關(guān)于新型混凝土鋼結(jié)構(gòu)厚型防火涂料的研究

馬利娟

（南京理工大學(xué) 江蘇南京 210094）

前言

鋼結(jié)構(gòu)具有較大的優(yōu)勢，包括延展性、強度高等，在當(dāng)前建筑工程中起到了不可磨滅的重要作用。但鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能較差，影響其綜合性能，阻礙鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的發(fā)展。因此，當(dāng)前最有效的舉措為涂抹防火料，來提升其耐高溫性能。故此研究出一種新型混凝土鋼結(jié)構(gòu)厚型防火涂料，發(fā)揮膨脹珍珠巖的作用，研究出低導(dǎo)熱系數(shù)的混凝土材料，強化鋼結(jié)構(gòu)的使用性能，增強建筑防火能力。

1 新型混凝土鋼結(jié)構(gòu)厚型防火涂料的防火機理

該種新型防火涂料屬于非膨脹型防火涂料，材料類型為無機絕熱材料。因此，其本身具有極低的導(dǎo)熱率，自身不然的特點。該種涂料的防火功能主要通過自身良好的絕熱特點來實現(xiàn)，以自己的絕熱性阻擋火災(zāi)向內(nèi)部構(gòu)建的傳遞，并利用無機材料收到高溫時所形成的隔熱層，來保護建筑物內(nèi)部構(gòu)件，起到反射熱量的作用。實際上，熱是一種傳遞模式，即熱輻射。無機材料所形成的隔熱作用，能夠延緩鋼結(jié)構(gòu)表面升溫的狀態(tài)，繼而起到很好的防火效果[1]。

可見，厚型防火涂料的性能主要由其熱導(dǎo)率與試件的厚度來決定。熱導(dǎo)率就是材料本身的導(dǎo)熱性能，熱導(dǎo)率高說明材料的導(dǎo)熱性能較好，大多數(shù)金屬材料的導(dǎo)熱性能都較高。反之，熱導(dǎo)率低的材料說明其隔熱性能優(yōu)良，如橡膠、陶瓷等材料。材料的性質(zhì)與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)則主要由其內(nèi)在的屬性來決定。

2 原材料的選擇與分析

防火涂料的性能主要由材料決定，因此科學(xué)地選擇性能較高的材料，將是配置優(yōu)良防火涂料的關(guān)鍵所在。雖然原料相同，若所取用的量不同，也將影響防火涂料的隔熱性能。

2.1 粘結(jié)劑

該材料是防火涂料中的主要部分，當(dāng)前多采用高鋁水泥、乳膠粉、水玻璃等材料。對厚型防火涂料而言，目前普通的硅鹽酸水泥與高鋁水泥結(jié)合的方式較多。厚型防火涂料會隨著承載情況的不同而變化，在該過程中極有可能產(chǎn)生裂縫，不利于防火性能的提升。因此，提高防火涂料因承載而變形的閾值是當(dāng)前研究人員所要思考的重要問題。要提升防火涂料愛火災(zāi)中的韌性，故此粘結(jié)劑在其中起到了非常重要的作用。

2.2 無機隔熱填充材料

無機隔熱填充材料在厚型防火涂料中占據(jù)重要地位，是防火材料的主要結(jié)構(gòu)。防火性能較優(yōu)良的填充材料主要為膨脹珍珠巖粉，膨脹蛭石、高嶺土等材料。在選擇該類材料時，不僅要考慮其的防火效果，還應(yīng)分析材料是否滿足預(yù)設(shè)標準。例如空心漂珠，其本身的防火原理及時空心性質(zhì)，但只有一級的漂珠空心率能夠?qū)崿F(xiàn)95%以上，其余一般的漂珠的空心率只能保持在70～80%之間，且在運輸過程中較易發(fā)生破壞現(xiàn)象，難以實現(xiàn)其防火的真正價值。

2.3 其他助劑

在防火涂料中，助劑的使用量很少，但應(yīng)用范圍較廣。常見助劑主要包括引氣劑、防水劑、減水劑等。助劑在防火涂料中能夠起到改善涂料和易性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等作用。因此，防火涂料是否能夠起到應(yīng)有的防火效果，助劑仍舊具有較大的影響地位[2]。

3 試驗設(shè)計

3.1 原材料的添加

主要材料包括高鋁水泥、硅酸鹽水泥、粉煤灰、膨脹珍珠巖粉、膨脹蛭石粉、漂珠、聚乙烯醇纖維、引氣劑、水泥等其他材料。

3.2 試驗的設(shè)計

本次試驗預(yù)計制作50組試件，完成后在養(yǎng)護室按照標準狀態(tài)養(yǎng)護7d，結(jié)束后在室內(nèi)放置一天晾干，再稱重。狀態(tài)穩(wěn)定后，對試件導(dǎo)熱系數(shù)進行測試。測試過程中始終維持室內(nèi)溫度在25℃左右，并保證環(huán)境干燥，避免濕度對實驗結(jié)果的影響。試驗過程中，將熱板穩(wěn)定控制在35℃，冷板溫度控制在10℃，讀數(shù)時穩(wěn)定試驗機數(shù)據(jù)，不再發(fā)生變化。測試環(huán)節(jié)結(jié)束后，將試件放入烘箱中，溫度60℃，時間24h。以該種方法對每組試件進行導(dǎo)熱系數(shù)的測試，并一一記錄。最后，對事件進行高溫測試，將其放置在高溫中燒灼，時間90min，并對溫度進行模擬，經(jīng)過燒灼后待其中溫度低于100℃時，再取出，室內(nèi)環(huán)境下冷卻1d，稱重，測量導(dǎo)熱系數(shù)，計算平均值。

4 結(jié)果分析

4.1 粉煤灰摻量對防火涂料的影響

根據(jù)試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在同一組試件中，不同的干燥條件，防火涂料導(dǎo)熱系數(shù)隨著水含量的降低不斷降低。主要原因為水的導(dǎo)熱系數(shù)大于材料的導(dǎo)熱系數(shù)，因此會發(fā)生隨之下降的情況。其次，防火涂料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著粉煤灰的增加而不斷增加。由于粉煤灰導(dǎo)熱系數(shù)低于防火涂料的導(dǎo)熱系數(shù)，在其水化過程能夠填充在材料中。因此防火涂料中不應(yīng)過多加入粉煤灰，并嚴格限制粉煤灰的使用量。

4.2 膨脹珍珠巖粉對防火涂料的影響

在不同的干燥條件下，膨脹珍珠巖粉的摻量對導(dǎo)熱系數(shù)會造成一定的影響。在同一組試件、不同干燥條件的狀態(tài)下，防火涂料的導(dǎo)熱系數(shù)會隨著水含量的降低不斷下降。但涂料的導(dǎo)熱系數(shù)會隨著珍珠巖粉的增加而不斷降低。原因是膨脹珍珠巖粉在常溫狀態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0245～0.048W/*（m·K），當(dāng)溫度升高后，其預(yù)熱體積將膨脹 10～30倍，并形成多孔的結(jié)構(gòu)。而孔內(nèi)會含有大量的氣體，加之該材料具有吸水的性質(zhì)，因此防火涂料的導(dǎo)熱系數(shù)會呈明顯下降的現(xiàn)象。因此，防火涂料中建議在合理的配比情況下，采取高摻量配比的方式結(jié)合高效減水劑共同制成防火涂料[3]。

4.3 水含量對防火涂料的影響

試件相同，干燥條件不同，試件的導(dǎo)熱系數(shù)會隨著其內(nèi)部水含量的下降而下降。但若在配置過程中的水含量都比較低時，各組的導(dǎo)熱系數(shù)基本接近。由此得出，水化程度較高，自由水與結(jié)合水的含量較低。若處在干燥條件相同的情況下，防火涂料的導(dǎo)熱系數(shù)受到水含量的影響較小，不會發(fā)生較大的變化，趨近平穩(wěn)。主要原因為經(jīng)過干燥后的防火涂料中，其水的含量基本接近，因此即便水含量發(fā)生變化，也不會對其導(dǎo)熱系數(shù)帶來實質(zhì)性的影響。

4.4 引氣劑對防火涂料的影響

同一組試件、不同的養(yǎng)護處理條件下，防火涂料的導(dǎo)熱系數(shù)會隨著水含量而發(fā)生變化，水含量降低，其導(dǎo)熱系數(shù)會隨著降低。但當(dāng)引氣劑含量較高時，試件的導(dǎo)熱系數(shù)又會變得相互接近。主要原因是引氣劑的增加，試件內(nèi)部的氣孔相互連通，使得防火涂料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的自由水與結(jié)合水充分發(fā)揮作用，進而使得導(dǎo)熱系數(shù)保持穩(wěn)定。干燥條件相同，引氣劑含量對試件的導(dǎo)熱系數(shù)會起到較大的影響。隨著引氣劑含量的逐漸增加，防火涂料結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔呈現(xiàn)疏松狀態(tài)，充滿了空氣，而空氣的導(dǎo)熱系數(shù)比材料要低很多，且由于內(nèi)部的氣孔隨機分布，因此形成導(dǎo)熱系數(shù)大幅度降低的現(xiàn)象?？梢?，在防火涂料中增加引氣劑，具有重要的作用。

5 結(jié)論

綜上所述，本文主要分析了新型的混凝土鋼結(jié)構(gòu)厚型防火涂料，闡述其防火機理，分析材料的選擇，并根據(jù)試驗，分析各種材料在其中起到的作用等。得出，引氣劑的作用較大，可適當(dāng)增加引氣劑在防火涂料中的應(yīng)用，水含量對防火涂料的影響居中，會受到干燥條件的影響。而膨脹珍珠粉的含量則需要伴隨高效減水劑共同摻入，才能降低防火材料的導(dǎo)熱系數(shù)，粉煤灰則應(yīng)減少并嚴格限制摻入量，以免影響防火材料的性能。