摘   要： 目前建築的主要結構性材料有混凝土和鋼材，文本通過對目前幾種防火(huǒ)材料的闡述，介紹了一(yī)些新型的防火(huǒ)塗料和處理技術，希望從建築結構上确保穩定性和耐火(huǒ)性。

關鍵詞：混凝土 、鋼結構、外(wài)保溫材料、防火(huǒ)材料

火(huǒ)在人類文明的發展史中(zhōng)扮演了及其重要的角色。但是，火(huǒ)是一(yī)把雙刃劍，它在造福人類的同時，也給人類帶來了巨大(dà)的災難。火(huǒ)災的直接損失約爲地震的五倍，僅次于幹旱和洪澇，而且發生(shēng)的頻(pín)率居于各災種之首。許多火(huǒ)災的發生(shēng)，除了與消防設施及消防管理存在問題有關外(wài)，防火(huǒ)材料的優劣也起了緻命作用。1994年12月8日，新疆克拉瑪依的一(yī)場大(dà)火(huǒ)，遇難325人，受傷130人；同年11月29日，遼甯阜新的歌舞廳大(dà)火(huǒ)造成了200多人喪生(shēng)，這些火(huǒ)災的造成與損失的導緻，在很大(dà)程度上與建築材料的防火(huǒ)性差有很大(dà)關系。由此可見，在建築中(zhōng)采用防火(huǒ)材料、在發生(shēng)火(huǒ)災時阻止火(huǒ)勢蔓延、延長結構耐火(huǒ)極限從而爲滅火(huǒ)赢得寶貴時間具有重大(dà)意義。

一(yī)、 防火(huǒ)混凝土

（一(yī)）混凝土在燃燒時的行爲

混凝土本身是不燃的，但是在高溫作用下(xià)，混凝土的強度随溫度上升而急劇下(xià)降，超過一(yī)定溫度時強度完全喪失，從而導緻結構的垮塌。研究表明，當溫度爲600℃時，混凝土的抗壓強度僅爲室溫時的45%左右，溫度超過1000℃時，抗壓強度完全喪失；當溫度在50~600℃範圍内時，混凝土的抗拉強度呈直線下(xià)降趨勢，到600℃時抗拉強度完全喪失。

（二）混凝土的防火(huǒ)措施

爲提高混凝土的防火(huǒ)性能，可以采取混凝土結構自防火(huǒ)和輔助防火(huǒ)兩類措施。混凝土結構自防火(huǒ)即采用耐火(huǒ)混凝土，提高其最高使用溫度從而達到延長耐火(huǒ)極限、降低火(huǒ)災損失的目的；混凝土結構輔助防火(huǒ)措施包括在構件表面加設砂漿保護層、加強裂縫封堵以防止發生(shēng)穿透性裂縫以及噴塗混凝土結構防火(huǒ)塗料等。混凝土結構防火(huǒ)塗料的防火(huǒ)機理與鋼結構防火(huǒ)塗料類似。我(wǒ)國混凝土結構防火(huǒ)塗料研究始于20世紀80年代。混凝土防火(huǒ)塗料可分(fēn)爲膨脹型和非膨脹型兩大(dà)類。塗層較厚、裝飾性差是制約其使用的主要原因，要由絕熱材料、黏合劑和防火(huǒ)添加劑等成分(fēn)組成,它屬于雙組分(fēn)塗料,給生(shēng)産、運輸、施工(gōng)帶來不便,存在耐火(huǒ)時間短,塗層厚,不能用于戶外(wài)和污染環境問題,有相當部分(fēn)塗料普遍滿足不了2006年公安部頒布的A98-2005《混凝土結構防火(huǒ)塗料》的要求。膨脹型防火(huǒ)塗料由有機材料組成,這些成分(fēn)在高溫下(xià)會産生(shēng)有害氣體(tǐ),而且對濕度敏感,性能衰減較快,其耐火(huǒ)極限也比較低,在生(shēng)産、施工(gōng)過程中(zhōng)對人身健康有極大(dà)危害；針對現有的混凝土結構防火(huǒ)塗料存在的問題。核工(gōng)業北(běi)京地質研究院的李振濤和中(zhōng)國建築科學研究院的馬道貞研制開(kāi)發了具有耐火(huǒ)極限高、粘結強度高、耐潮濕、耐凍融良好、燃燒時不産生(shēng)有毒氣體(tǐ)、屬于無機單組分(fēn)環保的新型混凝土結構防火(huǒ)塗料。廣泛适用于公路、鐵路、城市地鐵、隧道等混凝土結構表面的防火(huǒ)保護。它們以海泡石棉爲塗料的主體(tǐ),主要起增強塗層強度和骨架等作用,防止塗料幹燥後和高溫下(xià)龜裂、脫落情況出現。然後用B礦物(wù)經改進後作爲塗料的防火(huǒ)黏合劑,該防火(huǒ)黏合劑以水爲分(fēn)散介質,可在常溫常壓下(xià)進行水化和凝固,并且可在潮濕基面使用,對塗料的施工(gōng)極爲方便。該防火(huǒ)黏合劑粘結強度高,屬于無機膠凝材料,它與混凝土具有良好的附着力,凝固後具有很好的耐水性和耐候性,且不像水泥等有過期失效現象。

（三）耐火(huǒ)混凝土

耐火(huǒ)混凝土是一(yī)種能夠長期承受高溫作用（200℃以上）且在高溫下(xià)能夠保持所需要的物(wù)理力學性能（如較高的熱穩定性、較小(xiǎo)的收縮等）的特種混凝土。該混凝土是由耐火(huǒ)骨料與适量的耐火(huǒ)膠結料（有時還有礦物(wù)摻合料或有機摻合料）和水按一(yī)定比例配制而成的。常用的耐火(huǒ)骨料有碎粘土磚、碎高鋁磚、碎鎂磚及鎂砂等；常用的耐火(huǒ)膠結料有陶瓷泥漿膠結料及複合矽酸鈉膠結料等。根據膠結料的不同可将耐火(huǒ)混凝土分(fēn)爲矽酸鹽耐火(huǒ)混凝土（800℃（最高使用溫度，下(xià)同）、鋁酸鹽耐火(huǒ)混凝土（1600℃）、磷酸鹽耐火(huǒ)混凝土（1600℃）、硫酸鹽耐火(huǒ)混凝土及礬土耐火(huǒ)混凝土（1700℃）等。

二、防火(huǒ)鋼結構

（一(yī)）防火(huǒ)塗料

防火(huǒ)塗料是一(yī)類特制的防火(huǒ)保護塗料，由氯化橡膠、石蠟和多種防火(huǒ)添加劑組成的溶劑型塗料，具有耐火(huǒ)性好的優點。防火(huǒ)塗料施塗于普通電(diàn)線表面後，遇火(huǒ)能膨脹産生(shēng)200毫米厚的泡沫，炭化成保護層，隔絕火(huǒ)源，因此，适用于發電(diàn)廠、變電(diàn)所等級較高的建築物(wù)室内外(wài)電(diàn)纜線的防火(huǒ)保護。

（二）防火(huǒ)塗料的防火(huǒ)機理

根據防火(huǒ)機理的不同可将防火(huǒ)塗料分(fēn)爲非膨脹型防火(huǒ)塗料和膨脹型防火(huǒ)塗料兩大(dà)類。前者的防火(huǒ)機理爲：塗覆在基材表面的防火(huǒ)塗料導熱系數較小(xiǎo)，降低了熱量向被保護基材的傳遞速度。此外(wài)，塗料中(zhōng)的一(yī)些組份遇火(huǒ)時相互反應生(shēng)成不燃氣體(tǐ)的過程是吸熱反應，消耗大(dà)量的熱，有利于降低體(tǐ)系的溫度；後者的防火(huǒ)機理爲：塗覆在基材表面的防火(huǒ)塗料遇火(huǒ)時膨脹炭化發泡，形成是原來塗層厚度幾十倍的不易燃的海綿狀炭化層。

（三）鋼材在燃燒時的行爲

鋼材本身也是不燃的，但是其強度随溫度上升而急劇下(xià)降且導熱系數較大(dà)，因此鋼結構的耐火(huǒ)性能很差。以普通低碳鋼爲例，抗拉強度500℃時降低約50%，600℃時降低約70%。目前一(yī)般認爲鋼構件的強度損失臨界溫度爲540℃。

塗覆防火(huǒ)塗料是最簡單且最有效的提高鋼結構耐火(huǒ)極限的措施。GB 14907-2002《鋼結構防火(huǒ)塗料》根據塗層厚度将鋼結構防火(huǒ)塗料分(fēn)爲厚型（7~45mm）、薄型（3~7mm）和超薄型（≤3mm）三類。厚型鋼結構防火(huǒ)塗料屬于非膨脹型防火(huǒ)塗料，遇火(huǒ)時塗層不膨脹，依靠其不燃性、低導熱性或吸熱性來延緩溫升、保護鋼構件，因此又(yòu)被稱爲隔熱型鋼結構防火(huǒ)塗料。塗層較厚、裝飾性差是制約其使用的主要原因。薄型和超薄型鋼結構防火(huǒ)塗料屬于膨脹型防火(huǒ)塗料。超薄型鋼結構防火(huǒ)塗料與厚型和薄型相比，具有粒度細、塗層薄、施工(gōng)方便及裝飾性好等優點，是目前備受青睐的鋼結構防火(huǒ)塗料。

（四）超薄型鋼結構防火(huǒ)塗料的研究進展

超薄型鋼結構防火(huǒ)塗料大(dà)部分(fēn)是溶劑型的，基料以聚丙烯酸酯樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂及酚醛樹(shù)脂等爲主。近年來無毒環保的水性超薄型鋼結構防火(huǒ)塗料逐漸增多，基料主要爲氯偏乳液、氟碳乳液等。張愛黎等以丙烯酸樹(shù)脂爲基料、可膨脹石墨和納米Mg(OH)2爲複合阻燃劑制備了超薄型鋼結構防火(huǒ)塗料。摻加5%可膨脹石墨和1.5%納米Mg(OH)2、厚度爲1.8mm時，塗料的耐火(huǒ)極限達106min。陳立嬌等[13]以丙烯酸酯乳液爲基料、摻加少量矽溶膠制備了水性超薄型鋼結構防火(huǒ)塗料。劉芳等以聚丙烯酸酯乳液爲基料、埃洛石納米管爲阻燃協效劑制備了水性超薄型鋼結構防火(huǒ)塗料，耐火(huǒ)極限爲107min，燃燒殘餘量高達48.36%且燃燒殘餘物(wù)表面緻密，顯示出優異的耐火(huǒ)性能。

三、防火(huǒ)保溫材料

（一(yī)）納米多孔氣凝膠

納米多孔氣凝膠( 簡稱氣凝膠) 材料是一(yī)種分(fēn)散介質爲氣體(tǐ)的凝膠材料，是由膠體(tǐ)粒子或高聚物(wù)分(fēn)子相互聚積構成的一(yī)種具有網絡結構的納米多孔性固體(tǐ)材料，該材料中(zhōng)孔隙的大(dà)小(xiǎo)在納米數量級。其空洞率高達80% ～99. 8%，孔洞的典型尺寸爲1～100nm，比表面積爲200～1000m2/g，而密度最低可達3kg/m3 ，室溫導熱系數可低至0. 012W/( m·K)。早在1931 年，美國斯坦福大(dà)學的Kistler利用溶膠—凝膠方法及超臨界幹燥技術首次制得氣凝膠，随後Per利用矽脂經溶膠—凝膠方法制備出SiO2氣凝膠，大(dà)大(dà)縮短了氣凝膠的制備及幹燥周期，其後Tewari以CO2爲超臨界幹燥介質來制備氣凝膠，使其凝膠的幹燥溫度降爲室溫，提高了設備的安全可靠性，推動了氣凝膠制備技術的發展。                

（二）氣凝膠材料的特性

密度低、耐高溫。氣凝膠密度僅爲3.55kg /m3 ，僅爲空氣密度的2.75 倍; 二氧化矽氣凝膠具有較高的使用溫度，甚至在900℃高溫下(xià)仍具有較好的多孔網絡結構，在溫度達到1200℃時才會熔化。熱導性低、隔熱能力強。其傳熱過程包含3 種傳熱機理: 通過氣凝膠固體(tǐ)骨架和内部孔隙的熱傳導、對流傳熱和輻射傳熱［5－7］，納米微孔洞抑制了氣體(tǐ)分(fēn)子對熱傳導的貢獻。矽氣凝膠的折射率接近l，而且對紅外(wài)和可見光的湮滅系數之比達100以上，通過摻雜(zá)的手段，可進一(yī)步降低矽氣凝膠的輻射熱傳導，常溫常壓下(xià)摻碳氣凝膠的熱導率可低達0. 013W/m·K，是目前熱導率最低的固态材料。此外(wài)，氣凝膠還具有絕緣能力強; 低聲速特性; 比表面積大(dà)、導電(diàn)率高等特性。

四、結語

随着科學技術的發展，防火(huǒ)材料的研究與開(kāi)發獲得了前所未有的重視，每年都有新的防火(huǒ)材料研制成功。最近，德國開(kāi)發出一(yī)種利用植物(wù)纖維素等原料制成的新型防火(huǒ)材料。這種新型防火(huǒ)材料不僅防火(huǒ)效果好、使用方便、無化學毒性。該産品是從廢舊(jiù)紙(zhǐ)張中(zhōng)提取的植物(wù)纖維素加入一(yī)些不可燃的特殊礦物(wù)材料，按照特定比例混合而制成的。盡管纖維素本身是可燃的，但防火(huǒ)材料中(zhōng)的不可燃成份在遇到火(huǒ)焰時會逐漸融化。混合纖維素在被保護物(wù)體(tǐ)與火(huǒ)焰之間形成如同一(yī)件“外(wài)套”一(yī)樣的保護層，而且随着溫度的升高，保護層會越發堅硬，起到穩定的絕熱作用。該新型防火(huǒ)材料使用簡便，可以通過噴塗的方式直接塗在被保護物(wù)體(tǐ)表面，并能立即發揮作用。