CN104761281A - 阻燃耐高温泡沫混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃耐高温泡沫混凝土及其制备方法，所述混凝土由胶凝材料、耐热集料、液态组合物、掺合料和发泡剂混合制备而成，其中胶凝材料为矿渣硅酸盐水泥和Ⅰ级粉煤灰，耐热集料为玻化微珠、碎黏土熟料、纳米粘土和刚玉砂，液态组合物为减水剂、水和丙烯酸树脂，掺合料为磷酸盐、无机阻燃剂、玻璃纤维和碳酸钙晶须。本发明制备的阻燃耐高温泡沫混凝土具有密度小，强度较高，导热系数低，保温效果好等优点，燃烧性能为A级，耐火极限可达4h，是一种综合性能优良的防火保温材料。

Description

阻燃耐高温泡沫混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高耐火等级的泡沫混凝土，尤其涉及一种阻燃耐高温泡沫混凝土及其制备方法，属于防火建筑材料领域。

背景技术

随着国家关于建筑节能发明相关法律法规的实行，墙体保温材料也得到迅速发展，其中有机类保温材料因具有容易加工、密度小及保温性能好的优点获得广泛应用，如EPS（聚苯乙烯泡沫）、XPS（挤塑聚苯乙烯泡沫）和PU（聚氨酯泡沫）等，但此类保温材料已引发了多起火灾事故，给国家和人们造成了严重的生命和财产损失，这也为建筑防火安全问题敲响了警钟，因此到目前这类材料中很多因为防火等级差而被限制使用。按照《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624-2006的划分，绝大多数建筑工程上常用的有机类保温材料只能达到可燃B2级，达不到燃烧性能为A级的要求。

防火等级高是无机保温材料的最显著特点，燃烧性能为A级，如泡沫混凝土、加气混凝土砌块、泡沫玻璃等，从保温、燃烧、施工和经济性等角度考虑，泡沫混凝土是最有发展前景的轻质材料之一，目前也得到了较广泛的应用，但其在高温环境尤其是受火状态下的稳定性不够，力学性能和表观质量的劣变较为显著，耐火极限一般不超过2.5h。

专利CN202416589U公开了一种混凝土防腐蚀耐高温材料，包括底层、耐高温层和多层网体，底层上面设有耐高温层，耐高温层上面设有多层网体，耐高温层是由砂粒6%、石英砂10%、硅酸铝8%、脂肪族聚氨酯树脂1.25%、30%的稀硅酸钠溶液5.5%、丙烯酸单体3%和氢氧化钾4%组成的，能抵抗盐、油脂、酸和碱对建筑物的腐蚀，同时耐高温性能好，但其只是作为附着材料而不是主要保温材料在发挥作用。

如何改善泡沫混凝土自身的阻燃耐高温性能，提升其结构在高温高压蒸汽或明火灼烧情况下的稳定性、完整性和绝热性，对提高建筑物的防火以及失火后的结构安全具有重要意义。

发明内容

针对现有产品存在的不足，本发明提供一种阻燃型耐高温泡沫混凝土，所述混凝土由胶凝材料、耐热集料、液态组合物、掺合料和发泡剂混合制备而成，各组分的质量份数分别为：

（1）胶凝材料：

矿渣硅酸盐水泥，30-50份；

Ⅰ级粉煤灰，15-35份；

（2）耐热集料：

玻化微珠，5-10份；

碎黏土熟料，5-10份；

纳米粘土，10-25份；

刚玉砂，5-15份；

（3）液态组合物：

减水剂，0.5-1.2份；

水，25-40份；

丙烯酸树脂，1-5份；

（4）掺合料：

磷酸盐，6-15份；

无机阻燃剂，1-5份；

玻璃纤维，2-4份；

碳酸钙晶须，5-10份；

（5）发泡剂：

0.3-0.8份。

所述矿渣硅酸盐水泥为42.5级矿渣硅酸盐水泥。

所述无机阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁中的一种；所述磷酸盐为磷酸二氢钾或磷酸二氢铝中的一种或两种按任意比例混合。

所述减水剂为三聚氰胺或氨基磺酸盐高效减水剂中的一种或两种按任意比例混合，净浆减水率为20%左右。

所述玻璃纤维为高耐热性连续石英玻璃纤维，长度范围为3mm~10mm。

所述碳酸钙晶须长度范围为20um~40um，直径0.5um~1.2um。

所述高耐热性连续石英玻璃纤维长度3mm~5mm的占30%，长度5mm~10mm的占70%，使用温度为650-750℃。

本发明还提供一种阻燃耐高温泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将质量份数30-50份矿渣硅酸盐水泥、5-10份玻化微珠、6-15份磷酸盐、5-10份碎黏土熟料、5-15份刚玉砂、2-4份玻璃纤维、5-10份碳酸钙晶须、15-35份Ⅰ级粉煤灰、1-5份无机阻燃剂均匀混合在一起，制得干粉料；

（2）将0.3-0.8份发泡剂按质量比1:40用水稀释成发泡液，用空气压缩发泡机将发泡液制成泡沫；

（3）将10-25份纳米粘土制备的分散液、0.5-1.2份减水剂、25-40份水、1-5份丙烯酸树脂加入到步骤（1）制备得到的干粉料中，均匀搅拌成浆体；

（4）根据干密度等级的需要，将步骤（2）制备的泡沫加入到步骤（3）制备的浆体中搅拌均匀，制得阻燃耐高温泡沫混凝土。

所述纳米粘土为预先制成纳米粘土的分散液，其制备方法是：把水加热到90℃-99℃时加入纳米粘土，加入纳米粘土的质量为溶液总重的35%~55%，用转速为1100~1250转/分钟的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）本发明中的减水剂可以改善泡沫混凝土浆体的流动性，适当降低水灰比，提高浆体的强度；丙烯酸树脂可以改善泡沫浆体的粘度，提高泡沫的稳定性，并可增加混凝土的耐腐蚀性；Ⅰ级粉煤灰的活性、微珠和填充效应，可降低泡沫混凝土的生产成本，提高流动性和强度等综合性能；刚玉砂和碎黏土熟料都是性能优良的耐热集料，性价比高，利于提升泡沫混凝土的耐热性能。

（2）本发明中的连续石英玻璃纤维，自身耐热性好，使用温度可达700℃，不同尺度的玻璃纤维可与胶结材料、耐热集料和掺合料形成网络交织结构，增强泡沫混凝土的强度，更好地发挥在受火状态下的阻燃和耐高温作用，保持基体的力学性能。

（3）本发明中的玻化微珠作为具有大量闭孔结构的轻质骨料，粒径为3-5mm，可耐1000℃以下高温并可以起到支撑和骨架作用，能减少材性收缩和基体微裂纹的产生，提升泡沫混凝土结构在受火时的完整性，极大地降少穿透性的裂缝或穿火的孔隙。

（4）本发明中的碳酸钙晶须作为微米耐热集料，耐热温度可达640℃，热稳定性能好，采用20um~40um的粉末能更好地与泡沫混凝土中的其他材料均匀混合，充分发挥阻燃耐高温作用。

（5）本发明加入的无机阻燃剂均匀混合后，在受到高温时，能发挥不燃性气体的稀释、覆盖保护膜和冷却降温作用，使得泡沫混凝土结构整体的耐高温性能提升。

（6）本发明中的纳米粘土作为纳米耐热集料，具有优良的热稳定性和阻燃性，当颗粒极细的纳米粘土与其他材料充分搅拌后，纳米粘土的均匀分布可以使泡沫混凝土每部分都具备较好的耐热性能，大大提高泡沫混凝土的阻燃和耐高温性能。

（7）本发明中加入的磷酸盐，在泡沫混凝土受到高温时，浆料中的磷酸盐可以发挥分解-聚合作用，将混凝土中的耐热集料、无机阻燃剂及其他组分黏结在一起，增强混凝土的强度和耐高温性能，提升泡沫混凝土的耐火极限。

（8）本发明的阻燃耐高温泡沫混凝土具有密度小，强度较高，导热系数低，保温效果好等优点，燃烧性能为A级，耐火极限可达4h，是一种综合性能优良的防火保温材料。

具体实施方式

实施例1

一种阻燃耐高温泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将质量份数30份矿渣硅酸盐水泥、6份玻化微珠、7份磷酸盐、7份碎黏土熟料、8份刚玉砂、2.5份玻璃纤维、5份碳酸钙晶须、35份Ⅰ级粉煤灰、2.3份无机阻燃剂均匀混合在一起，制得干粉料；

（2）将0.8份发泡剂按质量比1:40用水稀释成发泡液，用空气压缩发泡机将发泡液制成泡沫；

（3）将15份纳米粘土制备的分散液、0.6份减水剂、37份水、2份丙烯酸树脂加入到步骤（1）制备得到的干粉料中，均匀搅拌成浆体；

（4）根据干密度等级的需要，将步骤（2）制备的泡沫加入到步骤（3）制备的浆体中搅拌均匀，制得阻燃耐高温泡沫混凝土。

所述步骤（3）中纳米粘土为预先制成纳米粘土的分散液，其制备方法是：把水加热到90℃时加入纳米粘土，加入纳米粘土的质量为溶液总重的35%，用转速为1100转/分钟的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温。

    实施例1所得型阻燃耐高温泡沫混凝土测得防火等级为A级，耐火极限为3小时49分。

实施例2

一种阻燃耐高温泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将质量份数40份矿渣硅酸盐水泥、8份玻化微珠、11份磷酸盐、8.5份碎黏土熟料、12份刚玉砂、3份玻璃纤维、7份碳酸钙晶须、28份Ⅰ级粉煤灰、2.7份无机阻燃剂均匀混合在一起，制得干粉料；

（2）将0.6份发泡剂按质量比1:40用水稀释成发泡液，用空气压缩发泡机将发泡液制成泡沫；

（3）将18份纳米粘土制备的分散液、0.8份减水剂、33份水、3.2份丙烯酸树脂加入到步骤（1）制备得到的干粉料中，均匀搅拌成浆体；

（4）根据干密度等级的需要，将步骤（2）制备的泡沫加入到步骤（3）制备的浆体中搅拌均匀，制得阻燃耐高温泡沫混凝土。

所述步骤（3）中纳米粘土为预先制成纳米粘土的分散液，其制备方法是：把水加热到93℃时加入纳米粘土，加入纳米粘土的质量为溶液总重的45%，用转速为1200转/分钟的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温。

    实施例2所得型阻燃耐高温泡沫混凝土测得防火等级为A级，耐火极限为4小时12分。

实施例3

一种阻燃耐高温泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：

（1）将质量份数50份矿渣硅酸盐水泥、10份玻化微珠、14份磷酸盐、9.5份碎黏土熟料、14份刚玉砂、3.6份玻璃纤维、9份碳酸钙晶须、22份Ⅰ级粉煤灰、3份无机阻燃剂均匀混合在一起，制得干粉料；

（2）将0.4份发泡剂按质量比1:40用水稀释成发泡液，用空气压缩发泡机将发泡液制成泡沫；

（3）将21份纳米粘土制备的分散液、1.1份减水剂、28份水、4.6份丙烯酸树脂加入到步骤（1）制备得到的干粉料中，均匀搅拌成浆体；

（4）根据干密度等级的需要，将步骤（2）制备的泡沫加入到步骤（3）制备的浆体中搅拌均匀，制得阻燃耐高温泡沫混凝土。

所述步骤（3）中纳米粘土为预先制成纳米粘土的分散液，其制备方法是：把水加热到98℃时加入纳米粘土，加入纳米粘土的质量为溶液总重的55%，用转速为1250转/分钟的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温。

实施例3所得型阻燃耐高温泡沫混凝土测得防火等级为A级，耐火极限为3小时57分。

Claims (9)

1.一种阻燃型耐高温泡沫混凝土，其特征在于，所述混凝土由胶凝材料、耐热集料、液态组合物、掺合料和发泡剂混合制备而成，各组分的质量份数分别为：

（1）胶凝材料：

矿渣硅酸盐水泥，30-50份；

Ⅰ级粉煤灰，15-35份；

（2）耐热集料：

玻化微珠，5-10份；

碎黏土熟料，5-10份；

纳米粘土，10-25份；

刚玉砂，5-15份；

（3）液态组合物：

减水剂，0.5-1.2份；

水，25-40份；

丙烯酸树脂，1-5份；

（4）掺合料：

磷酸盐，6-15份；

无机阻燃剂，1-5份；

玻璃纤维，2-4份；

碳酸钙晶须，5-10份；

（5）发泡剂：

0.3-0.8份。

2.根据权利要求1所述的阻燃耐高温泡沫混凝土，其特征在于，所述矿渣硅酸盐水泥为42.5级矿渣硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的阻燃耐高温泡沫混凝土，其特征在于，所述无机阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁中的一种；所述磷酸盐为磷酸二氢钾或磷酸二氢铝中的一种或两种按任意比例混合。

4.根据权利要求1所述的阻燃耐高温泡沫混凝土，其特征在于，所述减水剂为三聚氰胺或氨基磺酸盐高效减水剂中的一种或两种按任意比例混合，净浆减水率为20%左右。

5.根据权利要求1所述的阻燃耐高温泡沫混凝土，其特征在于，所述玻璃纤维为高耐热性连续石英玻璃纤维，长度范围为3mm~10mm。

6.根据权利要求1所述的阻燃耐高温泡沫混凝土，其特征在于，所述碳酸钙晶须长度范围为20um~40um，直径0.5um~1.2um。

7.根据权利要求2所述的阻燃耐高温泡沫混凝土，其特征在于，所述高耐热性连续石英玻璃纤维长度3mm~5mm的占30%，长度5mm~10mm的占70%，使用温度为650-750℃。

8.一种根据权利要求1所述的阻燃耐高温泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将质量份数30-50份矿渣硅酸盐水泥、5-10份玻化微珠、6-15份磷酸盐、5-10份碎黏土熟料、5-15份刚玉砂、2-4份玻璃纤维、5-10份碳酸钙晶须、15-35份Ⅰ级粉煤灰、1-5份无机阻燃剂均匀混合在一起，制得干粉料；

（2）将0.3-0.8份发泡剂按质量比1:40用水稀释成发泡液，用空气压缩发泡机将发泡液制成泡沫；

（3）将10-25份纳米粘土制备的分散液、0.5-1.2份减水剂、25-40份水、1-5份丙烯酸树脂加入到步骤（1）制备得到的干粉料中，均匀搅拌成浆体；

（4）根据干密度等级的需要，将步骤（2）制备的泡沫加入到步骤（3）制备的浆体中搅拌均匀，制得阻燃耐高温泡沫混凝土。

9.根据权利要求8所述的阻燃耐高温泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述纳米粘土为预先制成纳米粘土的分散液，其制备方法是：把水加热到90℃-99℃时加入纳米粘土，加入纳米粘土的质量为溶液总重的35%~55%，用转速为1100~1250转/分钟的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温。