CN116355446A - 一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺，不仅解决了对钢材表面的保护且防止与空气接触导致的氧化问题，同时还能够对钢材表面起到隔热的隔热层，使得在发生火灾时有更高的耐火极限，其解决的技术方案是，通过将地质聚合物、隔温保护材料和激发剂共同作用来作为涂料使用在钢板上，从而提高钢材耐热极限，同时采用的材料需要进行易用性与获取难度的考虑，同时还要考虑材料的造价问题从而在性能相同的情况下来节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及防火涂料领域，特别是一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺。
背景技术
钢材在建筑中广泛使用，主要对建筑物起到支撑的作用，而钢材在发生火灾的情况下由于长时间处于高温状态会产生变形与变软的现象，所以需要一种能够在发生火灾的情况下尽量延缓钢材耐火极限的涂料，防火涂料属于特殊功能的材料，目前市场上防火涂料质量参差不齐，存在严重的安全隐患，同时市场上的防火涂料厚度厚，防火等级低，因此我们根据市场情况开发一款涂层薄、防火等级高的产品将更有意义。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供了一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺，不仅解决了对钢材表面的保护且防止与空气接触导致的氧化问题，同时还能够对钢材表面起到隔热的隔热层，使得在发生火灾时有更高的耐火极限。
其解决的技术方案是，包括以下步骤：
步骤一，准备材料，准备灰钙、硅铝质材料、隔热保温材料；
灰钙份数为重量比为6到10份；
步骤二，将灰钙作为激发剂与硅铝质材料进行反应从而生成地质聚合物；
硅铝质材质采用偏高岭土、矿粉和白云母，偏高岭土、矿粉份数为重量比为22到25份，白云母份数为重量比为21到24份；
步骤三，添加隔热保温材料，隔热保温材料包括空心玻璃微珠、珍珠岩、沸石和阻燃剂；
所述阻燃剂采用低温玻璃粉和无机阻燃剂氢氧化镁复配，然后添加聚丙烯酸脂型超分散剂作为改性剂进行改性得到阻燃剂；
其中各种材料的份数为重量比为，空心玻璃微珠8到10份，珍珠岩9到16份，沸石6到9份，阻燃剂3到10份；
步骤四，对步骤一到二的材料进行粉碎后进行混合，粉碎为400到1000目，对步骤三的材料进行粉碎后混合，粉碎为100到200目；
步骤五，将步骤三的隔热保温材料和步骤四的材料进行均匀混合；
步骤六，使用时添加适量水进行搅拌后涂抹在钢材上。
作为优选，所述空心玻璃微珠、珍珠岩和沸石分别粉碎为100到200目后再进行混合。
作为优选，所述涂抹采用喷涂、批涂进行涂抹。
作为优选，所述涂抹厚度为1.5到2公分。
作为优选，所述灰钙材料为总成分的百分之十，硅铝质材料为总成分的百分之五十，隔热保温材料为总成分的百分之三十。
作为优选，所述阻燃剂占总成分的百分之十。
作为优选，所述步骤六加水比例为一比一点一。
作为优选，助燃剂制作步骤为：将氢氧化镁在110℃下烘干1小时，彻底祛除材料内水分，待物料冷却后与低温玻璃粉按照氢氧化镁：玻璃粉2:1的比例混合，加入搅拌机，以每分钟1500转的速度搅拌，加入聚丙烯酸脂型超分散剂，升温至110℃时，再搅拌10分钟，即可制得阻燃剂。
本发明有益效果是：
1.采用无机材质制成，强度高，结合牢固的同时坚固耐用；
2.操作简单只需要在钢材表面进行喷涂或批涂即可；
3.适应性广，可以适用于各种材料表面；
4.选材简单可以大批量生产；
5.可以在高温下有效的将钢材隔温两个小时以上。
附图说明
图1为钢结构防火涂料的标准温升曲线图。
实施方式
以下对本发明的具体实施方式做出进一步详细说明。
该实施例在使用时，先将本方案中需要进行使用的材料进行粉碎处理，而粉碎的大小根据需要来将不同的材料粉碎成不同的大小，其中灰钙作为激发剂并粉碎成400-600目，然后将硅铝质材料粉碎成500-1000目，硅铝质材质包括偏高岭土、矿粉和白云母，然后添加粉碎好的隔热保温材料进行混合，隔热保温材料粉碎为100到200目，隔热保温材料为空心玻璃微珠、珍珠岩、沸石和阻燃剂，然后将上述材料进行混合，混合比例为灰钙百分之十，硅铝质材料为百分之五十，隔热保温材料为百分之三十，其中阻燃剂含量为整体的百分之十。
地质聚合物作为防火涂料的胶凝剂，具有比传统的防火涂料采用水泥作为胶凝剂，具有明显优势。硅酸盐水泥在温度超过200℃时，硅酸盐水泥即可脱水，此时整个涂层强度会快速下降，出现脱落、粉化等问题，不能对内部钢结构起到保护作用。地质聚合物可以在高温环境中保持较高的强度，在发生火灾时，可以较好保护内部钢结构不被破坏。
我们在实验室对地质聚合物和硅酸盐水泥对比，分别将采用两组配比涂覆在相同的实验用钢板上进行对比，采用不同的温度进行煅烧时的实验数据。
| 序号 | 项目 | 地质聚合物 | 硅酸盐水泥 |
| 1 | 100℃烧2小时 | 完好 | 完好 |
| 2 | 200℃烧2小时 | 完好 | 完好 |
| 3 | 300℃烧2小时 | 完好 | 四周与钢板分离、中间部分粘结强度低 |
阻燃剂制作，我们采用低温玻璃粉和无机阻燃剂氢氧化镁复配并改性的方法加工而成。我们选择1500目的氢氧化镁、350℃的低温玻璃粉，进行包覆改性，改性剂选择聚丙烯酸脂型超分散剂。我们先将氢氧化镁在110℃下烘干1小时，彻底祛除材料内水分，待物料冷却后与低温玻璃粉按照氢氧化镁：玻璃粉2:1的比例混合，加入搅拌机，以每分钟1500转的速度搅拌，加入聚丙烯酸脂型超分散剂，升温至110℃时，再搅拌10分钟，即可制得阻燃剂；此阻燃剂具有很高的隔热效果，隔热原理为，低温玻璃粉在350℃时会出现熔融状态，氢氧化镁在350-400℃时即开始分解，产生大量的二氧化碳气体，此时由于前期的包覆改性，使两种材料已经完全融为一体，此时大量的二氧化碳气体的产生，使低温玻璃粉形成了无数的封闭气孔，在防火涂料内部形成了一道类似真空的屏障，同时二氧化碳具有灭火的作用，大大提高了材料的防火性能，同时降低了防火涂料的施工厚度。
添加专用阻燃剂与单独使用氢氧化镁和、低温玻璃粉的隔热效果对比，样板厚度为2公分，采用高温枪煅烧2小时测背火温度的方法：
| 项目 | 添加时的背火温度 | 未添加的背火温度 |
| 专用阻燃剂 | 240 | 370 |
| 氢氧化镁 | 310 | 370 |
| 玻璃粉 | 300 | 370 |
通过实验观察，氢氧化镁和低温玻璃粉都有一定的隔热效果，但是都不如两者复配改性后的效果，将两者复配改性，可以大大提高材料的隔热性能。
在使用时加水比例为一比一点一，在加水过程中需要进行搅拌混合均匀，在搅拌均匀后可以进行喷涂和批涂，然后在需要保护的材料表面形成一点五到两公分的厚度，然后使得材料在使用时能够很好的与钢材结合的同时能够起到保护的作用。
在进行喷涂和批涂后需要进行48小时的静置养护。
实验材料隔热性能与材质进行替换后的性能对比。
实验时在钢材表面安装温度传感器，然后在钢材表面上喷涂厚度为一点五到两公分厚的本方案的材料，然后静置养护48小时后进行实验，实验时通过高温喷枪来进行温度提升，通过在消防检测中心检测到的结果，厚度为两公分的情况下，耐火极限为一小时五十分，可以在发生火灾时提供充足的逃生时间而不会因为钢结构耐火极限到达后产生变形从而导致钢结构建筑物垮塌。
实验第二步，进行材料替换与粒径替换从而观察耐火性能变化。
实验时，先对空心玻璃微珠的材料替换为100目和200目的实验，通过对两种材料的替换后结果的观察，发现100目玻璃微珠和200目玻璃微珠在性能上基本相同，实验时温差不到20摄氏度，但是100目的空心玻璃微珠和200目的空心玻璃微珠价格相差二十倍，所以为了节约成本本方案采用200目空心玻璃微珠。
对漂珠进行等量置换，通过对漂珠和玻璃微珠为主以及膨胀蛭石的替换时，自等量替换的情况下温度不会产生超过二十摄氏度的明显变化所以可以进行替换，但是由于漂珠作为粉煤灰的副产品，生产加工比较麻烦，货源受区域限制，同时在环保考虑下，货源也趋于紧张，同时在搅拌过程中漂珠会出现较高的破碎情况，隔热性能会大幅下降，所以漂珠只有在其他两种材料没有的情况下再进行考虑。
对珍珠岩进行等量替换，珍珠岩的种类较多、粒径也有很多型号，有实心的珍珠岩、开孔珍珠岩、闭孔珍珠岩；产品粒径细，堆积密度小，选择细粒径的珍珠岩利于控制产品的干密度质量，降低钢结构的称重负担；但是粒径越细，需水量会变大，不但降低产品的强度，由于水分的增加也降低产品的隔热性能；开孔珍珠岩，比重小，隔热性能不如闭孔珍珠岩，经过试验对比，我们选择了粒径为30-50和50-70的闭孔珍珠岩；各方面性能实现最优效果。
对空心陶瓷微珠等量替换沸石或海泡石粉，空心陶瓷微珠在隔热性能上略低于沸石或海泡石粉，但是空心陶瓷微珠的优点是需水量小、湿密度小，同等添加量时，添加空心陶瓷微珠试样的表观密度低于添加沸石或海泡石粉的。但是隔热性能并未有明细优势。
注意事项，在进行加水过程中，加水量不宜过小，过小会导致材料变稠，而在煅烧时发生开裂现象。
实例举例：
实例1：灰钙：10%、
矿粉：10%、
偏高岭土：20%、
白云母：10%、
珍珠岩：15%、
蛭石：15%、
沸石：10%、
专用阻燃剂：10%、
纤维：0.5%、
将上述配比按照质量份数称量后，加入搅拌机搅拌30分钟即制得一款新型钢结构防火涂料。
本产品具有强度高、与钢材结合牢固的特点，在与传统的钢结构防火涂料相比，在要求相同的耐火极限时间下，本产品厚度可比传统防火涂料厚度降低10-20%，单位面积的重量下降1-2公斤，大大降低了钢结构的称重负荷。
与传统防火涂料性能对比：
| 序号 | 项目 | 本产品 | 传统产品 |
| 1 | 施工厚度 | 20mm | 25mm |
| 2 | 单位面积用量 | 7-8公斤 | 9-10公斤 |
| 3 | 粘结强度（MPa） | 0.11 | 0.06 |
| 4 | 背火温度 | 240-245 | 290-300 |
Claims (7)
1.一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，准备材料，准备灰钙、硅铝质材料、隔热保温材料；
灰钙份数为重量比为6到10份；
步骤二，将灰钙作为激发剂与硅铝质材料进行反应从而生成地质聚合物；
硅铝质材质采用偏高岭土、矿粉和白云母，偏高岭土、矿粉份数为重量比为22到25份，白云母份数为重量比为21到24份；
步骤三，添加隔热保温材料，隔热保温材料包括空心玻璃微珠、珍珠岩、沸石和阻燃剂；
所述阻燃剂采用低温玻璃粉和无机阻燃剂氢氧化镁复配，然后添加聚丙烯酸脂型超分散剂作为改性剂进行改性得到阻燃剂；
其中各种材料的份数为重量比为，空心玻璃微珠8到10份，珍珠岩9到16份，沸石6到9份，阻燃剂3到7份；
步骤四，对步骤一到二的材料进行粉碎后进行混合，粉碎为400到1000目，对步骤三的材料进行粉碎后混合，粉碎为100到200目；
步骤五，将步骤三的隔热保温材料和步骤四的材料进行均匀混合；
步骤六，使用时添加适量水进行搅拌后涂抹在钢材上。
2.根据权利要求1所述一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺，其特征在于，所述空心玻璃微珠、珍珠岩和沸石分别粉碎为100到200目后再进行混合。
3.根据权利要求2所述一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺，其特征在于，所述涂抹采用喷涂、批涂进行涂抹。
4.根据权利要求2所述一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺，其特征在于，所述涂抹厚度为1.5到2公分。
5.根据权利要求1所述一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺，其特征在于，所述灰钙材料为总成分的百分之十，硅铝质材料为总成分的百分之五十，隔热保温材料为总成分的百分之三十。
6.根据权利要求1所述一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺，其特征在于，所述阻燃剂占总成分的百分之十。
7.根据权利要求1所述一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺，其特征在于，所述步骤六加水比例为一比一点一。
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|---|---|---|---|
| CN202310400796.9A CN116355446A (zh) | 2023-04-14 | 2023-04-14 | 一种提高钢材耐火极限的表面涂料制作工艺 |
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|---|---|
| CN116355446A true CN116355446A (zh) | 2023-06-30 |
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| CN (1) | CN116355446A (zh) |
Citations (7)
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-
2023
- 2023-04-14 CN CN202310400796.9A patent/CN116355446A/zh active Pending
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