝土板、预应力混凝土板为基材的试件水平安装一面受火，钢结构为基材的试件垂直安装三面受火，按照GB/T 9978或者XF/T 714规定的升温曲线进行耐火试验，通过混凝土板或钢结构的温度来判定保护材料的耐火等级。可见以上标准均不能直接用于钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火性能的评价。
因此，亟需关于钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火性能试验方法，用以评价钢壳混凝土结构隧道防火保护材料对隧道结构防火保护的有效性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，以解决现有技术中缺乏在使用前对钢壳混凝土结构隧道防火保护材料进行耐火性能测试，导致在使用过程中影响钢壳混凝土结构的安全性及可靠性的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，包括以下步骤：
S1：制作耐火试件基材；
S2：布置热电偶，在所述耐火试件基材的内部布置多个热电偶；
S3：设置防火保护材料，在所述耐火试件基材的表面设置防火保护材料，形成耐火试件；
S4：设定试验条件，将所述耐火试件放置于耐火试验炉上，选择需要的耐火升温曲线，使所述耐火试验炉的温度和压力达到试验要求；
S5：耐火试验，在耐火试验过程中，观察并记录所述热电偶的温度，待所述耐火试件内部温度超过允许温度或达到要求的耐火时间后，则停止试验；
S6：试验判定，操作完成后，即可测试出所述耐火试件达到允许温度的耐火时间，或达到要求的耐火时间时各个热电偶的最大温度值，并通过耐火时间来表示所述防火保护材料的耐火性能。
根据一种优选实施方式，所述步骤S1中，制作耐火试件基材，具体为：钢板表面上浇筑混凝土，且浇筑混凝土一侧所述混凝土内设置角钢。
根据一种优选实施方式，所述角钢包括两根，且为横竖焊接设置。
根据一种优选实施方式，所述步骤S2中，所述热电偶分别布置在所述钢板表面、距所述钢板表面25mm处的所述混凝土内和所述角钢表面。
根据一种优选实施方式，所述热电偶Tc1-Tc4分布在所述钢板与所述混凝土接触表面，所述热电偶Tc5-Tc8分布在所述混凝土内距所述钢板上表面25mm处，所述热电偶Tc9-Tc12分布在所述角钢上表面。
根据一种优选实施方式，所述钢板可以有一定的弧度，所述钢板厚度及材质根据工程实际钢板厚度设定，所述角钢在所述钢板各边对称中心位置，大小根据工程实际设定。
根据一种优选实施方式，所述步骤3中，所述防火保护材料涂覆或者固定于所述钢板未浇筑所述混凝土一侧。
根据一种优选实施方式，所述耐火试件设有所述防火保护材料的一面为受火面，所述耐火试验炉升温曲线中，HC升温条件应符合XF/T 714-2007中的规定；RBAT升温条件应符合XF/T 714-2007的规定；标准升温条件应符合GB/T 9978.1-2009的规定。
根据一种优选实施方式，所述步骤S5中，对于所述耐火试件达到耐火极限的温度判定为：对于所述钢板上的任一测温点温度大于300℃，对于所述混凝土内任一测温点温度大于250℃。
根据一种优选实施方式，所述步骤S6中，所述耐火试件设有所述防火保护材料的一面为受火面，其受火尺寸不小于
Figure BDA0002948212020000041
本发明提供的钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，具有以下技术效果：
该种防火保护材料耐火试验方法，具体是通过设置耐火试件基材，然后根据耐火试件基材的尺寸和材质，在耐火试件基材的内部布置热电偶，其次在耐火试件基材上设置防火保护材料，形成耐火试件，再次将耐火试件放置到耐火试验炉中，使有防火保护材料一面受火，选定耐火升温曲线进行耐火试验，最后在耐火试验过程中，观察并记录耐火试件内热电偶的温度，待耐火试件内部温度超过允许温度后，则停止试验，防火保护材料的耐火性能通过完整性进行判断。本发明的耐火试验方法，在模拟真实火灾环境的条件下，实现了对钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火性能的测试，确保了在使用过程中的安全性及可靠性，方法简单，操作容易。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例耐火试件的俯视图；
图2是图1中耐火试件的侧视图；
图3是图1中的耐火试件设置于耐火试验炉上的侧视图。
其中，图1-图3：
1、混凝土；2、角钢；3、钢板；4、防火保护材料；5、耐火试验炉。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
图1是本发明一实施例耐火试件的俯视图，图2是图1中耐火试件的侧视图，图3是图1中的耐火试件设置于耐火试验炉上的侧视图。
具体的，本发明提供的一种钢壳混凝土1结构隧道防火保护材料4耐火试验方法，包括以下步骤：
如图1-图3所示，S1：耐火试验基材制作，该耐火试件基材为钢板3表面上浇筑混凝土1而成，钢板3上浇筑混凝土1一侧焊接横竖两根角钢2，两根角钢2十字交叉。
所述耐火试件基材尺寸为：长×宽为1450mm×1450mm，其中钢板3厚度及材质根据工程实际钢板3厚度设定，同时也可以有一定的弧度，混凝土1厚度为300mm，角钢2在钢板3各边对称中心位置，大小根据工程实际设定，其中角钢2的作用在于固定钢板3和混凝土1，防止混凝土1脱层。
需要说明的是，本发明对于耐火试件基材的尺寸和混凝土1的厚度不作限定，只要能够实现防火保护材料4耐火试验方法，都在本发明的保护范围之内。
S2：热电偶布置，在耐火试件基材的内部布置多个热电偶，热电偶分别布置在钢板3表面上、距钢板3表面25mm处的混凝土1内、角钢2表面三个面上。
其中，热电偶Tc1-Tc4为分布在钢板3与混凝土1接触表面的4支热电偶，如图1和图2所示，4支热电偶均匀布置，相邻热电偶之间的距离相等；Tc5-Tc8为混凝土1内距钢板3上表面25mm的4支热电偶，如图1和图2所示，4支热电偶均匀布置，相邻热电偶之间的距离相等；Tc9-Tc12为混凝土1内角钢2上表面的4支热电偶，如图1和图2所示。
需要说明的是，本发明的热电偶集中于耐火试件基材的中部区域，具体在中部区域的具体布置不做限定，可以是如图1中所示的布置方式，也可以其它布置方式，只要能够达到测定钢板3和混凝土1内部温度的目的，均在本发明的保护范围之内。
S3：防火保护材料4设置，在耐火试件基材的钢板3未浇筑混凝土1侧涂覆或固定防火保护材料4，形成耐火试件。
S4：试验条件设置，将耐火试件放置在耐火试验炉5上，选择需要的耐火升温曲线，使耐火试验炉5内的温度和压力达到试验要求；
其中，耐火试件有防火保护材料4的一面为受火面，耐火试验炉5升温曲线中，HC升温条件应符合XF/T 714-2007中的规定；RBAT升温条件应符合XF/T 714-2007的规定；标准升温条件应符合GB/T 9978.1-2009的规定。
S5：耐火试验，在耐火试验过程中，观察并记录热电偶的温度，具体为热电偶Tc1-12的温度，待耐火试件内部温度超过允许温度或达到要求的耐火时间后，则停止试验。
其中，对于耐火试件达到耐火极限的温度判定为：对于钢板3上的任一测温点温度大于300℃，对于混凝土1内任一测温点温度大于250℃。
S6：试验判定，上述操作完成后，即可测试出耐火试件达到允许温度的耐火时间，或达到要求的耐火时间时各个热电偶的最大温度值，并通过耐火时间来表示该防火保护材料4的耐火性能。
其中，耐火试件有防火保护材料4的一面为受火面，其受火尺寸不小于
Figure BDA0002948212020000071
如图3所示，进一步增加耐火试验的准确性。
本发明的耐火试验方法，在模拟真实火灾环境的条件下，实现了对钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火性能的测试，确保了在使用过程中的安全性及可靠性，方法简单，操作容易。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制作耐火试件基材；
S2：布置热电偶，在所述耐火试件基材的内部布置多个热电偶；
S3：设置防火保护材料，在所述耐火试件基材的表面设置防火保护材料，形成耐火试件；
S4：设定试验条件，将所述耐火试件放置于耐火试验炉上，选择需要的耐火升温曲线，使所述耐火试验炉的温度和压力达到试验要求；
S5：耐火试验，在耐火试验过程中，观察并记录所述热电偶的温度，待所述耐火试件内部温度超过允许温度或达到要求的耐火时间后，则停止试验；
S6：试验判定，操作完成后，即可测试出所述耐火试件达到允许温度的耐火时间，或达到要求的耐火时间时各个热电偶的最大温度值，并通过耐火时间来表示所述防火保护材料的耐火性能。
2.根据权利要求1所述的一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，所述步骤S1中，制作耐火试件基材，具体为：钢板表面上浇筑混凝土，且浇筑混凝土一侧所述混凝土内设置角钢。
3.根据权利要求2所述的一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，所述角钢包括两根，且为横竖焊接设置。
4.根据权利要求2所述的一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述热电偶分别布置在所述钢板表面、距所述钢板表面25mm处的所述混凝土内和所述角钢表面。
5.根据权利要求4所述的一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，所述热电偶Tc1-Tc4分布在所述钢板与所述混凝土接触表面，所述热电偶Tc5-Tc8分布在所述混凝土内距所述钢板上表面25mm处，所述热电偶Tc9-Tc12分布在所述角钢上表面。
6.根据权利要求2所述的一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，所述钢板可以有一定的弧度，所述钢板厚度及材质根据工程实际钢板厚度设定，所述角钢在所述钢板各边对称中心位置，大小根据工程实际设定。
7.根据权利要求2所述的一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，所述步骤3中，所述防火保护材料涂覆或者固定于所述钢板未浇筑所述混凝土一侧。
8.根据权利要求7所述的一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，所述耐火试件设有所述防火保护材料的一面为受火面，所述耐火试验炉升温曲线中，HC升温条件应符合XF/T 714-2007中的规定；RBAT升温条件应符合XF/T 714-2007的规定；标准升温条件应符合GB/T 9978.1-2009的规定。
9.根据权利要求2-8任一所述的一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，所述步骤S5中，对于所述耐火试件达到耐火极限的温度判定为：对于所述钢板上的任一测温点温度大于300℃，对于所述混凝土内任一测温点温度大于250℃。
10.根据权利要求1-8任一所述的一种钢壳混凝土结构隧道防火保护材料耐火试验方法，其特征在于，所述步骤S6中，所述耐火试件设有所述防火保护材料的一面为受火面，其受火尺寸不小于
Figure FDA0002948212010000021
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