[科普中国]-防火混凝土

简介

防火混凝土是在表面涂上防火涂层的混凝土材料。防火涂料是涂抹在结构物表面且能形成具有一定厚度的层状物，在火灾发生时可以降低可燃性基材火焰的传播速度，从而推迟了混凝土构件升温至材料极限温度的时间，大大提高了混凝土结构的耐火极限。防火机理可分为非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料。

研究意义桥梁由于发生火灾而造成损伤的几率虽然很小，但是还是有不少桥梁因意外或人为火灾而受到严重损伤。目前来看，我国已建成的桥梁中，混凝土桥梁占有多数。一旦混凝土桥梁发生火灾，某些混凝土构件在火灾初期就会由于受到热的作用而出现表层块状爆炸性脱落，这种情况被称之为“混凝土的爆裂”；混凝土的爆裂会引起比较严重后果，会使混凝土结构的截面尺寸减小，使混凝土中的钢筋直接暴露于火焰之中，从而使钢筋混凝土构件的力学性能急剧下降。混凝土在火灾中受到高温的作用时，强度也会降低。因而，混凝土桥梁受到火灾作用下，其承载力大大降低，其危险性增加。 对于混凝土桥梁，可采取多种防火措施。通常采用一些构造措施或预防性措施，可以降低混凝土桥梁发生火灾的概率。其中，在混凝土构件外侧喷涂防火涂层，在火灾发生时，防火涂层可以明显地阻止火焰与热量在混凝土中的传递，降低其传递速度，从而提高其耐火性能，达到防护保护的作用。因此，对于防火涂料保护下的混凝土的温度场分析研究具有重要意义。

防火涂料分类目前，在各种建筑与工业之中，防火涂料已被广泛地应用。按照防火涂料的性能、组成、用途以及适用范围的不同，可将防火涂料从不同的角度进行分类。

按照防火涂料的基料的成分不同，可将其分成有机防火涂料与无机防火涂料，有机防火涂料以有机树脂作为主要的成膜物质，而无机防火涂料则用无机物作为主要的成膜物质。

按照防火涂料所采用的分散介质的不同，可将其分成水性防火涂料与溶剂型防火涂料。一般地，水性防火涂料的价格低廉、低毒且不污染环境，但它的粘结性能却不如溶剂型防火涂料好；溶剂型防火涂料的理化性能虽然较好，但它的价格较贵，不仅容易挥发而且污染环境。基于环保问题，目前国外 75%以上的防火涂料都是水性防火涂料。

按照防火涂料的防火机理的不同，可将其分成膨胀型防火涂料与非膨胀型防火涂料。 按照防火涂料的适用范围不同，可将其分成电缆防火涂料、饰面型防火涂料、混凝土结构防火涂料以及钢结构防火涂料。其中，混凝土结构防火涂料主要是用于涂抹在民用建筑、公路和隧道等建筑物的混凝土的表面层，在表面层能够形成耐火隔热保护层，从而大大提高了结构物的耐火极限。1

混凝土防火材料研究进展混凝土是建筑行业中广泛采用的建筑材料之一，尤其在桥梁结构中广泛应用。从燃烧性能的角度来看，混凝土与木材不同，它是不燃烧体，即在火灾中混凝土结构本身并不着火。但是，从防火安全的角度，混凝土的耐火性能却很差。一旦发生火灾，混凝土构件在火灾初期就会由于受到热的作用而出现表面层的块状爆炸性脱落现象，这种现象被称为“混凝土的爆裂”，它会导致混凝土构件的截面减小且使钢筋暴露于高温火焰之中，因而使钢筋混凝土构件的力学性能急剧降低，并使建筑结构破坏。 对于混凝土在火灾中的破坏，国内外学者进行了大量火灾实验。试验研究表明：混凝土在火灾中受到高温作用时，其强度会降低。当温度达到 300℃，混凝土的强度开始下降；当温度达到 500℃时，混凝土的强度降低到 50%左右；当温度达到 800℃时，混凝土的强度几乎全部丧失。

目前，我国的混凝土结构防火涂料大多是在借鉴钢结构防火涂料研究成果的基础上开发成功的。主要是采用膨胀型防火涂料，喷涂在混凝土表面，以提高其防火性能。当火灾发生时，防火涂层能够阻隔热量与火焰，降低高温向混凝土的传递速度，以减缓混凝土的升温速度和推迟其强度丧失的时间，从而提高混凝土的耐火极限，达到防火保护的目的。前者形成的防火涂层的保护层较厚、密度较小、热传导率较低，耐火绝热性能好，称为非膨胀型混凝土构件防火涂料；后者形成的防火涂层的保护层较薄，可以形成光滑的平面，具有良好的装饰效果，火灾发生时膨胀所形成的保护层具有很好的隔热作用，称为膨胀型混凝土构件防火涂料。目前，我国生产和应用的多为非膨胀型混凝土构件防火涂料。 混凝土结构防火涂料的热传导率很低，一般均在 0.23 W/(m·℃)以下。

防火涂料能有效地阻止热量向混凝土传递，从而推迟了混凝土构件升温至材料极限温度的时间，大大提高了混凝土结构的耐火极限。1

防火机理非膨胀型防火涂料非膨胀型防火涂料的防火机理：非膨胀型防火涂料在受热时，大多会产生一种玻璃态釉质物，覆盖在材料表面，起到隔绝空气与热量的作用，从而使基材的表面温度不致于快速升高，达到保护基材的作用。为了在受热时能够生成釉质物，涂料中都会含有一定量的硼化物、硅酸盐、磷化物以及卤化物等成分。由于其所形成的玻璃态釉质物覆盖层的厚度往往都比较薄，使得涂层的隔热性能有限并且在高温中容易破坏，因而非膨胀型防火涂料的防火效果较差。但是，非膨胀型防火涂料也有很多优点，比如，装饰效果好、耐腐蚀性与耐水性好、容易着色等，且非膨胀型防火涂料的涂层硬度也较好。 有些非膨胀型防火涂料虽然不能形成玻璃态的釉质物，但其涂层本身就具有较低的热传导率，可以在一定的时间内使被保护的基材表面保持相对低的温度，因而也可以起到防火保护作用。

膨胀型防火涂料膨胀型防火涂料的防火机理：膨胀型防火涂料在火灾的高温作用下，其表面的涂层会出现熔融、起泡、隆起的现象，从而形成了海绵状的泡沫隔热层，且不断地释放出不燃性气体并充填在“海绵”的隔热层中，产生的膨胀隔热层厚度往往是涂层原有厚度的几十倍，其具有显著的隔热效果，阻燃性能优良。 膨胀型防火涂料的防火功能主要体现在以下几方面：其能够隔绝基材与空气的直接接触，能够阻隔火焰和热量对基材的传导与热辐射；由于涂层的熔融、膨胀等变化以及涂料组成的分解、挥发和碳化等能够吸收大量热量，从而降低材料表面温度；释放出的阻燃气体，能够冲淡空气中的可燃性气体，从而有效地遏制了火焰的燃烧。1