防火混凝土是在表面塗上防火塗層的混凝土材料。防火塗料是塗抹在結構物表面且能形成具有一定厚度的層狀物，在火災發生時可以降低可燃性基材火焰的傳播速度，從而推遲了混凝土構件升溫至材料極限溫度的時間，大大提高了混凝土結構的耐火極限。
基本介紹
- 中文名：防火混凝土
- 外文名：Fireproof concrete
- 所屬學科：土木工程
- 機理：非膨脹型、膨脹型防火塗料
- 意義：提高橋樑耐火性能
- 分類標準：分散介質、基料、防火機理
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簡介
防火混凝土是在表面塗上防火塗層的混凝土材料。防火塗料是塗抹在結構物表面且能形成具有一定厚度的層狀物，在火災發生時可以降低可燃性基材火焰的傳播速度，從而推遲了混凝土構件升溫至材料極限溫度的時間，大大提高了混凝土結構的耐火極限。防火機理可分為非膨脹型防火塗料和膨脹型防火塗料。
研究意義
橋樑由於發生火災而造成損傷的幾率雖然很小，但是還是有不少橋樑因意外或人為火災而受到嚴重損傷。目前來看，我國已建成的橋樑中，混凝土橋樑占有多數。一旦混凝土橋樑發生火災，某些混凝土構件在火災初期就會由於受到熱的作用而出現表層塊狀爆炸性脫落，這種情況被稱之為“混凝土的爆裂”；混凝土的爆裂會引起比較嚴重後果，會使混凝土結構的截面尺寸減小，使混凝土中的鋼筋直接暴露於火焰之中，從而使鋼筋混凝土構件的力學性能急劇下降。混凝土在火災中受到高溫的作用時，強度也會降低。因而，混凝土橋樑受到火災作用下，其承載力大大降低，其危險性增加。 對於混凝土橋樑，可採取多種防火措施。通常採用一些構造措施或預防性措施，可以降低混凝土橋樑發生火災的機率。其中，在混凝土構件外側噴塗防火塗層，在火災發生時，防火塗層可以明顯地阻止火焰與熱量在混凝土中的傳遞，降低其傳遞速度，從而提高其耐火性能，達到防護保護的作用。因此，對於防火塗料保護下的混凝土的溫度場分析研究具有重要意義。
防火塗料分類
目前，在各種建築與工業之中，防火塗料已被廣泛地套用。按照防火塗料的性能、組成、用途以及適用範圍的不同，可將防火塗料從不同的角度進行分類。
按照防火塗料所採用的分散介質的不同，可將其分成水性防火塗料與溶劑型防火塗料。一般地，水性防火塗料的價格低廉、低毒且不污染環境，但它的粘結性能卻不如溶劑型防火塗料好；溶劑型防火塗料的理化性能雖然較好，但它的價格較貴，不僅容易揮發而且污染環境。基於環保問題，目前國外 75%以上的防火塗料都是水性防火塗料。
按照防火塗料的防火機理的不同，可將其分成膨脹型防火塗料與非膨脹型防火塗料。 按照防火塗料的適用範圍不同，可將其分成電纜防火塗料、飾面型防火塗料、混凝土結構防火塗料以及鋼結構防火塗料。其中，混凝土結構防火塗料主要是用於塗抹在民用建築、公路和隧道等建築物的混凝土的表面層，在表面層能夠形成耐火隔熱保護層，從而大大提高了結構物的耐火極限。
混凝土防火材料研究進展
混凝土是建築行業中廣泛採用的建築材料之一，尤其在橋樑結構中廣泛套用。從燃燒性能的角度來看，混凝土與木材不同，它是不燃燒體，即在火災中混凝土結構本身並不著火。但是，從防火安全的角度，混凝土的耐火性能卻很差。一旦發生火災，混凝土構件在火災初期就會由於受到熱的作用而出現表面層的塊狀爆炸性脫落現象，這種現象被稱為“混凝土的爆裂”，它會導致混凝土構件的截面減小且使鋼筋暴露於高溫火焰之中，因而使鋼筋混凝土構件的力學性能急劇降低，並使建築結構破壞。 對於混凝土在火災中的破壞，國內外學者進行了大量火災實驗。試驗研究表明：混凝土在火災中受到高溫作用時，其強度會降低。當溫度達到 300℃，混凝土的強度開始下降；當溫度達到 500℃時，混凝土的強度降低到 50%左右；當溫度達到 800℃時，混凝土的強度幾乎全部喪失。
目前，我國的混凝土結構防火塗料大多是在借鑑鋼結構防火塗料研究成果的基礎上開發成功的。主要是採用膨脹型防火塗料，噴塗在混凝土表面，以提高其防火性能。當火災發生時，防火塗層能夠阻隔熱量與火焰，降低高溫向混凝土的傳遞速度，以減緩混凝土的升溫速度和推遲其強度喪失的時間，從而提高混凝土的耐火極限，達到防火保護的目的。前者形成的防火塗層的保護層較厚、密度較小、熱傳導率較低，耐火絕熱性能好，稱為非膨脹型混凝土構件防火塗料；後者形成的防火塗層的保護層較薄，可以形成光滑的平面，具有良好的裝飾效果，火災發生時膨脹所形成的保護層具有很好的隔熱作用，稱為膨脹型混凝土構件防火塗料。目前，我國生產和套用的多為非膨脹型混凝土構件防火塗料。 混凝土結構防火塗料的熱傳導率很低，一般均在 0.23 W/(m·℃)以下。
防火塗料能有效地阻止熱量向混凝土傳遞，從而推遲了混凝土構件升溫至材料極限溫度的時間，大大提高了混凝土結構的耐火極限。
防火機理
非膨脹型防火塗料
非膨脹型防火塗料的防火機理：非膨脹型防火塗料在受熱時，大多會產生一種玻璃態釉質物，覆蓋在材料表面，起到隔絕空氣與熱量的作用，從而使基材的表面溫度不致於快速升高，達到保護基材的作用。為了在受熱時能夠生成釉質物，塗料中都會含有一定量的硼化物、矽酸鹽、磷化物以及鹵化物等成分。由於其所形成的玻璃態釉質物覆蓋層的厚度往往都比較薄，使得塗層的隔熱性能有限並且在高溫中容易破壞，因而非膨脹型防火塗料的防火效果較差。但是，非膨脹型防火塗料也有很多優點，比如，裝飾效果好、耐腐蝕性與耐水性好、容易著色等，且非膨脹型防火塗料的塗層硬度也較好。 有些非膨脹型防火塗料雖然不能形成玻璃態的釉質物，但其塗層本身就具有較低的熱傳導率，可以在一定的時間內使被保護的基材表面保持相對低的溫度，因而也可以起到防火保護作用。
膨脹型防火塗料
膨脹型防火塗料的防火機理：膨脹型防火塗料在火災的高溫作用下，其表面的塗層會出現熔融、起泡、隆起的現象，從而形成了海綿狀的泡沫隔熱層，且不斷地釋放出不燃性氣體並充填在“海綿”的隔熱層中，產生的膨脹隔熱層厚度往往是塗層原有厚度的幾十倍，其具有顯著的隔熱效果，阻燃性能優良。 膨脹型防火塗料的防火功能主要體現在以下幾方面：其能夠隔絕基材與空氣的直接接觸，能夠阻隔火焰和熱量對基材的傳導與熱輻射；由於塗層的熔融、膨脹等變化以及塗料組成的分解、揮發和碳化等能夠吸收大量熱量，從而降低材料表面溫度；釋放出的阻燃氣體，能夠沖淡空氣中的可燃性氣體，從而有效地遏制了火焰的燃燒。
