CN113526918A - 一种不燃防火建筑材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种不燃防火建筑材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种不燃防火建筑材料及其制备方法和应用，属于防火材料技术领域。其制备步骤为：将矿粉、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、漂珠、羟丙基甲基纤维素、改性海藻胶粉、木质纤维、硅酸铝纤维混合成组分A；将强碱溶于水中，冷却至室温，混合成组分B。将组分A加入到组分B中，快速搅拌均匀即得到不燃防火建筑材料。本发明利用固废物矿粉与强碱激发剂水化反应、添加其他轻质隔热材料和助剂配制成均匀的湿料，压制、干燥成耐火性能优异的防火装饰材料，该材料耐火隔热，高温下的导热系数低、材料尺寸稳定性好，装饰性好，高温下可以保持较好的强度。

Description

一种不燃防火建筑材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及防火材料技术领域，尤其涉及一种不燃防火建筑材料及其制备方法和应用。
背景技术
粒化高炉矿渣粉又称矿渣粉，是炼铁厂在高炉冶炼生铁时所产生的以硅铝酸钙为主要成分的熔融物，经水淬成粒后所得的工业固体，矿渣粉越细，比表面积越大，活性越高，该材料是金属冶炼产生的固体废物。
矿渣的化学成分有CaO、SiO2、Al2O3、MgO、MnO、Fe2O3等氧化物和少量硫化物如CaS、MnS等，一般来说，CaO、SiO2和Al2O3的含量占90％以上，如下表：
矿渣粉的化学成分
化学成分 SiO<sub>2</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MgO SO<sub>3</sub> MnO Cl<sup>-</sup> H<sub>2</sub>O
含量，％ 34.06 0.83 35.93 14.74 9.73 0.23 0.74 0.049 0.23
矿渣是高炉炼铁时产生的废渣，是一种固废物，同时也是一种胶凝材料。水淬矿渣(简称GBFS)是一种非晶态，并且这种非晶态玻璃体是种分相玻璃体，其中分出的连续相是化学稳定性差的富钙相。因此矿渣的分相玻璃体结构是矿渣活性的主要来源。由于水淬矿渣基本上是由玻璃体组成，矿渣在碱性溶液激发下的水化实质就是矿渣玻璃体在碱性溶液激发下的水化，水化反应产物为无机高分子材料，该水化反应没有热量释放，因此材料的稳定性较好，不会出现明显的变形和收缩，材料的耐高温性能优异。因此该类材料在建筑防火材料方面就有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不燃防火建筑材料及其制备方法和应用，本发明的建筑材料利用固废物加工而成，不燃环保，耐火隔热，尺寸稳定性好，材料强度较高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种不燃防火建筑材料，由包含以下重量份数的原料制备得到：
Figure RE-GDA0003245482090000011
Figure RE-GDA0003245482090000021
进一步的，所述矿粉为S95型，矿粉的比表面积≥400kg/m2。
进一步的，所述膨胀蛭石的粒径为2～4mm。
进一步的，所述膨胀珍珠岩的粒径为2～3mm。
进一步的，所述漂珠的粒径为0.05～0.15mm。
进一步的，所述改性海藻胶粉为南京艾登柯贸易公司的改性海藻胶粉 WK-18。
进一步的，所述强碱激发剂包含氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠和硅酸钾中的一种或几种。
进一步的，所述矿粉和强碱激发剂的质量比为9：1～10：1。
本发明提供了一种不燃防火建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将矿粉、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、漂珠、羟丙基甲基纤维素、改性海藻胶粉、木质纤维、硅酸铝纤维混合得到组分A；
2)将强碱激发剂和水混合得到组分B；
3)将组分B喷洒到组分A表面的同时快速混合，得到混合物料，即为不燃防火建筑材料。
进一步的，所述喷洒的速率为0.4～0.6L/min。
进一步的，所述步骤1)和步骤2)中，混合的时间独立的为5～10min，混合的速度独立的为150～200r/min。
进一步的，所述步骤3)中，快速混合的时间为5～10min，快速混合的速度为150～200r/min。
本发明提供了一种不燃防火建筑材料在制备防火板材或防火涂层中的应用。
进一步的，所述在制备防火板材中的应用即为：将不燃防火建筑材料压制成型即得防火板材。
进一步的，所述在制备防火涂层中的应用即为：将不燃防火建筑材料与VAE 胶粉混合后涂覆于钢板表面即得防火涂层。
本发明的有益效果：
本发明采用一定比例的强碱激发剂-矿粉为主要胶凝材料，两种材料的比例是胶凝反应的关键，同时对不燃防火建筑材料的性能影响较大，轻质耐火材料的添加比例是另一个关键因素，对不燃防火建筑材料的耐火性能和强度等机械性能有较大影响。本发明筛选试验后采用的碱激发剂-矿粉的比例再加入各种轻质耐火材料、助剂后，得到的最终防火板材表面无结霜现象，防火板材浸水后使溶液成弱碱性，水化反应完全，经测试防火板材的机械强度基本达到峰值。
本发明采用碱激发矿粉作为胶凝材料，通过添加轻质耐火材料大大提高了材料的耐火隔热性，同时又通过添加WK-18改性海藻胶粉、羟丙基基纤维素改善了胶凝体系的粘接性和和易性，使制备的防火涂层具有平整、均匀和较好的抗弯强度防火板材整体的耐火隔热性(30mm厚)＞2小时，由该体系制得的防火涂层(厚度18mm，HC升温曲线)的耐火极限＞3小时。本发明所制得的不燃防火建筑材料，是一种新型耐火隔热材料，材料可以满足多种高耐火极限领域的要求，是一种建筑防火领域的新产品，且制备步骤简单，工艺条件易于控制，适于工业化生产和推广应用。
附图说明
图1为利用本申请实施例3的不燃防火建筑材料制备的防火板材在1000℃下耐火试验2h得到的背温曲线图；
图2为利用本申请实施例3的不燃防火建筑材料制备的防火涂层在1000℃下耐火试验3h得到的背温曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种不燃防火建筑材料，由包含以下重量份数的原料制备得到：
Figure RE-GDA0003245482090000031
Figure RE-GDA0003245482090000041
在本发明中，按重量份数计，所述矿粉的添加量为50～60份，优选为52～58 份，进一步优选为55份；所述矿粉优选为S95型矿粉，其7d、28d的活性指数 /％≥70、95；矿粉的比表面积≥400kg/m2，优选为≥500kg/m2，进一步优选为≥ 600kg/m2。
在本发明中，按重量份数计，所述膨胀蛭石的添加量为6～10份，优选为7～9 份，进一步优选为8份；所述膨胀蛭石的粒径为2～4mm，优选为3mm。所述膨胀蛭石的密度为150kg/m3，熔点＞1300℃。在本发明中，选用的膨胀蛭石(白色)，较普通蛭石(黄色)，具有更轻质、耐火的特性，进一步提高的材料的耐火隔热特性。
在本发明中，按重量份数计，所述膨胀珍珠岩的添加量为8～12份，优选为 9～11份，进一步优选为10份；所述膨胀珍珠岩的粒径为2～3mm，优选为2.5mm。所述膨胀珍珠岩的堆积密度为200kg/m3，熔点＞1300℃。
在本发明中，按重量份数计，所述漂珠的添加量为3～5份，优选为3.5～4.5 份，进一步优选为4份；所述漂珠的粒径为0.05～0.15mm，优选为0.08～0.12mm，进一步优选为0.1mm。所述漂珠的容重为300kg/m3，耐热＞1600℃。
在本发明中，按重量份数计，所述羟丙基甲基纤维素的添加量为0.3～0.5份，优选为0.35～0.45份，进一步优选为0.4份；所述羟丙基甲基纤维素的分子量优选为20万。在本发明中，选用的羟丙基甲基纤维素是一种20万分子量、高粘度的产品，与WK-18改性海藻胶粉配合，使组分A、组分B混合后具有更好的和易性，压制后材料的平整性更好。
在本发明中，按重量份数计，所述改性海藻胶粉的添加量为0.5～0.7份，优选为0.55～0.65份，进一步优选为0.6份，所述改性海藻胶粉优选为南京艾登柯贸易公司的改性海藻胶粉WK-18，该改性海藻胶粉的玻璃化温度为10℃，最低成膜温度为0℃。在本发明中，选用的WK-18改性海藻胶粉是一种新型工业砂浆用胶粉，其性能远高于普通VAE的胶粉，用量少，效率高，同时使混合后的浆料粘结性更强，更利于压制成型，保证了轻质耐火材料颗粒之间的致密性。
在本发明中，按重量份数计，所述木质纤维的添加量为0.8～1.2份，优选为 0.9～1.1份，进一步优选为1.0份。该木质纤维的处理温度高达260℃以上。
在本发明中，按重量份数计，所述硅酸铝纤维的添加量为0.3～0.5份，优选为0.35～0.45份，进一步优选为0.4份。该硅酸铝纤维为高铝型，耐热＞1200℃。
在本发明中，按重量份数计，所述强碱激发剂的添加量为4～11份，优选为 6～8份，进一步优选为7份；在本发明中，所述强碱激发剂包含氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠和硅酸钾中的一种或几种，优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾。在本发明中，选用的强碱激发剂具有不燃环保，耐火隔热，尺寸稳定性好，增强材料强度等特点，在建筑防火方面应用前景良好。
在本发明中，按重量份数计，所述水的添加量为150～200份，优选为160～190 份，进一步优选为185份。
在本发明中，所述矿粉和强碱激发剂的质量比为9：1～10：1，优选为9：1。
本发明提供了一种不燃防火建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将矿粉、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、漂珠、羟丙基甲基纤维素、改性海藻胶粉、木质纤维、硅酸铝纤维混合得到组分A；
2)将强碱激发剂和水混合得到组分B；
3)将组分B喷洒到组分A表面的同时快速混合，得到混合物料，即为不燃防火建筑材料。
在本发明中，步骤1)中，混合的时间为5～10min，混合的速度为 150～200r/min；优选为混合的时间为6～9min，混合的速度为160～180r/min；进一步优选为混合的时间为8min，混合的速度为170r/min。
在本发明中，步骤2)中，混合的时间为5～10min，混合的速度为 150～200r/min；优选为混合的时间为6～9min，混合的速度为160～180r/min；进一步优选为混合的时间为8min，混合的速度为170r/min。
在本发明中，步骤3)中，喷洒的速率为0.4～0.6L/min，优选为0.45～0.55L/min，进一步优选为0.5L/min。
在本发明中，步骤3)中，快速混合的时间为5～10min，快速混合的速度为 150～200r/min；优选为快速混合的时间为6～9min，快速混合的速度为 160～180r/min；进一步优选为快速混合的时间为8min，快速混合的速度为 170r/min。
本发明提供了一种不燃防火建筑材料在制备防火板材或防火涂层中的应用。
在本发明中，所述在制备防火板材中的应用即为：将不燃防火建筑材料压制成型即得防火板材。
在本发明中，所述防火板材的厚度为28～35mm，优选为30mm。
在本发明中，将混合物料压制成型的压力为40～60吨，优选为50吨。
在本发明中，将混合物料压制成型之后还需要将成型材料在70～80℃下烘干 20～28h，优选为在75℃下烘干24h。
在本发明中，所述在制备防火涂层中的应用即为：将不燃防火建筑材料与 VAE胶粉混合后涂覆于钢板表面即得防火涂层。
在本发明中，所述防火涂层的厚度为15～20mm，优选为18mm。
在本发明中，所述不燃防火建筑材料与VAE胶粉的质量比为1：0.06～0.1，优选为1：0.08。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
1)配制组分A
称取55份矿粉、8份膨胀蛭石、10份膨胀珍珠岩、4份漂珠、0.4份羟丙基甲基纤维素(HPMC)、0.6份WK-18改性海藻胶粉、1.0份木质纤维、0.4份硅酸铝纤维，干料混合均匀，制成组分A，混合机搅拌时间10分钟，搅拌速度180r/min；
2)配制组分B
称取7.8份氢氧化钠和200份水混合，制成液体组分B，混合设备采用塑料桶，搅拌速度180r/min，混合均匀后自然冷却至室温；
3)压制成型
采用水喷雾的方式将液体组分B在搅拌下连续喷洒到组分A表面上，喷洒速率为0.4L/min，快速搅拌均匀，混合时间10分钟，搅拌速度200r/min；
将混合均匀的湿物料倒入钢质模具中，小型压力机下压制成型，保压1分钟，脱模后将成型的板材放在托盘上放入烘箱中，75℃下烘干24小时，成为防火板材。板材性能测试结果见下表1。
实施例2
1)配制组分A
称取55份矿粉、8份膨胀蛭石、10份膨胀珍珠岩、4份漂珠、0.4份羟丙基甲基纤维素(HPMC)、0.6份WK-18改性海藻胶粉、1.0份木质纤维、0.4份硅酸铝纤维，干料混合均匀，制成组分A，混合机搅拌时间10分钟，搅拌速度180r/min；
2)配制组分B
称取6.9份氢氧化钠和150份水混合制成液体组分B，混合设备采用不锈钢桶，搅拌速度200r/min，混合均匀后自然冷却至室温；
3)压制成型
采用水喷雾的方式将液体组分B在搅拌下连续喷洒到组分A表面上，喷洒速率为0.5L/min，快速搅拌均匀，混合时间10分钟，搅拌速度200r/min；
将混合均匀的湿物料倒入钢质模具中，小型压力机下压制成型，保压1分钟，脱模后将成型的板材放在托盘上放入烘箱中，75℃下烘干24小时，成为防火板材。板材性能测试结果见下表1。
实施例3
称取55份矿粉、8份膨胀蛭石、10份膨胀珍珠岩、4份漂珠、0.4份羟丙基甲基纤维素(HPMC)、0.6份WK-18改性海藻胶粉、1.0份木质纤维、0.4份硅酸铝纤维，干料混合均匀，制成组分A，混合机搅拌时间10分钟，搅拌速度180r/min；
2)配制组分B
称取6.1份氢氧化钠和180份水混合，制成液体组分B，混合设备采用不锈钢桶，搅拌速度180r/min，混合均匀后自然冷却至室温；
3)压制成型
采用水喷雾的方式将液体组分B在搅拌下连续喷射到组分A表面上，快速搅拌均匀，混合时间10分钟，搅拌速度200r/min；
将混合均匀的湿物料倒入钢质模具中，小型压力机下压制成型，保压1分钟，脱模后将成型的板材放在托盘上放入烘箱中，75℃下烘干24小时，成为防火板材。板材性能测试结果见下表1。
实施例4
称取55份矿粉、10份膨胀蛭石、8份膨胀珍珠岩、3.5份漂珠、0.5份羟丙基甲基纤维素(HPMC)、0.65份WK-18改性海藻胶粉、1.2份木质纤维、0.3份硅酸铝纤维，干料混合均匀，制成组分A，混合机搅拌时间10分钟，搅拌速度 180r/min；
2)配制组分B
称取5.5份氢氧化钠和150份水混合，制成液体组分B，混合设备采用塑料桶，搅拌速度200r/min，混合均匀后自然冷却至室温；
3)压制成型
采用水喷雾的方式将液体组分B在搅拌下连续喷射到组分A表面上，快速搅拌均匀，混合时间8分钟，搅拌速度150r/min；
将混合均匀的湿物料倒入钢质模具中，小型压力机下压制成型，保压1分钟，脱模后将成型的板材放在托盘上放入烘箱中，75℃下烘干24小时，成为防火板材。板材性能测试结果见下表1。
实施例5
称取55份矿粉、6份膨胀蛭石、12份膨胀珍珠岩、5份漂珠、0.3份羟丙基甲基纤维素(HPMC)、0.6份WK-18改性海藻胶粉、0.9份木质纤维、0.4份硅酸铝纤维，干料混合均匀，制成组分A，混合机搅拌时间10分钟，搅拌速度180r/min；
2)配制组分B
称取5.0份氢氧化钠和180份水混合，制成液体组分B，混合设备采用塑料桶，搅拌速度200r/min，混合均匀后自然冷却至室温；
3)压制成型
采用水喷雾的方式将液体组分B在搅拌下连续喷射到组分A表面上，快速搅拌均匀，混合时间9分钟，搅拌速度200r/min；
将混合均匀的湿物料倒入钢质模具中，小型压力机下压制成型，保压1分钟，脱模后将成型的板材放在托盘上放入烘箱中，75℃下烘干24小时，成为防火板材。板材性能测试结果见下表1。
表1
Figure RE-GDA0003245482090000081
由以上实施例可知，本发明提供了一种不燃防火建筑材料及其制备方法和应用。根据实施例1～实施例5的对比试验，当矿粉与强碱固体的重量比在 9:1～10:1时，板材的拉拔强度达到峰值，同时板材浸水后的pH值维持在弱碱性，碱激发矿粉水化反应比较完全，浆料的和易性良好。根据试验结果对比，选择实施例3进行了中尺度耐火试验。
试验选择了不燃防火建筑材料应用的两个方面，一种为由实施例3配比通过压制工艺制备的耐火板材，厚度30mm，室温养护25天后测试样板的密度为 700g/cm3。
另一种是防火涂层。首先在500mm×500mm×5mm钢板表面先刮涂一遍底涂，底涂的组成是实施例3放大4倍，同时加入体系重量8％的VAE胶粉，搅拌均匀后施工，厚度在3mm，室温干燥24小时后，按照实施例3的放大配比进行施工，刮涂2～3遍后，厚度达到28mm时室温养护20天，室温养护25天测试样板密度为650g/cm3。
参照GB9978“建筑构件耐火试验方法”的升温曲线对实施例3制备的防火板材进行耐火试验，在1000℃下防火板材的背温为300℃。
参照GB9978“建筑构件耐火试验方法”的升温曲线、GB14907相关试验方法，对由实施例3的不燃防火建筑材料制备的防火涂层进行耐火试验，在1000℃下防火涂层的背温为300℃。
可见由实施例3制备的防火板材及防火涂层均具有良好的耐火隔热性和高温下的稳定性，1000℃下防火材料的热膨胀和收缩率＜5％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种不燃防火建筑材料，其特征在于，由包含以下重量份数的原料制备得到：
Figure FDA0003186762370000011
2.根据权利要求1所述的不燃防火建筑材料，其特征在于，所述矿粉为S95型，矿粉的比表面积≥400kg/m2。
3.根据权利要求2所述的不燃防火建筑材料，其特征在于，所述膨胀蛭石的粒径为2～4mm；所述膨胀珍珠岩的粒径为2～3mm；所述漂珠的粒径为0.05～0.15mm。
4.根据权利要求3所述的不燃防火建筑材料，其特征在于，所述改性海藻胶粉为南京艾登柯贸易公司的改性海藻胶粉WK-18；
所述强碱激发剂包含氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠和硅酸钾中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的不燃防火建筑材料，其特征在于，所述矿粉和强碱激发剂的质量比为9：1～10：1。
6.权利要求1～5任一项所述不燃防火建筑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将矿粉、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、漂珠、羟丙基甲基纤维素、改性海藻胶粉、木质纤维、硅酸铝纤维混合得到组分A；
2)将强碱激发剂和水混合得到组分B；
3)将组分B喷洒到组分A表面的同时快速混合，得到混合物料，即为不燃防火建筑材料。
7.根据权利要求6所述的不燃防火建筑材料的制备方法，其特征在于，所述喷洒的速率为0.4～0.6L/min。
8.根据权利要求7所述的不燃防火建筑材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)和步骤2)中，混合的时间独立的为5～10min，混合的速度独立的为150～200r/min。
9.根据权利要求8所述的不燃防火建筑材料的制备方法，其特征在于，
所述步骤3)中，快速混合的时间为5～10min，快速混合的速度为150～200r/min。
10.如权利要求6～9任一项制备方法制备得到的不燃防火建筑材料在制备防火板材或防火涂层中的应用。
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