一种水泥基钢结构防火涂料及其制备方法与流程

本发明涉及防火涂料，具体涉及一种水泥基钢结构防火涂料及其制备方法。

背景技术：

1、钢结构具有重量轻、强度高、施工方便、可循环使用等优点，成为现代建筑工程中常用的建筑形式。然而，钢结构的热导率大，在火灾的高温作用下会迅速失去刚度和强度，最终失去承载能力，造成人员伤亡和财产损失。因此，对钢结构材料进行防火研究，提高其耐火性能具有十分重要的意义。目前常用的措施是通过用低密度和低导热性材料覆盖或包裹钢结构构件，如保温板、防火涂料、柔性防火毯，以降低承重钢结构的升温速率，防止火灾引起的结构失效。其中防火涂料由于防火隔热性能好，施工不受结构几何形状限制、易于施工以及更好的经济性和实用性等优点，得到了广泛的应用。防火涂料按粘结剂的不同分为有机防火涂料和无机防火涂料两类，相比于有机防火涂料，无机防火涂料具有耐候性好、安全无毒、价格低廉等优点。而水泥基材料由于是一种热惰性材料，具有导热系数低，不燃、受热不膨胀等特点，成为了防火涂料中无机类粘结组分的一个好的选择。

2、硅酸盐水泥等作为粘结剂，虽然价格低廉、耐水性好、强度发展稳定，但耐高温性能差，当加热温度达到400℃~600℃时，基质中的孔隙将完全干燥，水化产物分解，c-s-h凝胶被破坏；在冷却阶段由ca(oh)2转化而来的cao甚至会造成体积膨胀。磷酸盐水泥作为粘结剂，具有早期强度高、耐高温、收缩变形小，以及与基材有较好粘结性等特点，但存在凝结过快、不便于保存和价格昂贵等缺陷。铝酸盐水泥具有快硬、早强、低温下硬化快、抗腐蚀性能良好和耐高温的优点，不存在晶型转变造成的结构缺陷和体积膨胀带来的破坏，并且价格相对较低。以上特点都说明将铝酸盐水泥作为粘结剂，经过必要的改性和优化，更具有制备耐火材料的潜力。但是常见的水泥基钢结构防火涂料一般为厚涂型，广泛存在两个较为突出的问题: (1)粘结性、耐水性差，高温状态下易爆裂脱落: (2)涂层密度大，增加了钢结构负载的同时，也给施工带来不便。

技术实现思路

1、为了解决上述技术难题，本发明提供一种对钢结构基体附着力强、自重轻、防火性能优异、生产过程安全环保的水泥基钢结构防火涂料。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种水泥基钢结构防火涂料，包括按重量份计的以下组分：

4、铝酸盐水泥            2100~3000份；

5、硅灰                  0~900份；

6、羟丙基甲基纤维素醚    15份；

7、可再分散乳胶粉        150份；

8、耐火隔热轻质骨料      1200份；

9、水                    3750~4050份；

10、所述耐火隔热轻质骨料由膨胀蛭石、玻化微珠和空心玻璃微珠组合而成。

11、本发明粘结剂采用铝酸盐水泥或铝酸盐水泥复配硅灰；本发明辅助粘结采用可再分散乳胶粉；本发明增稠剂采用羟丙基甲基纤维素醚；本发明耐火隔热轻质骨料由膨胀蛭石、玻化微珠和空心玻璃微珠组合而成。

12、本发明以铝酸盐水泥、或复配的铝酸盐水泥和硅灰为粘结剂。在高温下铝酸盐水泥的水化物会发生固相反应，以烧结结合逐渐取代水化结合，因此铝酸盐水泥具有较好的耐高温性，在高温下仍能保持较高强度。当硅灰与铝酸盐水泥复配后，不仅可以降低防火涂料的成本和自重，防火涂料内部结构密实度也在硅灰的微集料效应下提高，进一步提高粘结强度。

13、本发明以耐火隔热轻质骨料由膨胀蛭石、玻化微珠和空心玻璃微珠组合而成，导热系数小，自重轻，可以有效降低热传导速率。铝酸钙水泥水化生成的各种水化产物相互交错胶结在一起形成三维网络体，将耐火隔热轻质骨料颗粒逐渐胶结包裹，其中存在的孔隙和微裂缝很好的被掺入的硅灰填充，形成更为紧密的结构，将耐火隔热轻质骨料各成分相胶结，更加有效地保护钢结构。

14、进一步地，所述膨胀蛭石、玻化微珠和空心玻璃微珠的质量比为2:1:1。

15、进一步地，所述铝酸盐水泥的型号为ca50，其中al2o3质量分数为51.9%。

16、进一步地，所述硅灰的颗粒粒径为300±5nm。

17、进一步地，所述膨胀蛭石的平粒径为200～500目，堆积密度为205±5kg/m3，导热系数为0.078 w/（m·k）。

18、进一步地，所述玻化微珠的粒径为0.1~1.5mm，堆积密度为225±5kg/m3，导热系数为0.070w/（m·k）。

19、进一步地，所述空心玻璃微珠的粒径为15～150μm，堆积密度为180~210kg/m3，导热系数为0.057 w/（m·k）。

20、本发明还提供了一种水泥基钢结构防火涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

21、步骤1、将铝酸盐水泥、硅灰、羟丙基甲基纤维素醚、可再分散乳胶粉进行混合，得到混合粉料；

22、步骤2、将膨胀蛭石、玻化微珠和空心玻璃微珠进行混合，得到耐火隔热轻质骨料；

23、步骤3、将混合粉料和耐火隔热轻质骨料进行混合，得到水泥基钢结构防火涂料干料；

24、步骤4、将水泥基钢结构防火涂料干料加入水搅拌混合，制得所述水泥基钢结构防火涂料。

25、进一步地，步骤3中，混合的时间为2~5min。

26、进一步地，步骤4中，搅拌混合的时间为5~10min。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、(1) 本发明采用铝酸盐水泥、或与铝酸盐水泥与硅灰复配为粘结剂，铝酸盐水泥提供较好的耐火性能，加入硅灰不仅可以降低防火涂层成本和自重，还会提供较好的粘结强度。

29、(2) 本发明采用的耐火隔热轻质骨料，不仅能降低防火涂层自重，还能有效降低热量在钢结构的传导速率，提高其耐火性能，并适应与粘结剂体系的匹配性。

30、(3)本发明的防火涂料在施工过程中和火灾中不产生任何毒害气体和废弃物，可减少环境污染，更加环保安全。

31、(4) 本发明采用羟丙基甲基纤维素醚为增稠剂，避免防火涂料喷涂时的严重流挂问题，可一次性厚涂7mm左右，涂装次数少，施工成本低。

技术特征：

1.一种水泥基钢结构防火涂料，其特征在于，包括按重量份计的以下组分：

2.根据权利要求1所述的一种水泥基钢结构防火涂料，其特征在于，所述膨胀蛭石、玻化微珠和空心玻璃微珠的质量比为2:1:1。

3.根据权利要求1所述的一种水泥基钢结构防火涂料，其特征在于，所述铝酸盐水泥的型号为ca50，其中al2o3质量分数为51.9%。

4.根据权利要求1所述的一种水泥基钢结构防火涂料，其特征在于，所述硅灰的颗粒粒径为300±5nm。

5. 根据权利要求1所述的一种水泥基钢结构防火涂料，其特征在于，所述膨胀蛭石的平粒径为200～500目，堆积密度为205±5kg/m3，导热系数为0.078 w/（m·k）。

6.根据权利要求1所述的一种水泥基钢结构防火涂料，其特征在于，所述玻化微珠的粒径为0.1~1.5mm，堆积密度为225±5kg/m3，导热系数为0.070w/（m·k）。

7. 根据权利要求1所述的一种水泥基钢结构防火涂料，其特征在于，所述空心玻璃微珠的粒径为15～150μm，堆积密度为180~210kg/m3，导热系数为0.057 w/（m·k）。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种水泥基钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种水泥基钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，步骤3中，混合的时间为2~5min。

10.根据权利要求8所述的一种水泥基钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，步骤4中，搅拌混合的时间为5~10min。

技术总结本发明公开了一种水泥基钢结构防火涂料及其制备方法，该防火涂料包括按重量份计的2100~3000份铝酸盐水泥、0~900份硅灰、15份羟丙基甲基纤维素醚、150份可再分散乳胶粉、1200份耐火隔热轻质骨料和3750~4050份水，耐火隔热轻质骨料由膨胀蛭石、玻化微珠和空心玻璃微珠组合而成。本发明制备工艺简单、易于操作、施工周期短、生产过程安全环保，该防火涂料具有优异的耐火性能和粘结性能。技术研发人员：李雪莹,陈雪梅,周严洪,喻庆华,杨欢,李文进受保护的技术使用者：嘉华特种水泥股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29