[发明专利]基于木材阻燃改性的胶合木梁抗火性能提升方法

说明书

本发明属于木结构抗火技术领域，具体为基于木材阻燃改性的胶合木梁抗火性能提升方法，具体包括：阻燃层板制备：采用高温预处理、两步法无机沉淀物原位成型、无机凝胶浸渍、压缩密实化的阻燃改性木材；胶合木梁底部曝火区域配置1～3层阻燃改性木材，其余部分木材采用未经处理的低质速生木材；胶合木梁制备和养护；曝火面涂布防火涂料；火灾试验，火灾试验中胶合木梁为两个侧面和底面共计三面受火，受火后胶合木梁的剩余抗弯极限承载力测定根据抗弯试验方法进行。本发明利用了绿色、低碳和环保的木材阻燃改性方法，兼顾木结构建筑绿色生态属性的同时，实现了提升木构件抗火性能、保障建筑消防安全的目标。

技术领域

本发明涉及木结构抗火技术领域，具体涉及基于木材阻燃改性的胶合木梁抗火性能提升方法。

背景技术

建筑业的碳排放量远高于其他产业，水泥和钢材等传统的建筑材料能够满足基础设施建造要求且需求量大，但较木材有着碳排放量高、不可再生、对生态环境有污染等缺点。胶合木作为木结构建筑的基本构件，具有力学性能高、尺寸自由度大、可充分利用小规格木材等系列优点，但木材具有可燃性，燃烧时释放烟气和大量热量，助长火势，且高温下木材炭化，导致力学性能降低，因此木结构抗火性能不足是导致建筑消防安全隐患、限制木结构建筑向更大跨、更高层方向发展的关键技术瓶颈。

我国虽然在20世纪90年代时开展了大量胶合木抗火性能的研究，但由于国家关于防火方面的规范体系不够健全、消防理念没有及时与时俱进导致国内木结构建筑发展脚步缓慢，虽然我国针对木结构建筑发布了《木结构设计标准》(GB 50005-2017)和《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014)，针对木结构建筑在建造时的防火安全问题做出明确规定，但关于木材燃烧机理以及炭化深度等关键指标并未涉及，抗火性能一直是木结构高质量发展的行业共性关键技术难题。

火灾中的木构件分为三部分，分别为曝火侧表层的炭化层、次表层的高温分解层和内部的常温层。木材炭化层强度为0；高温分解层并未发生炭化，但由于其受到高温影响，木材发生热解反应，内部组分产生改变且含水率降低，所以强度存在一定折减；木材最内部为强度保持不变的常温层。火灾中单位受火时间内的炭化深度，称为炭化速率，不同木材种类制成的木构件，火灾中其高温分解层的厚度相差较小，但炭化速率相差较大，因此，炭化速率是木结构建筑抗火性能设计的关键指标。

我国现行国家标准《胶合木结构技术规范》(GB/T 50708-2012)中建议木材炭化速率在取值上参考了国外相关标准，统一为0.633mm/min，但实际木结构建筑所用木材种类较多，且标准并未对不同受火时间、木材密度下木构件的炭化速率做出区分，因此并不能准确反应胶合木构件在在不同燃烧条件下真实的炭化速率。

在欧洲标准EN 1995-1-2:2004中，对不同密度的树种进行了炭化速率的区分，如表1所示。

表1欧洲标准中针/阔叶木材炭化速率

表1中：β0为一维炭化速率设计值；βn为考虑“拐角效应”的名义炭化速率设计值。

美国林纸协会技术手册NDS 1997建议一维炭化速率设计值为0.635mm/min。澳大利亚标准AS 1720-2006认为密度与炭化速率呈负相关，并给出计算公式，如式(4)所示：

欧洲标准EN 1995-1-2:2004建议的有效炭化深度计算公式如式(5)、(6)所示。

d_ef＝β_nt+7k₀ (5)

式中：def—木材有效炭化深度(mm)；βn—考虑强度折减的炭化速率设计值(mm/min)；t—受火时间(min)；k0—考虑木材炭化层内部高温影响厚度的系数。