各组分对隧道防火涂料的粘结强度、耐火极限和干密度的影响.docx

研究了各组分对隧道防火涂料的粘结强度、耐火极限和干密度的影响，选择出一组综合性能较好的隧道防火涂料的配方作为基准配方，配合比见下表。PMB乳胶粉膨胀蛭石膨胀珍珠岩空心漂珠海泡石9271.52.52416812本次试验通过掺入不同掺量的聚乙烯醇(PVA)膨胀剂、硼酸锌和引气剂对基准配方进行改进，四种组分的介绍如下：(1)聚乙烯醇(PVA):聚乙烯醇(PVA)一种水溶性环保型高分子聚合物，具有很好的成膜性能、乳化性能、粘结性能。它形成的膜具有优异的接着力，耐溶剂性，耐摩擦性，伸张强度与氧气阻绝性。(2)膨胀剂：高效CSA膨胀剂是用回转窑特别烧制的以无水硫铝酸钙和氧化钙为主要矿物的熟料，配入适量天然硬石膏，通过特殊粉磨工艺制成的硫铝酸钙类膨胀剂。混凝土膨胀剂能提高隧道防火涂料的保水性，触变性和粘结性质，延长开放时间，改善施工性能；混凝土膨胀剂亦能提高防火涂层的耐水性、耐酸性、耐碱性、耐湿热性及冻融性。(3)硼酸锌：一种环保无机阻燃剂，具有无毒、无污染、阻燃及抑烟的优良性能。硼酸锌在高温时，可以在被保护基材的表面形成玻璃状薄片，而起隔绝空气和隔断火焰和隔热的作用；另一方面硼酸锌含结晶水，受热时分解而成水蒸汽，水汽一方面作为稀释剂降低了可燃气体的浓度；另一方面覆盖在被保护基材的表面也起到隔绝氧气，阻止燃烧的作用。(4)引气剂：引气剂是一种低表面张力的表面活性剂，掺入到隧道防火涂料后，可使涂料在搅拌过程中引入适量均匀分布且独立封闭的微小气泡，使毛细管变得细小、曲折、分散，渗透通道减少，从而降低涂料干密度和导热率。试验结果如下：(1)聚乙烯醇(PVA)PVA掺量对粘结强度的影响从上图可以看出：PVA作为一种良好的水泥基粘结材料，其对隧道防火涂料的粘结性能具有较大的影响，当PVA掺入量小于总质量的1.2%时，粘结强度逐渐增强；当PVA掺量为总质量的1.2%时，其粘结强度最大，为0.28MPa；当PVA外掺量大于总质量的1.2%时，粘结强度减弱。这说明适量的加入PVA能有效提高隧道防火涂料的粘结性能，但过多加入会产生不利的影响。PVA亲水基是不离解的极性基-羟基，隧道防火涂料与水混合后，水泥水化胶凝的表面形成聚合物密封层，密封层也把骨料颗粒的表面和水泥水化凝胶与水化颗粒混合物的表面粘结起来。PVA的羟基与水泥颗粒附着得较好，在水化过程和水泥基体局部应力作用下，聚合物胶团沿着水泥颗粒孔隙和界面发生变形，使结构更加密实。这个过程降低了体系的局部应力，促进胶凝体系的均匀密实。但是若PVA掺量过多，可能由于水泥颗粒被聚合物密封层包裹过于严密，从而阻止水泥的进一步水化，无法将水泥的粘结性能充分体现出来，因此导致粘结强度的降低。PVA结构中的-OH有一定亲水性，与硼砂接触会发生化学反应。硼砂的B-O键断裂，与PVA形成-C-B-O-键，从而PVA分子得以交联，不仅能够增强PVA的聚合性，还增加了膜的强度，同时也增加了膜的耐水性。但是PVA的掺量不宜过大，否则会因硼砂的减少而使镁水泥水化过快，影响隧道防火涂料的工作性能。(2)膨胀剂 - ' :， T 8 7 6 5 4 2 2 2 2 2 Go.o.o.o.Gd)更演s0.23-r0123456膨胀剂掺量(%)膨胀剂掺量对粘结强度的影响从上图可得，隧道防火涂料的粘结强度随着膨胀剂掺量的增大而递增，当膨胀剂掺量超过3%以后,粘结强度的提高开始趋于平缓。膨胀剂能显著提高隧道防火涂料的保水性，延长开放时间，改善施工性能(暂未找到理论支撑)。(3)硼酸锌=s室* 馨24争办海(MPa)硼酸锌掺量对粘结强度和耐火极限的影响从上图可得，随着硼酸锌掺量的增加，粘结强度逐渐降低，其主要原因是：一方面，硼酸锌有类似硼砂抑制MgO颗粒溶解的效果，造成Mg?+与磷酸根离子的接触几率降低，使反应速度降低，且随着掺量的增加，这种抑制作用就越强，从而导致水泥强度越低，涂料粘结强度降低；另一方面，随着硼酸锌掺量的增加，镁水泥的掺量相对减少，也会导致涂料粘结强度的逐渐降低。在一定掺量范围内，硼酸锌掺量的增加会使涂料耐火极限提高，因为硼酸锌在高温时，可以在被保护基材的表面形成玻璃状薄片，而起隔绝空气和隔断火焰和隔热的作用；另一方面硼酸锌含结晶水,受热时分解而成水蒸汽，水汽一方面作为稀释剂降低了可燃气体的浓度，另一方面覆盖在被保护基材的表面也起到隔绝氧气，阻止燃烧的作用。当硼酸锌掺量超过6%后，涂料耐火极限呈下降趋势，原因在于涂层与基材表面的粘结力变低，造成涂层开裂、脱落等不利的情况，从而使涂层失去防火隔热能力，导致涂层耐火性能下降。(4)引气剂0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.0S5引气剂掺量()150148146144(s里* 莅-580T.魂后应)560 0.040引气剂掺量对耐火极限和干密度的影响从上图可得，随着引气剂掺量的增多，隧道防火涂料在火焰高温下的隔热阻燃性能有所提高，但是随着引气剂掺量的继续增大涂料高温隔热阻燃性能迅速降低。主要原因在于，当引气剂掺量控制在一定范围时，材料内部气孔直径小，且各气孔封闭、独立存在，使隧道防火涂料获得优良的高温隔热阻燃性能；当引气剂掺量过大时，隧道防火涂料内部气孔之间相互贯通，在高温情况下贯通的通道容易形成热对流，且此时热对流为热量传递的主要形式，导致材料高温隔热性能变差，对涂料的高温隔热性能极为不利。随着引气剂掺量的增多，隧道防火涂料的干密度随之降低，原因在于材料内部气孔的增加或孔径的增大导致单位体积的试块质量显著降低。综合上述四种组分可知，硼酸锌的掺入对隧道防火涂料的综合性能提升不多，不推荐作为镁水泥隧道防火涂料的阻燃剂。适量的PVA、膨胀剂和引气剂对涂料的性能有所提升，其中PVA的最佳掺量为1.2%,膨胀剂为3%,引气剂为0025%°