CN104987016A - 一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料及其制备和使用方法，由粘结材料、保温隔热材料和助剂组成，所述粘结材料的组成为：按照重量百分数计，中性钠盐碱矿渣水泥40～50%、可再分散乳胶粉1%～4%、聚乙烯醇1%～3%。所述保温隔热材料的组成为：按照重量百分数计，膨胀蛭石13%～16%、膨胀珍珠岩10～13%、海泡石5%～8%、空心漂珠1%～3%。所述助剂的组成为：按照重量百分数计，氢氧化镁2%～5%、氢氧化铝7%～10%。上述各组分总和为100%。制得的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料具有粘结性强、耐火性好、抗冻融循环性能优越、成本低以及在生产过程中无有毒和刺激性气体产生等特点，具有良好的经济、社会和环保效益，适合大规模推广应用。

Description

一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料及其制备和使用方法

技术领域

本发明属于隧道防火材料技术领域，具体涉及一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料及其制备和使用方法。

背景技术

随着隧道建设的蓬勃发展，隧道火灾问题也日益凸显。隧道在发生火灾时温度高达1000℃以上，钢筋混凝土结构在这种高温环境下会失去其基本性能，从而造成巨大的生命财产损失，隧道防火涂料因此得到研发，并在工程界广泛应用。

碱矿渣水泥具有以下优点：

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，过大的水汽压力会造成水泥石性能的劣化，而碱矿渣水泥混凝土中不存在氢氧化钙和钙矾石晶体，因而不会发生类似于普通硅酸盐水泥混凝土由于钙矾石以及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℃时还能够表现出良好的稳定性。

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，在试件经过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混凝土的毛细孔在冰点和-20℃间突然冻结。碱矿渣水泥混凝土冷冻至-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混凝土中孔结构冻结损伤的温度在低于-50℃。

良好的抗渗性能。碱矿渣水泥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。

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。与氢氧化钠、硅酸钠等作为激发剂的碱矿渣水泥相比，中性钠盐碱矿渣水泥成本较低。

因此，将中性钠盐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、抗冻融循环性能。

经济方面：因为碱矿渣水泥本身具有较好的防火性能，所以可以剔除聚磷酸钠、三聚氰胺、季戊四醇等传统隧道防火涂料中的组分，降低成本。

环境方面：普通硅酸盐水泥生产过程中，由水泥生料和燃料中的碳酸钙分解产生的二氧化碳、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以及生产过程中产生的粉尘等会对环境造成污染。采用碱矿渣水泥可以一定程度上解决这个问题。

目前，我国将碱激发水泥应用于隧道防火涂料的专利，只有涉及碱激发地质聚合物的方法。如专利CN103232197A，该防火涂料由地质聚合物、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、水镁石纤维、海泡石、羟甲基纤维素、脂肪醇磺酸盐引气剂组成，其中地质聚合物由硅灰、高岭土、钙基膨润土、氧化钙、碳酸钠、氯化钠、硫酸钠、低钙粉煤灰组成。该涂料具有成本低、粘结强度高、耐火性能优良等特点。但该涂料中的地质聚合物成分较多，且制备方法较为复杂。而将中性钠盐碱矿渣水泥作为粘结材料的隧道防火涂料的专利还未查到。

本发明采用的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料与传统隧道防火涂料相比，具有粘结性强、耐火性好、抗冻融循环性能优越、成本低、CO₂排放少，能消耗工业废料等优点。在隧道防火材料技术领域中具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料及其制备和使用方法，该隧道防火涂料具有粘结性强、耐火性好、抗冻融循环性能优越、成本低以及在生产过程中无有毒和刺激性气体产生等特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料是由粘结材料、保温隔热材料和助剂组成。

所述的粘结材料由中性钠盐碱矿渣水泥、可再分散乳胶粉和聚乙烯醇组成。

所述的保温隔热材料由膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、海泡石和空心漂珠组成。

所述的助剂由氢氧化镁和氢氧化铝组成。

按重量百分数计，中性钠盐碱矿渣水泥40～50%、可再分散乳胶粉1%～4%、聚乙烯醇1%～3%、膨胀蛭石13%～16%、膨胀珍珠岩10～13%、海泡石5%～8%、空心漂珠1%～3%、氢氧化镁2%～5%、氢氧化铝7%～10%，各组分的重量百分数之和为100%。

所述的中性钠盐碱矿渣水泥的组分按重量百分数计，矿渣75～85%、硫酸钠5%～10%、普通硅酸盐水泥10%～15%。

制备方法：先将除硫酸钠以外的干料混合均匀，再将硫酸钠溶于重量为干料总重70～90%的水中，形成硫酸钠溶液，最后将硫酸钠溶液倒入干料中搅拌均匀。

使用方法：基层清理、喷水湿润、施工在隧道内侧表面、养护。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）具有较强的粘结性，与基层粘结牢固，在风荷载以及车辆震动时不易脱落。

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

（3）具有较好的抗冻融循环性能，抗冻性能良好，能够很好的适应低温环境。

（4）具有绿色环保的特点，减少因普通水泥生产过程中由水泥生料和燃料中的碳酸钙分解产生的二氧化碳、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以及生产过程中产生的粉尘等对环境造成的污染。同时，由于采用了碱矿渣水泥，有利于工业废料（矿渣）的消耗。

（5）成本较低，减少一些价格相对较高的防火组分（聚磷酸钠、三聚氰胺、季戊四醇等）的用量。另一方面，采用工业废料矿渣，且中性钠盐成本也低于其他激发剂（如氢氧化钠、硅酸钠等）。

具体实施方式

一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料是由粘结材料、保温隔热材料和助剂组成。

所述的粘结材料由中性钠盐碱矿渣水泥、可再分散乳胶粉和聚乙烯醇组成。

所述的保温隔热材料由膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、海泡石和空心漂珠组成。

所述的助剂由氢氧化镁和氢氧化铝组成。

按重量百分数计，中性钠盐碱矿渣水泥40～50%、可再分散乳胶粉1%～4%、聚乙烯醇1%～3%、膨胀蛭石13%～16%、膨胀珍珠岩10～13%、海泡石5%～8%、空心漂珠1%～3%、氢氧化镁2%～5%、氢氧化铝7%～10%，各组分的重量百分数之和为100%。

所述的中性钠盐碱矿渣水泥的组分按重量百分数计，矿渣75～85%、硫酸钠5%～10%、普通硅酸盐水泥10%～15%。

制备方法：先将除硫酸钠以外的干料混合均匀，再将硫酸钠溶于重量为干料总重70～90%的水中，形成硫酸钠溶液，最后将硫酸钠溶液倒入干料中搅拌均匀。

使用方法：基层清理、喷水湿润、施工在隧道内侧表面、养护。

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料由粘结材料、保温隔热材料和助剂组成。

所述的粘结材料，按照重量百分数计，中性钠盐碱矿渣水泥48%、可再分散乳胶粉（购自于英国康凯尔公司，型号：Con Care LA4500）3%、聚乙烯醇（购自于福州四方化工有限公司，型号：1788-125，细度为160目）2%。

所述的保温隔热材料，按照重量百分数计，膨胀蛭石（购自于福州友程耐火材料有限公司，粒径小于2mm，容重：530kg/m³）15%、膨胀珍珠岩（购自于福州友程耐火材料有限公司，平均粒径为3mm，容重：83kg/m³）12%、海泡石（购自于南阳市卧龙区磊宝海泡石加工有限公司，容重：652kg/m³，耐火度1700℃）7%、空心漂珠（购自于河南信阳天梯矿业开发总公司，粒径小于0.9mm，容重为338kg/m³，常温导热系数为0.035W/(m·K)，耐火度1360℃）3%。

所述的助剂，按照重量百分数计，氢氧化镁（购自于北京康普汇维科技有限公司，纯度为99%）3%、氢氧化铝（购自于北京康普汇维科技有限公司，纯度为99%）7%。

所述的中性钠盐碱矿渣水泥，按照重量百分数计，矿渣（购自于福州泰宁混凝土厂，各组分含量详表1）：80%；无水硫酸钠（购自于上海埃彼化学试剂有限公司，纯度为99%）：8%；普通硅酸盐水泥（购自于福建炼石水泥有限公司，型号为P.O 42.5）：12%。

表                                                矿渣各组分含量(%)

注：样品在105℃下干燥2小时后进行检测，烧失温度为950℃。

所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的制备方法为：先将除硫酸钠以外的干料混合均匀，再将硫酸钠溶于重量为干料总重80%的水中，形成硫酸钠溶液，最后将所得硫酸钠溶液倒入干料中搅拌均匀。

所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的使用方法为：基层清理、喷水湿润、施工在隧道内侧表面、养护。

使用方法的具体步骤为：

（1）基层清理：将隧道内侧表面上的浮尘、残渣、油渍等清理干净；

（2）喷水湿润：采用机械设备适当湿润墙体表面，然后晾干直到表面无明水；

（3）隧道防火涂料的配制：按照所述配方混合配制；

（4）隧道防火涂料施工：将配制好的隧道防火涂料采用人工涂刷，并分2层涂刷，厚度为20mm。

（5）养护：采用标准养护，养护期为28天。

中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料基本性能见表2。各项性能检测根据GB 28375-2012《混凝土结构防火涂料》进行。

表2 中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的性能

实施例2

一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料由粘结材料、保温隔热材料和助剂组成。

所述的粘结材料，按照重量百分数计，中性钠盐碱矿渣水泥47%、可再分散乳胶粉（购自于英国康凯尔公司，型号：Con Care LA4500）4%、聚乙烯醇（购自于福州四方化工有限公司，型号：1788-125，细度为160目）2%。

所述的保温隔热材料，按照重量百分数计，膨胀蛭石（购自于福州友程耐火材料有限公司，粒径小于2mm，容重：530kg/m³）14%、膨胀珍珠岩（购自于福州友程耐火材料有限公司，平均粒径为3mm，容重：83kg/m³）13%、海泡石（购自于南阳市卧龙区磊宝海泡石加工有限公司，容重：652kg/m³，耐火度1700℃）7%、空心漂珠（购自于河南信阳天梯矿业开发总公司，粒径小于0.9mm，容重为338kg/m³，常温导热系数为0.035W/(m·K)，耐火度1360℃）3%。

所述的助剂，按照重量百分数计，氢氧化镁（购自于北京康普汇维科技有限公司，纯度为99%）2%、氢氧化铝（购自于北京康普汇维科技有限公司，纯度为99%）8%。

所述的中性钠盐碱矿渣水泥，按照重量百分数计，矿渣（购自于福州泰宁混凝土厂，各组分含量详表1）：75%；无水硫酸钠（购自于上海埃彼化学试剂有限公司，纯度为99%）：10%；普通硅酸盐水泥（购自于福建炼石水泥有限公司，型号为P.O 42.5）：15%。

所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的制备方法为：先将除硫酸钠以外的干料混合均匀，再将硫酸钠溶于重量为干料总重75%的水中，形成硫酸钠溶液，最后将所得硫酸钠溶液倒入干料中搅拌均匀。

所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的使用方法为：基层清理、喷水湿润、施工在隧道内侧表面、养护。

使用方法的具体步骤为：

（1）基层清理：将隧道内侧表面上的浮尘、残渣、油渍等清理干净；

（2）喷水湿润：采用机械设备适当湿润墙体表面，然后晾干直到表面无明水；

（3）隧道防火涂料的配制：按照所述配方混合配制；

（4）隧道防火涂料施工：将配制好的隧道防火涂料采用人工涂刷，并分2层涂刷，厚度为20mm。

（5）养护：采用标准养护，养护期为28天。

中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料基本性能见表3。各项性能检测根据GB 28375-2012《混凝土结构防火涂料》进行。

表3 中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的性能

实施例3

一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料由粘结材料、保温隔热材料和助剂组成。

所述的粘结材料，按照重量百分数计，中性钠盐碱矿渣水泥49%、可再分散乳胶粉（购自于英国康凯尔公司，型号：Con Care LA4500）3%、聚乙烯醇（购自于福州四方化工有限公司，型号：1788-125，细度为160目）1%。

所述的保温隔热材料，按照重量百分数计，膨胀蛭石（购自于福州友程耐火材料有限公司，粒径小于2mm，容重：530kg/m³）16%、膨胀珍珠岩（购自于福州友程耐火材料有限公司，平均粒径为3mm，容重：83kg/m³）12%、海泡石（购自于南阳市卧龙区磊宝海泡石加工有限公司，容重：652kg/m³，耐火度1700℃）6%、空心漂珠（购自于河南信阳天梯矿业开发总公司，粒径小于0.9mm，容重为338kg/m³，常温导热系数为0.035W/(m·K)，耐火度1360℃）3%。

所述的助剂，按照重量百分数计，氢氧化镁（购自于北京康普汇维科技有限公司，纯度为99%）3%、氢氧化铝（购自于北京康普汇维科技有限公司，纯度为99%）7%。

所述的中性钠盐碱矿渣水泥，按照重量百分数计，矿渣（购自于福州泰宁混凝土厂，各组分含量详表1）：85%；无水硫酸钠（购自于上海埃彼化学试剂有限公司，纯度为99%）：7%；普通硅酸盐水泥（购自于福建炼石水泥有限公司，型号为P.O 42.5）：8%。

所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的制备方法为：先将除硫酸钠以外的干料混合均匀，再将硫酸钠溶于重量为干料总重85%的水中，形成硫酸钠溶液，最后将所得硫酸钠溶液倒入干料中搅拌均匀。

所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的使用方法为：基层清理、喷水湿润、施工在隧道内侧表面、养护。

使用方法的具体步骤为：

（1）基层清理：将隧道内侧表面上的浮尘、残渣、油渍等清理干净；

（2）喷水湿润：采用机械设备适当湿润墙体表面，然后晾干直到表面无明水；

（3）隧道防火涂料的配制：按照所述配方混合配制；

（4）隧道防火涂料施工：将配制好的隧道防火涂料采用人工涂刷，并分2层涂刷，厚度为20mm。

（5）养护：采用标准养护，养护期为28天。

中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料基本性能见表4。各项性能检测根据GB 28375-2012《混凝土结构防火涂料》进行。

表4 中性钠盐碱矿渣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 (8)

1.一种中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：由粘结材料、保温隔热材料和助剂组成。

2.根据权利要求1所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：所述的粘结材料由中性钠盐碱矿渣水泥、可再分散乳胶粉和聚乙烯醇组成。

3.根据权利要求1所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：所述的保温隔热材料由膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、海泡石和空心漂珠组成。

4.根据权利要求1所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：所述的助剂由氢氧化镁和氢氧化铝组成。

5.根据权利要求1所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：按重量百分数计，中性钠盐碱矿渣水泥40～50%、可再分散乳胶粉1%～4%、聚乙烯醇1%～3%、膨胀蛭石13%～16%、膨胀珍珠岩10～13%、海泡石5%～8%、空心漂珠1%～3%、氢氧化镁2%～5%、氢氧化铝7%～10%，各组分的重量百分数之和为100%。

6.根据权利要求5所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料，其特征在于：所述的中性钠盐碱矿渣水泥的组分按重量百分数计，矿渣75～85%、硫酸钠5%～10%、普通硅酸盐水泥10%～15%。

7.一种制备如权利要求6所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的方法，其特征在于：先将除硫酸钠以外的干料混合均匀，再将硫酸钠溶于重量为干料总重70～90%的水中，形成硫酸钠溶液，最后将硫酸钠溶液倒入干料中搅拌均匀。

8.一种如权利要求1所述的中性钠盐碱矿渣隧道防火涂料的使用方法，其特征在于：基层清理、喷水湿润、施工在隧道内侧表面、养护。