磷酸镁水泥基钢结构防腐型防火涂料

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种磷酸镁水泥基钢结构防腐型防火涂料。


背景技术：

2.目前钢结构厚型防火涂料基本都采用硅酸盐水泥、耐火水泥作为主要的胶结材料，为了提高其耐火性能，防火涂料中还会掺加一些发泡材料如三聚氰胺等，这些发泡材料在反应过程中会产生氨气，造成环境污染。同时，当前厚型钢结构防火涂料还存在着易脱落、干燥时间长、施工工序复杂等缺点。此外，钢结构除了要解决因火灾造成的承载能力下降的问题外，还要解决因腐蚀造成的承载力下降，因此要保证钢结构的安全应用必须同时解决防腐与防火两大问题。在实际工程应用中，通常会先在基材表面涂抹防锈底漆，之后再涂刷防火涂料，但这样存在着施工工序多、造价高等缺点，且若防腐涂料与防火涂料不匹配，会导致涂料脱落，失去保护作用。所以，目前急需一种可以在钢结构表面快速涂抹，且环保无污染、粘结强度高、兼具防火与防腐功能、便于施工的钢结构厚型涂料。


技术实现要素：

3.针对目前钢结构存在的耐火性能较差、易被腐蚀等问题，本发明提供了一种环保无污染、干燥时间短、粘结性能强、兼具防火防腐性能的磷酸镁水泥基钢结构防腐型防火涂料。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种磷酸镁水泥基钢结构防腐型防火涂料，其是以重烧氧化镁、磷酸二氢盐、磷酸锌、聚磷酸盐、可再分散乳胶粉、硅烷基粉末、聚乙烯醇、硼砂、硼酸锌为防腐粘结组分，以膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、空心漂珠、海泡石为阻燃隔热组分构成；其中，各成分用量按重量百分数计为，重烧氧化镁22~25%、磷酸二氢盐5~10%、磷酸锌0~2.5%、聚磷酸盐0~2%、可再分散乳胶粉1.5~2.5%、硅烷基粉末0.4~1.2%、聚乙烯醇1.5~2%、硼砂0.8~1.5%、硼酸锌2~6%、膨胀蛭石21~25%、膨胀珍珠岩12~16%、空心漂珠5~10%、海泡石10~12%，上述各成分的重量百分数之和为100%。
5.进一步地，所述硅烷基粉末的活性含量为20
±
0.5%，粒径150~200μm。所述膨胀蛭石的粒径为0.5~1.5mm，密度为500~600kg/m3，导热系数为0.04~0.06w/（m
·
k）。所述膨胀珍珠岩的粒径为2.5~3.5mm，密度为80~100kg/m3，导热系数为0.003~0.005w/（m
·
k）。所述空心漂珠的粒径为75~150μm，密度为300~400kg/m3，导热系数为0.03~0.05w/（m
·
k）。所述海泡石的硬度为2~3，密度为600~700kg/m3。
6.所述磷酸镁水泥基钢结构防腐型防火涂料的使用方法，具体是先将钢结构表面清洁干净，然后将所述防腐型防火涂料加水搅拌均匀，再涂抹于清洁好的钢结构表面，待其快速凝结；其中，加水量为所用防腐型防火涂料重量的70%-80%；涂抹的涂层厚度≥8mm。
7.本发明中所用膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、空心漂珠、海泡石皆是环保耐火材料，可在
高温下吸热膨胀而不产生有毒气体，防火性能优异，将四种材料颗粒级配合理，有利于涂料的均匀致密。但膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、空心漂珠、海泡石的使用对涂料的粘结强度有着消极影响。随着其掺量的增加，单位体积内粘结材料比例减小，粘结强度逐渐降低。为此，本发明使用重烧氧化镁、磷酸盐、硼砂、水、可再分散乳胶粉、聚乙烯醇、硅烷基粉末、硼酸锌为复合粘结材料，从而在最大比例包含耐火材料的条件下使所得防火涂料具有优异的粘结强度。
8.所用复合粘结材料中，以重烧氧化镁、磷酸盐构成的磷酸镁水泥还具有快硬早强、热稳定性强的优点。在高温下，涂料不同膨胀系数的各成分的结合处易开裂，而可再分散乳胶粉、聚乙烯醇的使用可在骨架表面形成聚合物膜，提高韧性，使其具有变形能力。硅烷基粉末有助于提高涂料在各种自然环境下的耐候性及防水性。硼砂既有缓凝作用，且其酸根中的b-o键能与pva中的-oh反应形成络合物，增强pva的聚合性，进而提高聚合物屏障的强度和耐水性。另外，磷酸镁水泥、可再分散乳胶粉、聚乙烯醇、硼砂等的共同使用，组成了一道强大的物理屏障，可隔绝腐蚀性介质与钢材接触，且其还可阻碍腐蚀体系中离子和电荷的传输，延缓腐蚀发展速度，达到化学防腐的效果。而硼酸锌的四羟基硼酸根离子[b(oh)
4-]具有抗菌防腐作用，且其在高温下还可分解生产b2o3，该产物吸附钢板基材表面形成钝化氧化层，既可抑制可燃气体产生，也可阻止氧化反应和热分解作用，即具有防腐、阻燃双重作用。聚磷酸盐在高温下可通过固相反应形成对结合表面具有一定粘结性能的致密磷酸盐晶相，产生化学粘结，并具有一定的防腐效果。
[0009]
同时，磷酸锌不溶于水，其不能独立作用粘附在钢材表面。本发明通过将其作为防腐粘结组分的成分，利用磷酸镁水泥基材料水化进程的酸性环境使磷酸锌溶解，从而在钢材表面形成磷化，因而也可起到隔离钢板与腐蚀介质的接触、阻止钢材腐蚀的效果。且磷酸锌还可以与涂料中的羧基以及腐蚀介质中的某些离子反应，生成能与腐蚀产物反应的络合物，从而进一步在钢材表面形成致密保护屏障，延缓基材被腐蚀的速率。而磷酸镁水泥基材料水化产物释放的磷酸根离子也参与磷酸盐沉淀机制，故其也可降低钢材在溶液中的腐蚀速率。此外，磷酸锌的微电池反应，还有助于消耗磷酸镁水化过程中kh2po4电离产生的大量h

（磷酸锌成膜过程动力学分析：阳极反应：zn-2e
→
zn
2
，阴极反应：2h

2e
→
h2），减缓析氢现象对粘结强度、防腐、防火造成的不利影响，有效提高涂料的综合性能。
[0010]
总之，本发明通过改善涂料内部的孔隙情况，增加电子和电荷传输的阻力等多方面共同作用，使所得磷酸镁水泥基钢结构防腐型防火涂料能够满足《钢结构防火涂料》（gb14907-2002）的各项要求（如表1）。
[0011]
表1
具体实施方式
[0012]
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0013]
实施例1一种磷酸镁水泥基钢结构防腐型防火涂料，其所含成分按重量百分数计为，重烧氧化镁24.82%、磷酸二氢钾8.27%、磷酸锌2%、可再分散乳胶粉2.30%、硅烷基粉末1.18%、聚乙烯醇1.96%、硼砂1.38%、硼酸锌2.94%、膨胀蛭石22.06%、膨胀珍珠岩14.71%、空心漂珠7.35%、海泡石11.03%，混合均匀。
[0014]
所述磷酸镁水泥基钢结构防腐型防火涂料的使用方法具体步骤为：1）钢材基材表面处理：将钢材基材表面的浮尘、碎渣、油垢、铁锈等清理干净；2）防腐型防火涂料的调配：按照所述配方将各成分混合，然后加入防腐型防火涂料重量75%的水搅拌均匀；3）防腐型防火涂料的施工：将配制好的涂料采用喷枪或刷子进行喷刷，其涂层厚度为25mm。
[0015]
4）凝结：喷刷后的涂料在钢材表面快速凝结。
[0016]
所得涂层的粘结强度为0.385mpa，耐火极限为140min，开路电位为-382mv，干密度555 kg/m3，抗压强度1.17mpa。
[0017]
实施例2~4按表2调节实施例防腐型防火涂料配方中构成磷酸镁水泥的重烧氧化镁、磷酸二氢钾的用量，并采用与实施例1相同的工艺进行施工，考察所得涂层性能，结果见表2。
[0018]
表2
由表2可见，当磷酸镁水泥掺量从30%增加到35%，涂料的粘结强度增长6.7%，从35%增加到40%，涂料粘结强度增长0.5%，增长趋于稳定。且随着磷酸镁水泥掺量的增加，开路电位逐渐增大，表明涂料的防钢材腐蚀能力逐渐增强。
[0019]
实施例5~7按表3调节实施例防腐型防火涂料配方中磷酸二氢盐/重烧氧化镁的比值（p/m），并采用与实施例1相同的工艺进行施工，考察所得涂层性能，结果见表3。
[0020]
表3由表3可见，当p/m为1/3时，磷酸镁开路电位最大，防钢材腐蚀性能最强；同时，涂料的粘结强度最高，界面粘结作用最强。
[0021]
实施例8~11按表4调整实施例防腐型防火涂料配方中硼酸锌的掺量，并采用与实施例1相同的工艺进行施工，考察所得涂层性能，结果见表4。
[0022]
表4由表4可见，硼酸锌掺量的增加在一定范围内对耐火性能有利，但过多的硼酸锌会阻碍水化反应，导致粘结性能下降。
[0023]
实施例12~15按表5调整实施例防腐型防火涂料配方中硅烷基粉末的掺量，并采用与实施例1相同的工艺进行施工，考察所得涂层性能，结果见表5。
[0024]
表5由表5可见，增加硅烷基粉末的掺量会增加涂料的密实度，并可提高其耐火性，但会降低涂料的粘结强度。
[0025]
实施例16~18按表6调整实施例防腐型防火涂料配方中磷酸锌的掺量，并采用与实施例1相同的工艺进行施工，考察所得涂层性能，结果见表6。
[0026]
表6由表6可见，随着磷酸锌掺量的增加，涂料的耐火极限逐渐下降，但对粘结强度、抗压强度影响明显，且从开路电位可看出，磷酸锌的掺加对涂料的防腐性能提升明显，但当磷酸锌的掺量从5%从增大到7.5%时，涂料开路电位的增长幅度减缓，对钢材腐蚀的保护作用逐渐趋于稳定，因此，磷酸锌的掺量不宜超过2.5%。
[0027]
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。