关于新型混凝土钢结构厚型防火涂料的研究

马利娟

（南京理工大学 江苏南京 210094）

前言

钢结构具有较大的优势，包括延展性、强度高等，在当前建筑工程中起到了不可磨灭的重要作用。但钢结构的耐火性能较差，影响其综合性能，阻碍钢结构应用的发展。因此，当前最有效的举措为涂抹防火料，来提升其耐高温性能。故此研究出一种新型混凝土钢结构厚型防火涂料，发挥膨胀珍珠岩的作用，研究出低导热系数的混凝土材料，强化钢结构的使用性能，增强建筑防火能力。

1 新型混凝土钢结构厚型防火涂料的防火机理

该种新型防火涂料属于非膨胀型防火涂料，材料类型为无机绝热材料。因此，其本身具有极低的导热率，自身不然的特点。该种涂料的防火功能主要通过自身良好的绝热特点来实现，以自己的绝热性阻挡火灾向内部构建的传递，并利用无机材料收到高温时所形成的隔热层，来保护建筑物内部构件，起到反射热量的作用。实际上，热是一种传递模式，即热辐射。无机材料所形成的隔热作用，能够延缓钢结构表面升温的状态，继而起到很好的防火效果[1]。

可见，厚型防火涂料的性能主要由其热导率与试件的厚度来决定。热导率就是材料本身的导热性能，热导率高说明材料的导热性能较好，大多数金属材料的导热性能都较高。反之，热导率低的材料说明其隔热性能优良，如橡胶、陶瓷等材料。材料的性质与其内部结构则主要由其内在的属性来决定。

2 原材料的选择与分析

防火涂料的性能主要由材料决定，因此科学地选择性能较高的材料，将是配置优良防火涂料的关键所在。虽然原料相同，若所取用的量不同，也将影响防火涂料的隔热性能。

2.1 粘结剂

该材料是防火涂料中的主要部分，当前多采用高铝水泥、乳胶粉、水玻璃等材料。对厚型防火涂料而言，目前普通的硅盐酸水泥与高铝水泥结合的方式较多。厚型防火涂料会随着承载情况的不同而变化，在该过程中极有可能产生裂缝，不利于防火性能的提升。因此，提高防火涂料因承载而变形的阈值是当前研究人员所要思考的重要问题。要提升防火涂料爱火灾中的韧性，故此粘结剂在其中起到了非常重要的作用。

2.2 无机隔热填充材料

无机隔热填充材料在厚型防火涂料中占据重要地位，是防火材料的主要结构。防火性能较优良的填充材料主要为膨胀珍珠岩粉，膨胀蛭石、高岭土等材料。在选择该类材料时，不仅要考虑其的防火效果，还应分析材料是否满足预设标准。例如空心漂珠，其本身的防火原理及时空心性质，但只有一级的漂珠空心率能够实现95%以上，其余一般的漂珠的空心率只能保持在70～80%之间，且在运输过程中较易发生破坏现象，难以实现其防火的真正价值。

2.3 其他助剂

在防火涂料中，助剂的使用量很少，但应用范围较广。常见助剂主要包括引气剂、防水剂、减水剂等。助剂在防火涂料中能够起到改善涂料和易性、内部结构等作用。因此，防火涂料是否能够起到应有的防火效果，助剂仍旧具有较大的影响地位[2]。

3 试验设计

3.1 原材料的添加

主要材料包括高铝水泥、硅酸盐水泥、粉煤灰、膨胀珍珠岩粉、膨胀蛭石粉、漂珠、聚乙烯醇纤维、引气剂、水泥等其他材料。

3.2 试验的设计

本次试验预计制作50组试件，完成后在养护室按照标准状态养护7d，结束后在室内放置一天晾干，再称重。状态稳定后，对试件导热系数进行测试。测试过程中始终维持室内温度在25℃左右，并保证环境干燥，避免湿度对实验结果的影响。试验过程中，将热板稳定控制在35℃，冷板温度控制在10℃，读数时稳定试验机数据，不再发生变化。测试环节结束后，将试件放入烘箱中，温度60℃，时间24h。以该种方法对每组试件进行导热系数的测试，并一一记录。最后，对事件进行高温测试，将其放置在高温中烧灼，时间90min，并对温度进行模拟，经过烧灼后待其中温度低于100℃时，再取出，室内环境下冷却1d，称重，测量导热系数，计算平均值。

4 结果分析

4.1 粉煤灰掺量对防火涂料的影响

根据试验结果，发现在同一组试件中，不同的干燥条件，防火涂料导热系数随着水含量的降低不断降低。主要原因为水的导热系数大于材料的导热系数，因此会发生随之下降的情况。其次，防火涂料的导热系数随着粉煤灰的增加而不断增加。由于粉煤灰导热系数低于防火涂料的导热系数，在其水化过程能够填充在材料中。因此防火涂料中不应过多加入粉煤灰，并严格限制粉煤灰的使用量。

4.2 膨胀珍珠岩粉对防火涂料的影响

在不同的干燥条件下，膨胀珍珠岩粉的掺量对导热系数会造成一定的影响。在同一组试件、不同干燥条件的状态下，防火涂料的导热系数会随着水含量的降低不断下降。但涂料的导热系数会随着珍珠岩粉的增加而不断降低。原因是膨胀珍珠岩粉在常温状态下的导热系数为0.0245～0.048W/*（m·K），当温度升高后，其预热体积将膨胀 10～30倍，并形成多孔的结构。而孔内会含有大量的气体，加之该材料具有吸水的性质，因此防火涂料的导热系数会呈明显下降的现象。因此，防火涂料中建议在合理的配比情况下，采取高掺量配比的方式结合高效减水剂共同制成防火涂料[3]。

4.3 水含量对防火涂料的影响

试件相同，干燥条件不同，试件的导热系数会随着其内部水含量的下降而下降。但若在配置过程中的水含量都比较低时，各组的导热系数基本接近。由此得出，水化程度较高，自由水与结合水的含量较低。若处在干燥条件相同的情况下，防火涂料的导热系数受到水含量的影响较小，不会发生较大的变化，趋近平稳。主要原因为经过干燥后的防火涂料中，其水的含量基本接近，因此即便水含量发生变化，也不会对其导热系数带来实质性的影响。

4.4 引气剂对防火涂料的影响

同一组试件、不同的养护处理条件下，防火涂料的导热系数会随着水含量而发生变化，水含量降低，其导热系数会随着降低。但当引气剂含量较高时，试件的导热系数又会变得相互接近。主要原因是引气剂的增加，试件内部的气孔相互连通，使得防火涂料内部结构的自由水与结合水充分发挥作用，进而使得导热系数保持稳定。干燥条件相同，引气剂含量对试件的导热系数会起到较大的影响。随着引气剂含量的逐渐增加，防火涂料结构内部孔呈现疏松状态，充满了空气，而空气的导热系数比材料要低很多，且由于内部的气孔随机分布，因此形成导热系数大幅度降低的现象。可见，在防火涂料中增加引气剂，具有重要的作用。

5 结论

综上所述，本文主要分析了新型的混凝土钢结构厚型防火涂料，阐述其防火机理，分析材料的选择，并根据试验，分析各种材料在其中起到的作用等。得出，引气剂的作用较大，可适当增加引气剂在防火涂料中的应用，水含量对防火涂料的影响居中，会受到干燥条件的影响。而膨胀珍珠粉的含量则需要伴随高效减水剂共同掺入，才能降低防火材料的导热系数，粉煤灰则应减少并严格限制掺入量，以免影响防火材料的性能。