本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)因其強度高、自重輕、制造簡便、施工周期短、建筑工業(yè)化程度高等特點而得到日益廣泛的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)雖然自身不燃，但在高溫下會迅速失去強度而變形。常用建筑鋼材的臨界溫度一般為540℃，在火災(zāi)中，未采取保護措施的鋼結(jié)構(gòu)在幾分鐘內(nèi)即會達到臨界溫度，致使承載能力急劇下降，造成建筑物部分或全部垮塌毀壞，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑物必須采取相應(yīng)的防火措施。對于耐火等級為一級的高層住宅建筑，根據(jù)建筑設(shè)計防火規(guī)范(gb50016-2014)的要求，承重墻和柱的耐火極限不能低于3小時，梁的耐火極限不能低于2小時。目前國內(nèi)的薄型、超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料耐火性能較差，不能滿足承重墻和柱3小時的耐火極限要求；而現(xiàn)常用的厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料存在易空鼓、開裂、脫落等缺點，抗壓強度通常僅為1mpa～1.5mpa，且成型后表面疏松粗糙，需要包覆裝飾板或外罩裝飾性涂料。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料。該防火材料是由脫硫石膏、輕質(zhì)絕熱材料及外加劑等復(fù)合而成，可用于各類鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火保護。經(jīng)過理化性能檢測和構(gòu)件耐火極限檢測，產(chǎn)品各項理化性能指標和防火性能可達到或超過鋼結(jié)構(gòu)防火涂料標準(gb14907-2002)的要求。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料，其特征在于所述含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料由以下組分按質(zhì)量百分比混合而成：82％-95％的脫硫石膏、3％-15.5％的輕質(zhì)絕熱材料、0.5％-2％的增強纖維、0.1％-0.5％的保水劑、0.1％-1％的可再分散乳膠粉、0.1％-0.5％的緩凝劑及0.01％-0.1％的引氣劑；
所述輕質(zhì)絕熱材料為?；⒅椤㈤]孔膨脹珍珠巖、膨脹蛭石或片狀云母中的一種或兩種；所述增強纖維為玻璃纖維、海泡石纖維、硅酸鋁纖維或聚丙烯纖維中的一種或兩種。
進一步，本發(fā)明所述的含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料優(yōu)選由以下組分按質(zhì)量百分比混合而成：89％-94％的脫硫石膏、4％-9％的輕質(zhì)絕熱材料、0.5％-1％的增強纖維及0.1％-0.5％的保水劑、0.1％-0.3％的可再分散乳膠粉、0.3％-0.5％的緩凝劑、0.01％-0.05％的引氣劑。
本發(fā)明所述脫硫石膏為采用電廠濕法脫硫后排出的廢渣，經(jīng)160-180℃煅燒陳化所得的工業(yè)副產(chǎn)物，主要成分為caso4·1/2h2o。
進一步，本發(fā)明所述?；⒅槭怯刹Ａз|(zhì)火山熔巖礦砂經(jīng)膨脹、?；裙に囍瞥桑砻娌；忾]、呈不規(guī)則球狀，內(nèi)部為多孔空腔結(jié)構(gòu)的無機顆粒材料，極高的玻化率使得水分難以進入?；⒅轭w粒內(nèi)部，保證了優(yōu)良的保溫隔熱性能，且?；笃秸饣谋砻媸共；⒅榫哂辛己玫姆稚⑿院秃鸵仔裕軡M足不同施工工藝的要求。?；⒅槔砘阅芊€(wěn)定，具有質(zhì)輕、保溫、絕熱、防火、耐高溫、抗老化、吸水率小等優(yōu)異特性。
本發(fā)明所采用的?；⒅榈谋砻娌；]孔率90％以上，體積吸水率25％以下，堆積密度80-120kg/m3。
進一步，本發(fā)明所述閉孔膨脹珍珠巖是采用電爐加熱的方式，通過對珍珠巖礦砂的梯度加熱和對滯空時間的精確控制，使產(chǎn)品表面熔融、氣孔封閉，內(nèi)部保持蜂窩狀結(jié)構(gòu)不變，外形呈不規(guī)則顆粒狀。閉孔膨脹珍珠巖不但具有傳統(tǒng)膨脹珍珠巖質(zhì)量輕、防火、綠色環(huán)保等優(yōu)點，還克服了傳統(tǒng)膨脹珍珠巖吸水率大、強度低、流動性差的缺點。
本發(fā)明所采用的閉孔膨脹珍珠巖的堆積密度120-150kg/m3，體積吸水率50％以下，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.05w/(m·k)。
進一步，本發(fā)明所述膨脹蛭石是以蛭石為原料、經(jīng)烘干、破碎、焙燒，在短期時間內(nèi)體積急劇增大、膨脹6～20倍而成的一種金黃色顆粒狀物料，具有容重輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、防火防腐、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒無味等特點。
本發(fā)明所采用的膨脹蛭石的密度≤100kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.062w/(m·k)，含水率≤3％。
進一步，本發(fā)明所述片狀云母是一種價格低廉的層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽粘土，具有優(yōu)良的電絕緣性、耐熱性、耐水性、耐化學(xué)性、彈性和高剝離性，與水性防火涂料具有良好的相容性，可以提高防火涂料的粘結(jié)強度和耐火性能。
本發(fā)明所采用的片狀云母的厚度為0.5-10μm，片徑小于0.2mm。
進一步，本發(fā)明所述玻璃纖維來源廣泛、價格低廉，是目前用于石膏材料增強最為普遍的材料之一。玻璃纖維具有較大的拉伸強度和斷裂韌性，在受力時，石膏基防火保護材料中的玻璃纖維可吸收較大的能量，抑制石膏基體的微裂紋擴展，使其強度提高，在遇火升溫時仍能保持較好的完整性，提升整體耐火性能。
本發(fā)明所采用的玻璃纖維長度為1-5mm，直徑10-15μm。
進一步，本發(fā)明所述海泡石纖維是纖維形態(tài)的水合礦物粘土，其簇狀纖維結(jié)構(gòu)中含有大量的納米級孔道，因此具有良好的隔熱效果。海泡石纖維具有收縮率低，比表面積大，吸附性強的特點，且有極高的熱穩(wěn)定性，可耐1500～1700℃高溫。
本發(fā)明所采用的海泡石纖維長度為3-8mm，直徑為12-18μm。
進一步，本發(fā)明所述硅酸鋁纖維具有容重輕、耐高溫、熱穩(wěn)定性好，熱傳導(dǎo)率低、熱容小、抗機械振動好、受熱膨脹小、隔熱性能好等優(yōu)點，廣泛用于電力、冶金、化工、機械的熱能設(shè)備的保溫。硅酸鋁纖維無定向、均勻分布在涂料中，呈立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可改善涂層的孔隙結(jié)構(gòu)，能夠提高防火保護材料涂層的耐火性、耐機械沖擊性、抗裂性、粘結(jié)強度及凍融性等。
本發(fā)明所采用的硅酸鋁纖維的長度為5-10mm，直徑為3-10μm。
進一步，本發(fā)明所述聚丙烯纖維是一種白色的合成塑料纖維，一般是束狀單絲結(jié)構(gòu)或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。聚丙烯纖維常用于防止混凝土高溫爆裂，纖維在高溫下熔化后，形成水蒸汽外排通道，可降低混凝土內(nèi)部氣壓。與硅酸鋁纖維復(fù)合摻入防火涂料中，可阻止、延緩低熔點無機鹽熔融后在基材表面匯集成融滴，防止因融滴的流動性和涂層的自重造成涂層與基材粘結(jié)失效、涂層剝落；低熔點的聚丙烯纖維在高溫炭化后留出了一定的空間，減少了涂層因內(nèi)部水分、空氣、骨料急速受熱膨脹、水化物體積收縮、毛細管破裂形變導(dǎo)致涂層結(jié)構(gòu)破壞，極大地改善了涂層的抗裂防滲及高溫防爆性能。
本發(fā)明所采用的聚丙烯纖維為單絲聚丙烯纖維，長度為6-9mm。
進一步，本發(fā)明所述保水劑采用粘度范圍為1.5萬-6萬的羥乙基甲基纖維素醚或羥丙基甲基纖維素醚。纖維素醚是一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，在交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上有許多羧基、羥基、酞胺基和醚基等親水性基團，當它與水接觸時，這些基團便會與水分子結(jié)合成氫鍵，并通過這種方式吸持大量的水分。采用保水劑可以保證在較低水膏比時拌合用水不被基層墻面吸收或蒸發(fā)，以利于石膏基材料的充分水化，從而保證粘結(jié)強度。
進一步，本發(fā)明所述可再分散乳膠粉包括乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物中的一種或兩種。在石膏基防火保護材料中摻入可再分散乳膠粉可以明顯改善其粘結(jié)強度，對無機和有機材料都具有較好的粘結(jié)性。
進一步，本發(fā)明所述緩凝劑為檸檬酸鈉、三聚磷酸鈉或六偏磷酸鈉中的一種或兩種。半水石膏的凝結(jié)時間很短，一般只有幾分鐘到十幾分鐘，因此在石膏基防火保護材料中必須加入緩凝劑，使其能滿足正常施工的要求。
進一步，本發(fā)明所述引氣劑為烷基苯磺酸鈉或烷基芳基磺酸鈉中的一種或兩種。引入一定量微小氣泡可起到滾珠作用，減少阻力，方便施工。同時，引氣劑的加入也增加了石膏基防火保護材料的產(chǎn)漿量，減少單位面積的使用量。
本發(fā)明的含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料在施工時，具體步驟如下：
1、基層處理：施工前先將構(gòu)件表面徹底除銹，涂刷兩道防銹漆，已涂刷防銹漆的構(gòu)件應(yīng)將表面除塵、除油污等(要求防銹漆實干、漆膜無損壞，確保漆膜的完整性)，保持基材表面的清潔。
2、防火保護材料施工
施工可分為鋼管混凝土束組合構(gòu)件、鋼管混凝土柱、鋼柱等豎向構(gòu)件和鋼梁兩種情況：
1)鋼管混凝土束組合構(gòu)件、鋼管混凝土柱、鋼柱防火保護涂料施工：(1)待防銹漆實干并表面清潔完畢后，在構(gòu)件表面測量放線，然后掛設(shè)同等面積孔徑30mm、絲徑1.0mm的熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)。掛網(wǎng)步驟為:a.利用射釘槍在構(gòu)件表面均布φ4mm，長度35或40mm的鍍鋅射釘，要求釘子間距≤600mm，釘頭全部進入鋼管壁內(nèi)，鋼管壁外釘子長度應(yīng)保持在20-30mm之間；b.用熱鍍鋅綁扎鋼絲把鋼絲網(wǎng)綁扎在鍍鋅鋼釘頭上；c.用鋼筋棍將金屬網(wǎng)翹起部分壓平，使網(wǎng)與構(gòu)件表面保持10～35mm左右的距離。(2)將防火保護涂料倒入攪拌機中按1：0.63-0.65的水灰比，緩慢加水攪拌均勻后，對鋼管混凝土束組合構(gòu)件或鋼管混凝土柱進行噴涂。噴涂時，噴嘴距離構(gòu)件表面宜為(100-200)mm，且保持噴嘴與構(gòu)件表面垂直；噴涂順序從左到右、從上到下均勻噴涂，一次噴涂成型。噴涂一定面積后，用刮尺對噴涂面初步找平。有漏漿部位及時補漿噴涂，再用刮尺對噴涂面找平，待初凝后，終凝前提漿、收光。
2)鋼梁的防火保護材料施工：(1)待防銹漆實干并表面清潔完畢后，對鋼梁表面進行測量放線，并在鋼梁下翼緣懸掛孔徑30mm、絲徑1.0mm的熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)。掛網(wǎng)步驟為:剪裁鋼絲網(wǎng)并折成c形倒懸掛在鋼梁下翼緣上；保證鋼絲網(wǎng)折成c形后與鋼梁同寬，且每邊伸進下翼緣的深度≥50mm，并保持鋼絲網(wǎng)面懸在鋼梁下翼緣下10～20mm處。(2)將防火保護涂料倒入攪拌機中按1：0.63-0.65的水灰比，緩慢加水攪拌均勻后，對鋼梁表面進行噴涂。噴涂時，噴嘴距離鋼梁表面宜為(100-200)mm，且保持噴嘴與表面垂直；噴涂順序應(yīng)先從鋼梁一側(cè)腹腔內(nèi)噴涂填實，達到設(shè)計尺寸后，再噴涂鋼梁另一側(cè)腹腔，同時對第一側(cè)的鋼梁腹腔面用刮尺進行初步找平；待鋼梁第二側(cè)腹腔噴涂填實，達到設(shè)計尺寸后，對梁底進行噴涂，同時對第二側(cè)的鋼梁腹腔面用刮尺進行初步找平；最后對梁底面用刮尺進行初步找平。初步找平完成后，觀察鋼梁腹腔兩側(cè)及梁底，有漏漿部位及時補漿噴涂，再用刮尺對噴涂面找平，待初凝后，終凝前提漿、收光。
有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有的厚型、薄型及超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，具有以下優(yōu)點：
1)本發(fā)明采用石膏基噴涂漿料進行鋼結(jié)構(gòu)防火保護，漿料的主要成分石膏來源于工業(yè)固廢脫硫石膏，具有價格低廉、來源廣泛、利廢環(huán)保等社會和經(jīng)濟雙重效益。
2)防火保護施工完成后，構(gòu)件防火保護層的主要成分為半水石膏水化后得到的二水石膏(caso4·2h2o)。二水石膏的分子結(jié)構(gòu)中帶有兩個水分子，當構(gòu)件受火時，二水石膏能夠吸收熱量同時釋放出結(jié)晶水，結(jié)晶水蒸發(fā)又帶走了大量的熱量，從而能夠有效的延緩構(gòu)件升溫速度。通過鋼板受火試驗表明，當鋼板溫度達到100度之后，由于二水石膏中結(jié)晶水的蒸發(fā)，鋼板升溫可延遲30分鐘(防火保護層厚度35mm)，說明石膏基防火保護材料具有優(yōu)異的防火隔熱功能。
3)通過在材料中加入輕質(zhì)絕熱材料和引氣劑，降低了材料的干密度和導(dǎo)熱系數(shù)，進一步增強了材料的防火隔熱性能；加入粘結(jié)劑，保證了材料的粘結(jié)力，避免了涂層脫落的問題；石膏材料硬化時具有微膨脹特性，硬化后收縮率小，因此具有附著力強、不空鼓、不開裂的優(yōu)點。加入增強纖維可起到吸收能量、抑制基體微裂紋擴展的作用，使石膏基防火保護材料在遇火升溫時仍能保持較好的完整性，提升整體耐火性能、抗裂性能和抗沖擊性能。
4)石膏基噴涂漿料采用機械化施工，施工速度快，勞動強度低，節(jié)約人工成本。
5)石膏除了保溫效果好外，還能調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，被稱為會呼吸的材料，能改善室內(nèi)居住環(huán)境。
6)石膏基噴涂漿料硬度較高，裝修效果好，不需要像傳統(tǒng)防火涂料一樣再進行包裹保護和表面裝飾處理，并具有一定的吊掛能力。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此。
實施例1
一種含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料，由以下重量比的組分組成：山西晉能電力集團有限公司提供的脫硫石膏82％，上海強威保溫材料有限公司提供的堆積密度120-150kg/m3，體積吸水率50％以下，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.05w/(m·k)的閉孔膨脹珍珠巖5％，石家莊辰興實業(yè)有限公司提供的密度≤100kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.062w/(m·k)，含水率≤3％的膨脹蛭石10.5％，河北宏利海泡石絨有限公司提供的纖維長度為3-8mm，直徑為12-18μm的海泡石纖維2％，日本信越提供的粘度為30000mpa·s的保水劑羥乙基甲基纖維素醚(型號為egc168)0.1％；日本合成化學(xué)提供的可再分散乳膠粉醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物(型號為dm200)0.2％；緩凝劑六偏磷酸鈉0.1％；引氣劑烷基苯磺酸鈉0.1％。
實施例2
一種含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料，由以下重量比的組分組成：山西晉能電力集團有限公司提供的脫硫石膏94％，靈壽縣天澤礦產(chǎn)品加工廠提供的厚度為0.5-10μm，片徑小于0.2mm的片狀云母3％，河北京航礦產(chǎn)品有限公司提供的長度為5-10mm，直徑為3-10μm的硅酸鋁纖維0.5％，常州市天怡工程纖維有限公司提供的長度為6-9mm的單絲聚丙烯纖維0.5％；陶氏化學(xué)提供的粘度為15000mpa·s的保水劑羥乙基甲基纖維素醚(型號為xcs47107)0.5％；瓦克化學(xué)提供的可再分散乳膠粉乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(型號為5010n)1％；緩凝劑三聚磷酸鈉0.4％；引氣劑烷基苯磺酸鈉0.1％。
實施例3
一種含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料，由以下重量比的組分組成：山西晉能電力集團有限公司提供的脫硫石膏95％，信陽市中森珍珠巖應(yīng)用有限公司提供的表面?；]孔率90％以上，體積吸水率25％以下，堆積密度80-120kg/m3的?；⒅?.5％，江蘇康達夫新材料科技有限公司提供的長度為1-5mm，直徑10-15μm的玻璃纖維0.5％，赫克力士天普提供的粘度為60000mpa·s的保水劑羥乙基甲基纖維素醚0.39％(型號為bx165m)；日本合成化學(xué)提供的可再分散乳膠粉丙烯酸共聚物(型號為ldm7000p)0.1％；緩凝劑檸檬酸鈉0.5％；引氣劑烷基芳基磺酸鈉0.01％。
實施例4
一種石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料，由以下重量比的組分組成：山西晉能電力集團有限公司提供的脫硫石膏89％，信陽市中森珍珠巖應(yīng)用有限公司提供的表面?；]孔率90％以上，體積吸水率25％以下，堆積密度80-120kg/m3的?；⒅?％，江蘇康達夫新材料科技有限公司提供的長度為1-5mm，直徑10-15μm的玻璃纖維1％，赫克力士天普提供的粘度為40000mpa·s的保水劑羥丙基甲基纖維素醚(型號為me6019)0.35％；日本合成化學(xué)提供的可再分散乳膠粉丙烯酸共聚物(型號為ldm7000p)0.3％；緩凝劑檸檬酸鈉0.3％；引氣劑烷基芳基磺酸鈉0.05％。
實施例5
一種含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料，由以下重量比的組分組成：山西晉能電力集團有限公司提供的脫硫石膏93.5％，靈壽縣天澤礦產(chǎn)品加工廠提供的厚度為0.5-10μm，片徑小于0.2mm的片狀云母4％，河北京航礦產(chǎn)品有限公司提供的長度為5-10mm，直徑為3-10μm的硅酸鋁纖維0.5％；陶氏化學(xué)提供的粘度為15000mpa·s的保水劑羥乙基甲基纖維素醚(型號為xcs47107)0.5％；瓦克化學(xué)提供的可再分散乳膠粉乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(型號為5010n)1％；緩凝劑三聚磷酸鈉0.4％；引氣劑烷基苯磺酸鈉0.1％。
由表1所示的樣品測試結(jié)果可知，本發(fā)明的含增強纖維的石膏基鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料施工性能良好，干燥時間適宜，利于滿足施工要求。各項技術(shù)性能指標達到并超過gb14907-2002的要求，主要突出性能表現(xiàn)在粘結(jié)強度、抗壓強度、耐火極限指標上。另外還對防火保護層厚度為35mm的鋼管束組合剪力墻構(gòu)件進行了耐火極限試驗，構(gòu)件荷載比為0.65，耐火極限達到3.5小時，超過了承重墻和柱3小時的耐火極限要求。
表1性能對比試驗