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(shì)，包括延展性、強(qiáng)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(lái)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(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)的使用性能，增強(qiáng)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(jī)理

該種新型防火涂料屬于非膨脹型防火涂料，材料類(lèi)型為無(wú)機(jī)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(diǎn)。該種涂料的防火功能主要通過(guò)自身良好的絕熱特點(diǎn)來(lái)實(shí)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(wú)機(jī)材料收到高溫時(shí)所形成的隔熱層，來(lái)保護(hù)建筑物內(nèi)部構(gòu)件，起到反射熱量的作用。實(shí)際上，熱是一種傳遞模式，即熱輻射。無(wú)機(jī)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(jiàn)，厚型防火涂料的性能主要由其熱導(dǎo)率與試件的厚度來(lái)決定。熱導(dǎo)率就是材料本身的導(dǎo)熱性能，熱導(dǎo)率高說(shuō)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(shuō)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(lái)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(duì)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(huì)隨著承載情況的不同而變化，在該過(guò)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(wèn)題。要提升防火涂料愛(ài)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(wú)機(jī)隔熱填充材料

無(wú)機(jī)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(lèi)材料時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)。例如空心漂珠，其本身的防火原理及時(shí)空心性質(zhì)，但只有一級(jí)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(yùn)輸過(guò)程中較易發(fā)生破壞現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)其防火的真正價(jià)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(jiàn)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(yàn)設(shè)計(jì)

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(yàn)的設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)預(yù)計(jì)制作50組試件，完成后在養(yǎng)護(hù)室按照標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)養(yǎng)護(hù)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(duì)試件導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過(guò)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)過(guò)程中，將熱板穩(wěn)定控制在35℃，冷板溫度控制在10℃，讀數(shù)時(shí)穩(wěn)定試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)，不再發(fā)生變化。測(cè)試環(huán)節(jié)結(jié)束后，將試件放入烘箱中，溫度60℃，時(shí)間24h。以該種方法對(duì)每組試件進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試，并一一記錄。最后，對(duì)事件進(jìn)行高溫測(cè)試，將其放置在高溫中燒灼，時(shí)間90min，并對(duì)溫度進(jìn)行模擬，經(jīng)過(guò)燒灼后待其中溫度低于100℃時(shí)，再取出，室內(nèi)環(huán)境下冷卻1d，稱重，測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)，計(jì)算平均值。

4 結(jié)果分析

4.1 粉煤灰摻量對(duì)防火涂料的影響

根據(jù)試驗(yàn)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?yàn)樗膶?dǎo)熱系數(shù)大于材料的導(dǎo)熱系數(shù)，因此會(huì)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(guò)程能夠填充在材料中。因此防火涂料中不應(yīng)過(guò)多加入粉煤灰，并嚴(yán)格限制粉煤灰的使用量。

4.2 膨脹珍珠巖粉對(duì)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(duì)導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)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(huì)隨著水含量的降低不斷下降。但涂料的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)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(huì)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(huì)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(duì)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(huì)隨著其內(nèi)部水含量的下降而下降。但若在配置過(guò)程中的水含量都比較低時(shí)，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(huì)發(fā)生較大的變化，趨近平穩(wěn)。主要原因?yàn)榻?jīng)過(guò)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(huì)對(duì)其導(dǎo)熱系數(shù)帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的影響。

4.4 引氣劑對(duì)防火涂料的影響

同一組試件、不同的養(yǎng)護(hù)處理?xiàng)l件下，防火涂料的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨著水含量而發(fā)生變化，水含量降低，其導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨著降低。但當(dāng)引氣劑含量較高時(shí)，試件的導(dǎo)熱系數(shù)又會(huì)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(jìn)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(duì)試件的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)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(jī)分布，因此形成導(dǎo)熱系數(shù)大幅度降低的現(xiàn)象?？梢?jiàn)，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(jī)理，分析材料的選擇，并根據(jù)試驗(yàn)，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(duì)防火涂料的影響居中，會(huì)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(yán)格限制摻入量，以免影響防火材料的性能。