【摘 要】
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木制建筑自古以来便是人类生活最为常见的建筑之一,近年来随着低碳、环保、可持续发展等理念的深入人心,木制建筑越来越受人们的青睐。然而,与此同时,我们发现木制建筑火灾事故却层出不穷,危害极大。因此,降低木制建筑火灾事故发生概率及危害程度具有重要意义。解决木制建筑火灾的难点主要体现在两个方面:（1）木材易燃且燃烧时火焰蔓延速度快,潜在火灾隐患大;（2）现有的建筑火灾预警技术通常在火灾发生后才运作,预警响
【基金项目】
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广东省自然科学基金（2019A1515011044）； 广州市科技项目（201806010113）； 中国科学技术大学开放课题（HZ2021-KF14）；
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木制建筑自古以来便是人类生活最为常见的建筑之一,近年来随着低碳、环保、可持续发展等理念的深入人心,木制建筑越来越受人们的青睐。然而,与此同时,我们发现木制建筑火灾事故却层出不穷,危害极大。因此,降低木制建筑火灾事故发生概率及危害程度具有重要意义。解决木制建筑火灾的难点主要体现在两个方面:（1）木材易燃且燃烧时火焰蔓延速度快,潜在火灾隐患大;（2）现有的建筑火灾预警技术通常在火灾发生后才运作,预警响应具有一定滞后性。众所周知,水凝胶是一类含水量极高且导电的绿色材料,阻燃效果显著。本文基于水凝胶高阻燃、高导电的特点将其分别应用在木材阻燃与早期火灾预警上,通过调节水凝胶组成、结构,研究并揭示组成-结构-性能三者之间的内在关系,有效提高了木制建筑的火灾安全性,为减少木制建筑火灾事故、降低其危害提供了一种新的策略和思路。主要研究工作如下:（1）为了提高木材的阻燃性能,本文以明胶和壳聚糖为原料制备了Gx-Cy水凝胶前驱体溶液涂覆在木材表面形成水凝胶阻燃涂层,通过UL-94、CCT等测试发现该水凝胶可显著提高木材阻燃性能,水凝胶在燃烧过程中不仅可以通过水分蒸发吸热,且能形成完整致密的炭层保护内部木材,使其具有更长的耐火时间和快速的自熄灭能力,点燃时间比纯木材增加了6倍,p HRR和THR分别降低了24.0%和17.2%。另外,水凝胶不影响木材固有的力学性能,且能在受损后通过局部加热方式实现自修复,废弃涂层也可被回收再利用。（2）为了实现水凝胶的早期火灾预警功能,本文采用海藻酸钠、丙烯酰胺和氯化铁制备了SA-PAM-Fe水凝胶,研究不同含水量和Fe3+浓度与各性能的关系。测试结果表明,SA-PAM-Fe水凝胶随着含水量离子浓度的增加,其温度感应灵敏度上升,在氯化铁溶液浓度为10.0%时达到顶峰,在25-90℃温度区间具有0.94%/℃灵敏度。可利用其对不同温度变化而响应的高区分度对室内温度变化进行监测,当建筑内出现异常升温时能及时发出信号,从而达到早期火灾预警的目的。另外,Fe3+会促进水凝胶脱水成炭,对其高温完整性和快速自熄灭性能有利。（3）考虑到导电水凝胶长期使用时会存在缓慢失水的问题,造成其温度感应、阻燃性能难以长期保持,通过溶液置换的方式在SA-PAM-Fe水凝胶引入丙三醇制备抗失水、抗冻水凝胶Sx,研究置换时间与各性能的关系。随着置换时间的增加,Sx温度感应性提高并在置换12h时（S12）达到峰值。S12具有良好的抗失水、抗冻性能和优异的温度感应稳定性,同时具有良好的自熄灭性能,且在经过燃烧后仍能重复使用。
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