桥梁防火用纤维/气凝胶复合材料制备及抗火性能研究

作     者：孟庆坤 贾帅德 康大伟 倪雅 康壮苏 隋艳伟 委福祥 肖彬 闵亮 张太科 戚继球 MENG Qingkun;JIA Shuaide;KANG Dawei;NI Ya;KANG Zhuangsu;SUI Yanwei;WEI Fuxiang;XIAO Bin;MIN Liang;ZHANG Taike;QI Jiqiu

作者机构：中国矿业大学材料与物理学院江苏徐州221116 江苏中矿大正表面工程技术有限公司江苏徐州221000 广东湾区交通建设投资有限公司广东广州511462 

出 版 物：《陶瓷学报》 (Journal of Ceramics)

年 卷 期：2024年第45卷第6期

页      面：1145-1153页

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(52171091) 徐州市科技成果转化项目(KC22441) 徐州市重点研发计划(KC22418) 

主　　题：桥梁防火 气凝胶复合材料 纤维 烃类火 隔热性能 

摘      要：针对桥梁缆索防火需求,以玄武岩纤维、玄武岩—高硅氧复合纤维和高硅氧纤维为基体,制备出SiO_(2)气凝胶复合材料。探索复合材料保护下的缆索模型在烃类火中的温度响应特征,研究复合材料在燃烧试验前后的微观形貌、相组成、力学性能和热导率的演化。所制备复合材料的气凝胶均匀填充在纤维骨架中,纤维气凝胶结合良好。玄武岩纤维在高温火焰中发生晶化和软化,导致纤维骨架坍塌和气凝胶破碎,缺乏纤维支撑的气凝胶在高温下孔隙坍塌且颗粒长大。因此,玄武岩纤维增强的复合材料在高温火焰暴露后力学和隔热性能大幅衰退。高硅氧纤维/气凝胶复合材料的纤维与气凝胶产生协同隔热效应,气凝胶可以保护纤维不发生晶化,而纤维完整骨架可以降低SiO_(2)气凝胶的热辐射作用,使气凝胶孔隙和颗粒尺寸在高温火焰中保持稳定。良好的结构稳定性赋予高硅氧纤维/气凝胶复合材料优异的高温稳定性,其燃烧前后的抗拉强度和热导率分别为0.736 MPa和0.0205 W·m^(-1)·K^(-1),0.560 MPa和0.0229 W·m^(-1)·K^(-1)。采用10mm厚的高硅氧纤维/气凝胶复合材料对缆索模型进行防火保护,在1100℃的烃类火中燃烧120min后,缆索模型表面仅有259℃,该气凝胶复合材料呈现出优异的抗火隔热性能,有望应用于桥梁防火领域。