纤维增强SiO₂气凝胶复合材料的湿热老化行为研究

摘要

针对桥梁缆索防火需求，以玻璃纤维、玻璃纤维—玄武岩纤维复合材料和玄武岩纤维为基体，采用溶胶—凝胶和乙醇超临界干燥制备出三种SiO₂气凝胶复合材料，并探索气凝胶复合材料在湿热老化测试中的结构和性能变化。结果表明湿热老化测试前三种气凝胶复合材料的纤维和基体都结合良好，气凝胶均匀填充在纤维组成的骨架中。在温度为60℃湿度为90%的湿热老化测试180天后，部分纤维从气凝胶中脱出，导致气凝胶块体发生破碎。湿热老化测试180天后，玻璃纤维/气凝胶复合材料、玻璃纤维—玄武岩纤维/气凝胶复合材料和玄武岩纤维/气凝胶复合材料的抗拉强度分别下降4.9%、11.7%、10.3%，而热导率分别升高5.6%、9.2%、8.4%。基于力学性能和隔热性能的衰减以及Hallberg Peck模型，建立自然环境下湿热老化寿命预测方程。以广州地区作为服役环境，并以力学性能和隔热性能的衰退均不超过10%作为气凝胶复合材料的失效标准，玻璃纤维/气凝胶复合材料、玻璃纤维—玄武岩纤维/气凝胶复合材料和玄武岩纤维/气凝胶复合材料在自然环境下的湿热老化寿命分别为18.7年、10.4年和11年。研究表明，三种气凝胶复合材料均可在桥梁潮湿环境中长期服役，在桥梁缆索火灾防火中具有重要的应用前景。

关键词

桥梁防火 / 气凝胶复合材料 / 湿热老化 / 抗拉强度 / 隔热性能