强纤维
[0051]23抗爆裂纤维
[0052]24常规混凝土
[0053]3防火介质
[0054]4混凝土自身复合隔热层
[0055]41热致裂缝
[0056]42网状通道
[0057]5火灾高温
【具体实施方式】
[0058]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0059]须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0060]如图1至图3所示，本发明提供一种微胶囊自防火隧道混凝土衬砌结构，包括普通层I和自防火层2，所述普通层I为常规混凝土或钢筋混凝土层，所述自防火层2由掺有热熔微胶囊21、增强纤维22和抗爆裂纤维23的常规混凝土构成，所述热熔微胶囊21包括高温下可熔融破裂的单层或多层胶囊外壳211和内部填充的高温下可发泡膨胀隔热阻燃的防火介质212。优选地，所述普通层I和自防火层2 —体浇筑而成，自防火层2是结构的有效承载部分，与普通层I 一起共同承受外部荷载的作用。优选地，所述热熔微胶囊外壳211由动物明胶、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲、聚脲甲醛、合成蜡、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂类、双环戊二烯等制成，在高温作用下会熔化破裂，释放出内部填充的防火介质212。优选地，所述热熔微胶囊内部填充的防火介质212由高温发泡阻燃体系、膨胀石墨等制成，所述高温发泡阻燃体系一般包括脱水成炭催化剂、发泡剂、成炭剂，所述防火介质212在高温下会发生物理化学反应并膨胀发泡，在自防火层内部及结构迎火面形成隔热防火层，阻止高温向普通层的蔓延，由于微胶囊壳体的保护，使得防火介质处于稳定的环境，避免了混凝土中水分、化学组分等环境因素对防火介质的影响，确保防火介质的长期有效性，同时，也避免了防火介质对混凝土物理力学性能的影响。优选地，所述增强纤维22为钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等，在自防火层2中的体积掺量小于2 %，用于弥补由于微胶囊21掺入而引起的混凝土强度、刚度等力学性能下降。优选地，所述抗爆裂纤维23由不同尺寸的聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚酰亚胺纤维等，在自防火层2中的体积掺量小于2%，在高温作用下会熔融消散，用于避免混凝土的高温爆裂和剥落，同时，在自防火层2混凝土中形成不同尺度的网状通道，防火介质212提供蔓延通道。优选地，所述热熔微胶囊21、增强纤维22和抗爆裂纤维23搅拌均匀，高度分散在自防火层2的混凝土中。
[0061 ] 如图4和图5所示，本发明的自防火机理在于:
[0062]1.火灾时，增强纤维及抗爆裂纤维避免了自防火层2中混凝土的高温爆裂和剥落；同时，融熔后的抗爆裂纤维22 (例如，聚丙烯纤维在160°C时热熔)在自防火层2的常规混凝土 24中形成了不同尺度的网状通道42 ;
[0063]2.由于火灾高温5的热触发，热熔微胶囊21的外壳211在高温下熔融破裂，其内部封装的防火介质212在高温下发生物理化学反应，膨胀发泡吸热耗能，物理化学反应后的防火在介质3在发泡气体的驱动下填充混凝土热致裂缝41及前述网状通道42，并沿这些通道溢出，在衬砌自防火层2表面构成了第一道具有封闭结构的由反应后的防火介质3构成的隔热层。
[0064]3.未爆裂剥落的衬砌自防火层受损混凝土连同填充其间的物理化学反应后的防火介质3构成了第二道具有隔热和一定承载能力混凝土自身隔热层4。
[0065]防火介质3隔热层及混凝土自身隔热层4两者形成的复合隔热屏障，共同抑制普通层I混凝土的温度升高及高温损伤，实现了热触发条件下衬砌结构的自防火，以及防爆裂与隔热的同步。
[0066]4.常温下，借助增强纤维及抗爆裂纤维的增强作用，弥补了由于热熔微胶囊21掺入而引起的混凝土性能下降，自防火层2与普通层I可共同承担水土压力荷载，实现了衬砌结构防火与承载的协同作用。
[0067]与普通钢筋混凝土衬砌结构相比，在不改变结构尺寸、不降低结构强度和刚度的条件下，本发明充分发挥隧道衬砌结构自身的防火能力，实现防爆裂与隔热的同步、防火与承载的协同作用以及火灾热触发下的自动防火，耐久性好，长期经济效益高，适合隧道混凝土衬砌的全寿命周期防火设计。
[0068]此外，本发明除了用于隧道衬砌结构(如图6和图7所示)，也可用于梁、柱等建筑结构(如图8和图9所示)实现结构的自防火。此时，自防火层根据结构受火情况，可为单面、双面、三面或多面等布置形态。
[0069]综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0070]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种微胶囊自防火隧道混凝土衬砌结构，其特征在于，包括普通层(I)和自防火层(2)，所述普通层(I)为常规混凝土或钢筋混凝土层，所述自防火层(2)由掺有热熔微胶囊(21)、增强纤维(22)和抗爆裂纤维(23)的常规混凝土构成，所述热熔微胶囊(21)包括单层或多层胶囊外壳(211)和内部填充的防火介质(212)。2.根据权利要求1所述的隧道混凝土衬砌结构，其特征在于:所述普通层(I)和自防火层(2) —体浇筑而成。3.根据权利要求1所述的隧道混凝土衬砌结构，其特征在于:所述胶囊外壳(211)由动物明胶、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲、聚脲甲醛、合成蜡、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂类和双环戊二烯中的一种或多种混合制成。4.根据权利要求1所述的隧道混凝土衬砌结构，其特征在于:所述防火介质(212)包括高温发泡阻燃体系和膨胀石墨。5.根据权利要求4所述的隧道混凝土衬砌结构，其特征在于:所述高温发泡阻燃体系包括脱水成炭催化剂、发泡剂、成炭剂。6.根据权利要求1所述的隧道混凝土衬砌结构，其特征在于:所述增强纤维(22)为钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维。7.根据权利要求1或6所述的隧道混凝土衬砌结构，其特征在于:所述增强纤维(22)在自防火层(2)中的体积掺量小于2%。8.根据权利要求1所述的隧道混凝土衬砌结构，其特征在于:所述抗爆裂纤维(23)为不同尺寸的聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维、芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维、尼龙纤维、维尼纶纤维、聚酰亚胺纤维。9.根据权利要求1或8所述的隧道混凝土衬砌结构，其特征在于:所述抗爆裂纤维(23)在自防火层(2)中的体积掺量小于2%。10.根据权利要求1所述的隧道混凝土衬砌结构，其特征在于:所述热熔微胶囊(21)、增强纤维(22)和抗爆裂纤维(23)搅拌均匀，高度分散在自防火层(2)的混凝土中。
【专利摘要】本发明提供一种基于微胶囊技术的自防火隧道混凝土衬砌结构，包括普通层和自防火层，所述普通层为常规混凝土层，所述自防火层由掺有增强纤维、抗爆裂纤维和热熔微胶囊的混凝土构成，所述热熔微胶囊包括胶囊外壳和内部填充的防火介质。与普通钢筋混凝土衬砌结构相比，在不改变结构尺寸、不降低结构强度和刚度的条件下，本发明充分发挥隧道衬砌结构自身的防火能力，实现防爆裂与隔热的同步、防火与承载的协同作用以及火灾热触发下的自动防火，耐久性好，长期经济效益高，适合隧道混凝土衬砌的全寿命周期防火设计。
【IPC分类】E21F5/08, E21D11/38, E21D11/10
【公开号】CN105221165
【申请号】CN201510657437
【发明人】闫治国, 朱合华, 丁文其, 沈奕
【申请人】同济大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月12日