CN116574429A - 一种桥梁斜拉索抗特种火防火涂料、制备工艺及施工方法 - Google Patents
一种桥梁斜拉索抗特种火防火涂料、制备工艺及施工方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种桥梁斜拉索抗特种火防火涂料、制备工艺及施工方法，所述涂料具有以下重量份数的组分：氢化双酚A型环氧树脂，16～20份；轻质填料，2～5份；抗胺白剂，1～3份；磷系阻燃剂，8～10份；硼系阻燃剂，7～10份；磷碳氮三元膨胀阻燃剂，40～45份；颜料，3～5份；增稠剂，0.5～2份；固化剂，10～15份。本发明提供一种能够在户外长期使用的、对聚乙烯基材附着力良好的、桥梁斜拉索用抗特种火的无溶剂环氧耐候型防火涂料，能够满足斜拉索抗火保护材料长效性的需求，提高了涂层的耐候性能，柔韧性也大幅度提升，提高了和易性并大大减少了施工阻力，降低了使用厚度。
Description
技术领域
本发明涉及防火涂料技术领域，尤其是涉及一种桥梁斜拉索抗特种火防火涂料、制备工艺及其施工方法。
背景技术
斜拉索作为一种预应力构件，是斜拉桥、悬索桥、拱桥以及建筑结构的特有构件，是桥梁承载载荷的主要受力件。应用于桥梁的常规斜拉索防腐保护的外层高密度聚乙烯护套或套管为可燃的塑料。故在雷击、车辆事故、以及人为事故等原因下，斜拉索容易受到保护套燃烧或车辆燃烧等火灾的危害，从而降低钢制斜拉索的受力强度，影响桥梁运营的安全。因此，提高拉索的防火性能有着十分重要的意义。
国际规范PTI DC45.1-12对桥梁拉索的防火隔热性能提出规定：拉索外部在1100℃条件下，持续时间不小于30min过程中，拉索钢绞线表面温度不超过300℃。目前斜拉索防火保护主要采用包裹防火纤维类棉(毯、毡)的方法，如矿棉、陶瓷纤维毯和气凝胶毡等。这些方案措施能够为斜拉索提供防火保护，但存在一些缺点：1)水汽会渗入到防火纤维层，从而导致隔热防火性能失效；2)为了达到防火隔热效果，纤维类材料的厚度较厚，厚度30～50mm不等，这会影响拉索与锚端或者其他部位的连接。这些措施会大幅度增大索体直径，严重影响索体外表面的空气动力学特性。
无溶剂环氧膨胀型防火涂料具有低VOC排放，耐化学品出色等特点，近年来在我国钢结构防火领域已得到逐步应用。但目前市面上流通的无溶剂环氧膨胀型钢结构防火涂料在户外长期使用必须要涂装保护面漆，其自身耐候性能仍有提升空间。另外其对于聚乙烯保护套管的附着力有限，故而不能直接应用到斜拉索的抗特种火(一种由于车辆燃油等烃类物料燃烧形成的火灾，其特点是火场温度高，升温速度快)保护。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种用于桥梁斜拉索的抗特种火防火涂料、制备工艺及其施工方法。
实现本发明目的的技术方案是：
一种用于桥梁斜拉索用抗特种火防火涂料，具有以下重量份数的组分：氢化双酚A型环氧树脂，16～20份；轻质填料，2～5份；抗胺白剂，1～3份；磷系阻燃剂，8～10份；硼系阻燃剂，7～10份；磷碳氮三元膨胀阻燃剂，40～45份；颜料，3～5份；增稠剂，0.5～2份；固化剂，10～15份。
优选的，具有以下重量百分比的组分：氢化双酚A型环氧树脂，18.3％；轻质填料，2.6％；抗胺白剂，2.5％；磷系阻燃剂，9.2％；硼系阻燃剂，7.8％；磷碳氮三元膨胀阻燃剂，42.9％；颜料，3.8％；增稠剂，1.5％；固化剂，11.4％。
优选的，所述轻质填料为堆积密度0.1-0.12g/cm3，D50为60μm的空心玻璃微珠。
优选的，固化剂的成分包括主固化剂氨基硅烷偶联剂、辅助固化剂聚酰胺基胺、固化促进剂。
进一步优选的，所述固化剂具有以下重量比的组分：主固化剂N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH791)68～75份，辅助固化剂聚酰胺树脂(VERSAMID 140)5～9份，固化促进剂一苯甲醇10～20份，固化促进剂二6～10份，所述固化促进剂二是N-氨乙基哌嗪、2，4，6-三(二甲胺甲基)苯酚和水杨酸中的一种或几种。
优选的，所述抗胺白剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，所述磷系阻燃剂为异丙基化磷酸三苯酯，所述增稠剂为聚酰胺改性氢化蓖麻油。
优选的，所述磷碳氮三元膨胀阻燃剂为聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺的混合物，三者质量比为3:1:1。
上述的一种桥梁斜拉索抗特种火防火涂料的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，按重量百分比分称取各组分；
步骤二，在分散釜中先投入轻质填料，然后投入氢化双酚A型环氧树脂和抗胺白剂、磷系阻燃剂，投料结束后开启分散釜中搅拌叶片，以800r/min搅拌10min后，提高转速至2500r/min继续分散10min，然后降低速度至800r/min，边搅拌边投入硼系阻燃剂、磷碳氮三元膨胀阻燃剂和颜料；投料结束后提高转速至2000r/min，充分搅拌30min，降低速度至800r/min，边搅拌边加入增稠剂，高速搅拌2500r/min，10min获得膏状物料A组分；
步骤三，将主固化剂、辅助固化剂、固化促进剂放入分散釜中搅拌速率300r/min，分散10min，搅拌均匀，过滤包装作为B组分；
步骤四，使用前将A组分和B组分比例混合均匀。
上述的一种桥梁斜拉索抗特种火防火涂料的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，对斜拉索护套表面进行预处理；
步骤二，将抗特种火防火涂料涂敷于斜拉索护套表面，当涂层达到总厚度一半时，用经过防腐处理的金属网紧固涂层，对涂层做整体加强，金属网优选镀塑菱形金属网，丝径0.5mm～1.5mm，网孔20mm×20mm～50×50mm，金属网沿着钢绞线拉索螺旋式缠绕，网子搭接不小于5mm，金属网端部用镀锌铁丝固定；
步骤三，在金属紧固层外继续涂装防火涂料直至目标厚度8-12mm。
优选的，还包括步骤四，在抗烃类火防火涂层上涂装面漆，所述面漆为氟碳面漆、聚硅氧烷面漆、丙烯酸聚氨酯面漆和聚天门冬氨酸面漆的一种，提高防火涂层的耐候性，进一步增加防火涂层使用周期。
本发明提供一种能够在户外长期使用的、对聚乙烯基材附着力良好的、桥梁斜拉索用抗特种火的无溶剂环氧耐候型防火涂料，以解决目前防火纤维毯(毡)方案的不足。具体的具有以下积极的效果：
(1)本发明提供一种用于桥梁斜拉索抗特种火防火涂料，对聚烯烃材质的拉索保护套具有良好附着力，耐弯曲变形性、耐酸碱介质性、抗特种火等，还具有良好耐候性。能够满足斜拉索抗火保护材料长效性的需求。
(2)本发明环氧树脂采用氢化双酚A型环氧树脂，它保留了双酚A性环氧树脂的物理机械性能、耐介质性等性能。因其不含双酚A环氧树脂的苯环结构，故而提高了涂层的耐候性能。
(3)本发明采用N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH791)为主固化剂，固化成膜后，硅烷链段加成到氢化环氧树脂链中，使得涂层的耐候性进一步加强。这种方法，不需要额外添加防紫外老化剂，不影响涂料性能，不增加额外成本。与此同时，涂层的柔韧性也大幅度提升。
(4)本发明增稠剂使用聚酰胺改性氢化蓖麻油，不但有增稠作用，还能提高涂料的和易性，并大大减缓抹涂施工的阻力。粉末状的增稠剂在剪切作用下变成纤维状相互作用的网状结构，这种网状结构赋予体系剪切变稀的性能。在低剪切的条件下保持高粘度从而具有获得很好的防沉性能；而在AB料混合或者施工的时候，也就是在高剪切的条件下，体系的粘度会降低，使材料流动时的摩擦系数变小，从而提高了和易性并大大减少了施工阻力。
(5)本发明采用双组分无溶剂环氧膨胀型防火涂料作为斜拉索用抗特种火材料，克服了现有纤维类防火材料容易吸水吸潮，耐火持久性不良的缺陷。因其遇火后体积会膨胀，膨胀层具有和纤维类材料类似的导热系数，因此相较于纤维类防火材料可以降低使用厚度。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的限制。本发明中的原料均可市购获得。
实施例1-3和对比例1-3
以下表1所示的重量份组成制备实施例1-3的A组份和B组份。
步骤一，按表1重量百分比分称取原料。
步骤二，在分散釜中先投入轻质填料，然后投入氢化双酚A型环氧树脂和抗胺白剂、磷系阻燃剂，投料结束后开启分散釜中搅拌叶片，以800r/min搅拌10min后，提高转速至2500r/min继续分散10min，然后降低速度至800r/min，边搅拌边投入硼系阻燃剂、磷碳氮三元膨胀阻燃剂和颜料。投料结束后提高转速至2000r/min，充分搅拌30min，降低速度至800r/min，边搅拌边加入增稠剂，高速搅拌2500r/min，10min获得膏状物料A组分；
步骤三，将主固化剂、辅助固化剂、固化促进剂放入分散釜中搅拌速率300r/min，分散10min，搅拌均匀，过滤包装作为B组分；
步骤四，使用前将A组分和B组分混合均匀。
以与实施例相同的方法制备对比例1-3。
表1实施例和对比例配方组成
(1)氢化双酚A型环氧树脂(固体含量100％，环氧当量205～240g/eq)。
(2)HS20，购自郑州圣莱特空心微珠新材料有限公司。
(3)由聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇按照质量比3:1:1混合而成。
(4)聚酰胺改性氢化蓖麻油THIXATROL ST。
(5)主固化剂为N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，牌号为KH791的硅烷偶联剂。
(6)辅助固化剂为聚酰胺树脂，牌号VERSAMID 140。
(7)固化促进剂一为苯甲醇。
(8)固化促进剂二是N-氨乙基哌嗪、2，4，6-三(二甲胺甲基)苯酚和水杨酸。
桥梁斜拉索用抗特种火防火涂料的性能评价(根据不同测试的需求选择制样厚度)：
1、耐老化性能
评价紫外老化箱中测试500h样板(涂层厚度1mm，钢板为冷轧板)的失光和色差，测试使用UV340灯管。
2、柔韧性
对涂布在马口铁上的1mm涂层弯折90°观察折弯处开裂与否。
3、防火性能
小型电炉测试：采用小型电炉测试2mm干膜厚涂层的耐火时间，以耐火时间表述防火性能，耐火时间越长防火性能约好。记录钢板背温达到580℃的时间作为耐火时间。
大尺寸测试：按照ANSI/UL1709升温曲线进行升温：即5min内，炉内平均温度为2000F±100F(1093℃±56℃)，之后整个试验过程保持在该温度上。防火涂料涂刷在60cm长，10cm粗的拉索钢绞线外侧，表面布置三个热电偶，记录试件温度达到300℃的时间。
4、涂层干密度
称量50*50*50mm固化完全样块的重量，重量除以体积得到。
5、涂层对高密度聚氯乙烯的附着力
采用拉拔法测试7mm涂层在聚氯乙烯塑料上的附着力。
实施例和对比例的耐老化性能见表2：
表2涂层耐老化测试后的色差和失光
| 方案 | 测试时间/h | 48h色差 | 最终色差 | 失光/％ |
| 实施例1 | 500 | 0.29 | 1.34 | 12.5 |
| 实施例2 | 500 | 0.23 | 1.65 | 13.4 |
| 实施例3 | 500 | 0.37 | 1.88 | 14.7 |
| 对比例1 | 500 | 1.13 | 2.64 | 31.3 |
| 对比例2 | 500 | 0.34 | 1.95 | 16.5 |
| 对比例3 | 500 | 0.43 | 2.78 | 28.4 |
实施例和对比例的柔韧性、干密度和防火性能(耐火时间)见表3：
表3涂层柔韧性、干密度和耐火时间
总结：
对比例1使用普通双酚A环氧树脂，涂层耐老化性能明显下降，耐老化测试后涂层耐火性能衰减明显。
对比例2未使用轻质填料，涂料的密度明显上升。
对比例3未使用硅烷类主固化剂，耐老化性能和涂层柔韧性均大幅下降。
以上说明本发明的耐老化、柔韧性好的轻质膨胀型防火涂料特别适用于桥梁斜拉索所处的严酷自然环境以及应对高频率的由车辆和风力造成的晃动。
对比例4为慕成公司Fireal502非膨胀型防火涂料，对比例5为陶瓷纤维毡。下表4为实施例1与对比例4、5大尺寸耐火性能测试结果。
表4大尺寸耐火性能测试结果
从上述表4结果来看，本发明材料在低膜厚条件下就能达到目前防火措施高膜厚的隔热效果，涂敷10mm本发明涂层的拉索绞线完全满足国际规范PTIDC45.1-12对桥梁拉索的防火隔热性能的要求。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于桥梁斜拉索抗特种火防火涂料，具有以下重量份数的组分：氢化双酚A型环氧树脂，16～20份；轻质填料，2～5份；抗胺白剂，1～3份；磷系阻燃剂，8～10份；硼系阻燃剂，7～10份；磷碳氮三元膨胀阻燃剂，40～45份；颜料，3～5份；增稠剂，0.5～2份；固化剂，10～15份。
2.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于具有以下重量百分比的组分：氢化双酚A型环氧树脂，18.3％；轻质填料，2.6％；抗胺白剂，2.5％；磷系阻燃剂，9.2％；硼系阻燃剂，7.8％；磷碳氮三元膨胀阻燃剂，42.9％；颜料，3.8％；增稠剂，1.5％；固化剂，11.4％。
3.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述轻质填料为堆积密度0.1-0.12g/cm3，D50为60μm的空心玻璃微珠。
4.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于固化剂的成分包括主固化剂氨基硅烷偶联剂、辅助固化剂聚酰胺基胺、固化促进剂。
5.根据权利要求4所述的涂料，其特征在于所述固化剂具有以下重量比的组分：主固化剂N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH791)68～75份，辅助固化剂聚酰胺树脂(VERSAMID 140)5～9份，固化促进剂一苯甲醇10～20份，固化促进剂二6～10份，所述固化促进剂二是N-氨乙基哌嗪、2，4，6-三(二甲胺甲基)苯酚和水杨酸中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述抗胺白剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，所述磷系阻燃剂为异丙基化磷酸三苯酯，所述增稠剂为聚酰胺改性氢化蓖麻油。
7.根据权利要求1所述的涂料，其特征在于所述磷碳氮三元膨胀阻燃剂为聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺的混合物，三者质量比为3:1:1。
8.权利要求1-7任一所述的一种桥梁斜拉索抗特种火防火涂料的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，按重量百分比分称取各组分；
步骤二，在分散釜中先投入轻质填料，然后投入氢化双酚A型环氧树脂和抗胺白剂、磷系阻燃剂，投料结束后开启分散釜中搅拌叶片，以800r/min搅拌10min后，提高转速至2500r/min继续分散10min，然后降低速度至800r/min，边搅拌边投入硼系阻燃剂、磷碳氮三元膨胀阻燃剂和颜料；投料结束后提高转速至2000r/min，充分搅拌30min，降低速度至800r/min，边搅拌边加入增稠剂，高速搅拌2500r/min，10min获得膏状物料A组分；
步骤三，将主固化剂、辅助固化剂、固化促进剂放入分散釜中搅拌速率300r/min，分散10min，搅拌均匀，过滤包装作为B组分；
步骤四，使用前将A组分和B组分比例混合均匀。
9.权利要求1-7任一所述的一种桥梁斜拉索抗特种火防火涂料的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，对斜拉索护套表面进行预处理；
步骤二，将抗特种火防火涂料涂敷于斜拉索护套表面，当涂层达到总厚度一半时，用经过防腐处理的金属网紧固涂层，丝径0.5mm～1.5mm，网孔20mm×20mm～50×50mm，金属网沿着钢绞线拉索螺旋式缠绕，网子搭接不小于5mm，金属网端部用镀锌铁丝固定；
步骤三，在金属紧固层外继续涂装防火涂料直至目标厚度8-12mm。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于还包括步骤四，在抗烃类火防火涂层上涂装面漆，所述面漆为氟碳面漆、聚硅氧烷面漆、丙烯酸聚氨酯面漆和聚天门冬氨酸面漆的一种。
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