關于新型混凝土鋼結構厚型防火涂料的研究

馬利娟

（南京理工大學 江蘇南京 210094）

前言

鋼結構具有較大的優勢，包括延展性、強度高等，在當前建筑工程中起到了不可磨滅的重要作用。但鋼結構的耐火性能較差，影響其綜合性能，阻礙鋼結構應用的發展。因此，當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構厚型防火涂料，發揮膨脹珍珠巖的作用，研究出低導熱系數的混凝土材料，強化鋼結構的使用性能，增強建筑防火能力。

1 新型混凝土鋼結構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，以自己的絕熱性阻擋火災向內部構建的傳遞，并利用無機材料收到高溫時所形成的隔熱層，來保護建筑物內部構件，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，能夠延緩鋼結構表面升溫的狀態，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率與試件的厚度來決定。熱導率就是材料本身的導熱性能，熱導率高說明材料的導熱性能較好，大多數金屬材料的導熱性能都較高。反之，熱導率低的材料說明其隔熱性能優良，如橡膠、陶瓷等材料。材料的性質與其內部結構則主要由其內在的屬性來決定。

2 原材料的選擇與分析

防火涂料的性能主要由材料決定，因此科學地選擇性能較高的材料，將是配置優良防火涂料的關鍵所在。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 粘結劑

該材料是防火涂料中的主要部分，當前多采用高鋁水泥、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前研究人員所要思考的重要問題。要提升防火涂料愛火災中的韌性，故此粘結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重要地位，是防火材料的主要結構。防火性能較優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，還應分析材料是否滿足預設標準。例如空心漂珠，其本身的防火原理及時空心性質，但只有一級的漂珠空心率能夠實現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生破壞現象，難以實現其防火的真正價值。

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、內部結構等作用。因此，防火涂料是否能夠起到應有的防火效果，助劑仍舊具有較大的影響地位[2]。

3 試驗設計

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 試驗的設計

本次試驗預計制作50組試件，完成后在養護室按照標準狀態養護7d，結束后在室內放置一天晾干，再稱重。狀態穩定后，對試件導熱系數進行測試。測試過程中始終維持室內溫度在25℃左右，并保證環境干燥，避免濕度對實驗結果的影響。試驗過程中，將熱板穩定控制在35℃，冷板溫度控制在10℃，讀數時穩定試驗機數據，不再發生變化。測試環節結束后，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熱系數的測試，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，經過燒灼后待其中溫度低于100℃時，再取出，室內環境下冷卻1d，稱重，測量導熱系數，計算平均值。

4 結果分析

4.1 粉煤灰摻量對防火涂料的影響

根據試驗結果，發現在同一組試件中，不同的干燥條件，防火涂料導熱系數隨著水含量的降低不斷降低。主要原因為水的導熱系數大于材料的導熱系數，因此會發生隨之下降的情況。其次，防火涂料的導熱系數隨著粉煤灰的增加而不斷增加。由于粉煤灰導熱系數低于防火涂料的導熱系數，在其水化過程能夠填充在材料中。因此防火涂料中不應過多加入粉煤灰，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熱系數會造成一定的影響。在同一組試件、不同干燥條件的狀態下，防火涂料的導熱系數會隨著水含量的降低不斷下降。但涂料的導熱系數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下的導熱系數為0.0245～0.048W/*（m·K），當溫度升高后，其預熱體積將膨脹 10～30倍，并形成多孔的結構。而孔內會含有大量的氣體，加之該材料具有吸水的性質，因此防火涂料的導熱系數會呈明顯下降的現象。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，試件的導熱系數會隨著其內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，各組的導熱系數基本接近。由此得出，水化程度較高，自由水與結合水的含量較低。若處在干燥條件相同的情況下，防火涂料的導熱系數受到水含量的影響較小，不會發生較大的變化，趨近平穩。主要原因為經過干燥后的防火涂料中，其水的含量基本接近，因此即便水含量發生變化，也不會對其導熱系數帶來實質性的影響。

4.4 引氣劑對防火涂料的影響

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

5 結論

綜上所述，本文主要分析了新型的混凝土鋼結構厚型防火涂料，闡述其防火機理，分析材料的選擇，并根據試驗，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，可適當增加引氣劑在防火涂料中的應用，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熱系數，粉煤灰則應減少并嚴格限制摻入量，以免影響防火材料的性能。