CN107117878A

CN107117878A - 一种采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料及其制备方法

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Publication number: CN107117878A
Application number: CN201710401285.3A
Authority: CN
Inventors: 季韬; 杨宇; 杨越凡; 陈旭涛; 徐靖怡; 吴孝琪
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2017-09-01
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: CN107117878B

Abstract

本发明公开了一种采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料及其制备方法。该碱矿渣隧道防火涂料由干料（矿渣、可再分散乳胶粉、聚乙烯醇、聚丙烯纤维、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、海泡石、空心漂珠、氢氧化镁、氢氧化铝）和复合激发剂（中性钠盐和水玻璃）组成。制备方法：先将复合激发剂溶于干料重量60%～80%的水中，配置成复合激发剂溶液，将干料放置于搅拌锅里慢搅3分钟后，将复合激发剂溶液用玻璃棒引流加入干料中，搅拌5分钟使其混合均匀即得到该碱矿渣隧道防火涂料。该碱矿渣防火涂料具有较高的粘结强度、较好的耐火性能和较短的干燥时间，具有很好的应用前景。

Description

一种采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于隧道防火材料技术领域，更具体涉及一种采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料的制备方法。

背景技术

随着我国隧道工程建设的蓬勃发展，隧道防火研究也开展得如火如荼。隧道发生火灾事故时，会造成中断行车时间长、抢救极其困难、经济损失大等严重后果，其危害相当严重。隧道防火涂料因其较好的防火效果和施工方便性以及较低的成本而具有较好的发展和应用空间。

碱矿渣水泥（采用碱激发剂来激发矿渣制成的水泥）具有以下优点：

（1）良好的耐火性能。高温条件下，普通硅酸盐水泥由于水化产生的钙矾石在110℃、氢氧化钙晶体在400~500℃发生分解，过大的水蒸气压力会造成水泥石性能的劣化，而碱矿渣水泥石中不存在氢氧化钙和钙矾石晶体，因而不会产生类似于普通硅酸盐水泥石由于钙矾石和氢氧化钙晶体分解造成的劣化现象。采用普通硅酸盐水泥制备的混凝土在温度达到300℃时就开始发生爆裂破坏。而碱矿渣水泥混凝土在温度达到1000℃时依然能够表现出良好的稳定性。

（2）良好的抗冻融循环性能。碱矿渣水泥混凝土具有良好的抗冻性能，在试样经过200多次的冻融循环后表面未出现起砂或疏松现象。这是因为碱矿渣混凝土中的毛细孔隙中存在强电解质的真溶液，降低了水的冰点，促成了水的逐渐冻结，而不是像普通硅酸盐水泥石毛细孔中的溶液在冰点和－20℃间突然冻结。碱矿渣水泥石冷冻至－30℃时，无残余变形产生；至－40℃时，产生的残余变形为0.01 mm/m；至－50℃时，为0.15 mm/m。由此可见碱矿渣水泥石的结构冻结损伤的温度低于－50℃。

（3）良好的抗渗性能。碱激发水泥及其制成的混凝土结构致密，孔隙率低且有害孔少，具有很好的抗渗性能。

（4）干燥时间短。碱矿渣水泥快硬的特点可以缩短隧道防火涂料的干燥时间。在实际工程上，隧道防火涂料一般采用分层喷涂施工，下一层的喷涂需要等上一层涂料晾干后才能进行，所以一般需要12~24h的间隔时间，这使得隧道防火涂料的施工工艺复杂且施工时间长。碱矿渣水泥在隧道防火涂料中的应用能够缩短其干燥时间，从而缩短分层施工的时间间隔，甚至直接取消分层施工，简化施工工艺并缩短施工时间。

上述碱矿渣水泥的优点均为隧道防火涂料所要求的重要性能，将碱矿渣水泥应用于隧道防火涂料具有以下优势：

技术方面：提高涂料耐火性能、抗渗性能、抗冻性能。

经济方面：减少一些价格相对较高的防火组分的用量，降低成本。

环境方面：普通硅酸盐水泥生产过程中，由水泥生料中碳酸钙分解产生的二氧化碳会加剧温室效应；水泥生料和燃料中的含硫成分燃烧过程中产生的二氧化硫和生产过程中产生的粉尘等会对环境造成污染，而采用碱激发水泥基本上没有二氧化碳、二氧化硫和粉尘的排放。

目前，专利（CN104194426A）公开了一种碱矿渣隧道防火涂料，该涂料的干料由矿渣、可再分散乳胶粉、聚乙烯醇、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、海泡石、空心漂珠、氢氧化镁、氢氧化铝组成，并以氢氧化钠为激发剂。该涂料具有粘结性能和耐火性能较强等特点。本发明以该涂料配方为基础，通过掺入聚丙烯纤维提高其抗裂性能，以水玻璃和中性钠盐作为复合激发剂代替原有氢氧化钠激发剂，其中水玻璃可显著提高防火涂料的粘结强度，但也会缩短防火涂料干燥时间，影响正常施工，而中性钠盐可延长防火涂料的干燥时间，两者按一定比例制成的复合激发剂既可显著提高防火涂料的粘结强度又能满足施工所需干燥时间的要求。本发明涉及的一种采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料，复合激发剂能均匀分散到干料中，充分发挥复合激发剂的作用，因此具有较好的性能，其应用价值和推广前景良好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料及其制备方法，它具有较好的粘结性能、耐火性能、抗冻性能以及绿色环保等特点。

为实现上述目的，本发明内容如下：

研发的一种采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料由粘结材料、隔热耐火材料、阻燃剂和激发剂组成。按照各组分重量百分数，干料：矿渣30%～40%、可再分散乳胶粉4%～6%、聚乙烯醇0.5%～3%、聚丙烯纤维0.5%～3%、膨胀蛭石15%～18%、膨胀珍珠岩13%～16%、海泡石7%～10%、空心漂珠2%～5%、氢氧化镁3%～6%、氢氧化铝9%～12%；复合激发剂：中性钠盐0.2%～3%、水玻璃1%～6%；上述各组分的重量百分数之和为100%。

中性钠盐采用无水硫酸钠（分析纯，纯度99%）与P.O 42.5普通硅酸盐水泥以重量比6：4的比例配制。水玻璃采用液体水玻璃，其中Na₂SiO₃固体含量为33.7%，SiO₂固体含量为25.86%，Na₂O固体含量为7.84%，模数为3.3。制备前需将复合激发剂溶于干料总重量60%～80%的水中，配置成复合激发剂溶液，将防火涂料的干料放置于搅拌锅里慢搅3分钟后，将复合激发剂溶液用玻璃棒引流加入干料中，搅拌5分钟使其混合均匀即得到该碱矿渣隧道防火涂料，将搅拌均匀的碱矿渣隧道防火涂料倒入模具中，振动1分钟，使其密实化后脱模。将样品置于养护温度为20±2℃、相对湿度为75±5%的养护室内养护至28天，进行粘结强度、耐火性能、耐冻融循环等测试。

本发明配方中各组分的选择依据和作用：碱矿渣水泥具有良好的粘结性能、耐火性能、抗冻融循环性能以及绿色环保的优点；可再分乳胶粉作为辅助粘结材料，对水泥的粘结强度、耐水性、抗热冷循环等均有提高作用；聚乙烯醇是一种水溶性环保型高分子聚合物，可有效地增加水泥、灰浆的粘着力；聚丙烯纤维可提高涂料抗裂性能；膨胀珍珠岩在高温下体内结晶水变成气体，使体积膨胀，并且体积迅速膨胀4～30倍，薄片间形成空气夹层，在夹层中含有大量孔隙，是良好的保温隔热材料；膨胀蛭石在高温下体积膨胀，密度减少近1倍，是一种较好的轻质保温材料；海泡石耐高温性可达1500～1700℃，因此它不仅耐高温，而且可以减少防火涂料固化过程中体积收缩、龟裂等问题；空心漂珠具有微小、空心、耐高温和电绝缘性能优良等特性，另外还具有隔音、耐腐、无毒等优点，是一种新型、多功能的无机材料；氢氧化镁与氢氧化铝在高温下能够吸热分解，并分解出具有耐高温的氧化产物；相对于氢氧化钠激发剂，复合激发剂中的水玻璃含有活性硅，可以使C-S-H分子链增长，能减少涂料的内部累计孔体积，提高涂料的整体强度和粘结强度，缩短涂料的干燥时间，而复合激发剂中的中性钠盐能延长涂料的干燥时间，两者按一定比例制成的复合激发剂既可显著提高防火涂料的粘结强度又能满足施工所需干燥时间的要求。

本发明的显著优点在于：

（1）具有较强的粘结性，与基层粘结牢固，在风荷载和车辆震动时不会脱落。

（2）具有较好的耐火性能，在火灾情况下能够较好的保护隧道结构，防止结构在高温下坍塌。

（3）具有较好的抗冻性能，能够很好的适应低温环境。

（4）具有绿色环保的特点，没有硅酸盐水泥生产过程产生的二氧化碳（生产1吨硅酸盐水泥熟料排放0.8吨的二氧化碳），也没有水泥生料和燃料中含硫成分燃烧过程中产生的二氧化硫以及生产过程中产生的粉尘等对环境造成的污染。此外，由于碱矿渣水泥本身具有一定防火性，所以可以避免传统隧道防火涂料中聚磷酸氨、三聚氰胺等发泡材料的应用，施工过程中不会产生难闻的刺激性气味。

（5）该碱矿渣防火涂料具有较高的粘结强度、较好的耐火性能和较短的干燥时间，其耐火性能和粘结强度等指标均满足规范《混凝土结构防火涂料》（GB 28375-2012）的要求。在生产过程中无有毒和刺激性气体产生，主要粘结材料采用碱矿渣水泥（采用复合激发剂来激发矿渣制成的水泥），节能环保，适合于大规模推广应用，具有很好的应用前景。

具体实施方式

一种采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料各组分按照重量百分数计：干料：矿渣30%～40%、可再分散乳胶粉4%～6%、聚乙烯醇0.5%～3%、聚丙烯纤维0.5%～3%、膨胀蛭石15%～18%、膨胀珍珠岩13%～16%、海泡石7%～10%、空心漂珠2%～5%、氢氧化镁3%～6%、氢氧化铝9%～12%；复合激发剂：中性钠盐0.2%～3%、水玻璃1%～6%；上述各组分的重量百分数之和为100%。

聚丙烯纤维的直径为30 μm、长度为6 mm。中性钠盐采用无水硫酸钠（分析纯，纯度99%）与P.O42.5普通硅酸盐水泥以重量比6：4的比例配制。水玻璃采用液体水玻璃，其中Na₂SiO₃固体含量为33.7%，SiO₂固体含量为25.86%，Na₂O固体含量为7.84%，模数为3.3。

制备前需将复合激发剂溶于干料总重量60%～80%的水中，配置成复合激发剂溶液，将防火涂料的干料放置于搅拌锅里慢搅3分钟后，将复合激发剂溶液用玻璃棒引流加入干料中，搅拌5分钟使其混合均匀即得到该碱矿渣隧道防火涂料，将搅拌均匀的碱矿渣隧道防火涂料倒入模具中，振动1分钟，使其密实化后脱模。将样品置于养护温度为20±2℃、相对湿度为75±5%的养护室内养护至28天，进行粘结强度、耐火性能、耐冻融循环等测试。

最佳实施例

采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料具体组分按照重量百分数计：干料：矿渣38.9%、可再分散乳胶粉4.2%、聚乙烯醇1.3%、聚丙烯纤维0.6%、膨胀蛭石15.6%、膨胀珍珠岩13.1%、海泡石7.8%、空心漂珠2.5%、氢氧化镁3.2%、氢氧化铝10%；复合激发剂：中性钠盐0.56%、水玻璃2.24%。

聚丙烯纤维的直径为30 μm、长度为6 mm。中性钠盐采用无水硫酸钠（分析纯，纯度99%）与P.O42.5普通硅酸盐水泥以6：4（重量比）的比例配制。水玻璃采用液体水玻璃，其中Na₂SiO₃固体含量为33.7%，SiO₂固体含量为25.86%，Na₂O固体含量为7.84%，模数为3.3。

制备前需将复合激发剂溶于干料总重量70%的水中，配置成复合激发剂溶液，将防火涂料的干料放置于搅拌锅里慢搅3分钟后，将复合激发剂溶液用玻璃棒引流加入干料中，搅拌5分钟使其混合均匀即得到该碱矿渣隧道防火涂料。将搅拌均匀的碱矿渣隧道防火涂料倒入模具中，振动1分钟，使其密实化后脱模。将样品置于养护温度为20±2℃、相对湿度为75±5%的养护室内养护至28天，进行粘结强度、耐火性能、耐冻融循环等测试。

碱矿渣隧道防火涂料基本性能见表1。各项性能检测根据GB 28375-2012《混凝土结构防火涂料》进行。

表1 隧道防火涂料的性能

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种采用复合激发剂的碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：各组分按照重量百分数计：干料：矿渣30%～40%、可再分散乳胶粉4%～6%、聚乙烯醇0.5%～3%、聚丙烯纤维0.5%～3%、膨胀蛭石15%～18%、膨胀珍珠岩13%～16%、海泡石7%～10%、空心漂珠2%～5%、氢氧化镁3%～6%、氢氧化铝9%～12%；复合激发剂：中性钠盐0.2%～3%、水玻璃1%～6%；上述各组分的重量百分数之和为100%。

2.根据权利要求1所述的碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：聚丙烯纤维的直径为30 μm、长度为6 mm。

3.根据权利要求1所述的碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：中性钠盐采用无水硫酸钠与P.O 42.5普通硅酸盐水泥以重量比6：4的比例配制，其中无水硫酸钠为分析纯，纯度99%。

4.根据权利要求1所述的碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：水玻璃采用液体水玻璃，其中Na₂SiO₃固体含量为33.7%，SiO₂固体含量为25.86%，Na₂O固体含量为7.84%，模数为3.3。

5.一种制备如权利要求1～4任一所述的碱矿渣隧道防火涂料的方法，其特征在于：制备前需将复合激发剂溶于干料总重量60%～80%的水中，配置成复合激发剂溶液，将防火涂料的干料放置于搅拌锅里慢搅3分钟后，将复合激发剂溶液用玻璃棒引流加入干料中，搅拌5分钟使其混合均匀即得到该碱矿渣隧道防火涂料。