CN114276111A - 非膨胀型磷石膏防火涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非膨胀型磷石膏防火涂料，属于建筑防火材料技术领域，由下述重量份计的组分组成：磷石膏65‑70份，隔热骨料8‑10份，耐火轻质填充材料10‑15份，增强纤维2‑3份，可再分散性乳胶粉1‑3份，保水剂0.1‑0.3份，石膏缓凝剂0.1‑0.2份，粉煤灰1‑2份，pH调节剂1‑2份；本发明的钢结构防火涂料，在原料组成上，提高了磷石膏的掺量充分利用磷石膏的同时，保证了防火涂料的容重低于500 kg/m³；在性能上，在涂层厚度为25‑30mm的情况下，耐火极限≥4小时，并且与钢结构的粘接强度≥0.5Mpa，显著提高防火性能的同时，耐久性提高；而且，为单组份，粉状、施工可采用机器喷涂，施工简单，效率高。

Description

非膨胀型磷石膏防火涂料

技术领域

本发明涉及建筑防火材料技术领域，尤其涉及一种非膨胀型磷石膏防火涂料。

背景技术

钢结构由于具有自重轻、强度高、抗震性能好、便于工业化生产、施工速度快等优点，在室内外建筑中应用非常广泛。

但是，钢结构最主要的缺点之一是耐火性能差，在高温条件下存在强度降低和蠕变现象。对建筑用钢而言，在260℃以下强度不变，260℃～280℃开始下降；达到400℃时，屈服现象消失，强度明显降低；达到450℃～500℃时，钢材内部再结晶使强度快速下降；随着温度的进一步升高，钢结构的承载力将会丧失。蠕变在较低温度时也会发生，但温度越高蠕变越明显。近年来，未采取有效防火保护措施的钢结构建筑在火灾中，15min～20min就出现大面积垮塌。因此，为了防止和减少建筑钢结构的火灾危害，保护使用人员和消防救援人员的人身安全及财产安全，必须对钢结构进行科学的防火保护措施。

由于防火涂料施工简便，且不受钢构件几何形状限制，具有较好的经济性和适应性被广泛采用。其中非膨胀(厚涂)型钢结构防火涂料安全可靠、绿色环保更是被科研单位、监管部门、市场主体大力推崇的防火涂料。

目前，已经有关于钢结构防火涂料的报道。

磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，其组分主要是二水硫酸钙，磷石膏的随意排放堆积严重破坏了生态环境，不仅污染地下水资源，还造成土地资源的浪费，所以，对其回收利用也是建筑领域的重要课题。目前，有将40%左右的磷石膏用于钢结构防火涂料的报道，由于磷石膏的利用占比仅40%左右，利用效率较低。究其原因，可能是由于磷石膏原料的容重较大，一般为1000kg/m³左右，而目前本领域对于钢结构防火涂料的容重标准为＜500kg/m³，因此，如果磷石膏的占比超过40%，会造成所制得的防火涂料容重不达标。

另外，发明人通过大量试验证明：磷石膏的占比较小的话，其防火性能、粘结强度等也会较低。中国专利公开号为CN113072358 A、发明名称为“一种钢管束剪力墙的磷石膏基防火抹面砂浆”公开了一种磷石膏掺量达到85%以上的防火抹面砂浆，其磷石膏掺量虽然大幅提升，虽然其说明书中公开了所得防火抹面砂浆的容重小于500kg/m³，但是，其为了使容重达标，采用了高达0.7-09的水料比，从而导致其强度非常低，比如，其粘结强度仅为0.04Mp，明显偏小，不利于防火涂料的持久耐用性。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种非膨胀型磷石膏防火涂料，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种非膨胀型磷石膏防火涂料，由下述重量份计的组分组成：

磷石膏65-70份，隔热骨料8-10份，耐火轻质填充材料10-15份，增强纤维2-3份，可再分散性乳胶粉1-3份，保水剂0.1-0.3份，石膏缓凝剂0.1-0.2份，粉煤灰1-2份，pH调节剂1-2份。

本申请的发明人通过大量试验，充分利用磷石膏自身含有2个结晶水（CaSO₄.2H₂O）在遇高温时会释放结晶水形成水雾的特点，从而起到较好的防火作用。另外，本发明通过添加适量的耐火轻质填充材料，在保证钢结构防火涂料的容重为500kg/m³的前提下，所用磷石膏的组份含量高达70％左右，对磷石膏的综合利用具有积极的作用。本发明在高掺量磷石膏用量的基础上加入了8-10组份的隔热骨料，其与磷石膏等协同，在遇火灾时更能有效降低并延长阻隔高温时对钢结构的破坏，试样经检测耐火极限≥4小时，因此在磷石膏高掺量隔热骨料以及耐火轻质填充材料的共同组合下使本非膨胀型钢结构防火涂料在遇火灾时既不会产生烟雾又具备更优良的防火性能。该非膨胀型钢结构防火涂料为单组份，粉状、施工可采用机器喷涂，施工简单，效率高。由于磷石膏呈酸性，本发明加入适量的pH值调节剂，将本防火涂料的pH值调节到≥7，即中性会弱碱性，避免了因磷石膏的酸性对钢结构造成腐蚀；本发明通过加入适量的可再分散乳胶粉，与其他组分协同，显著增强了与钢结构的粘接强度，试样经检测，粘接强度≥0.5Mpa。

其中，本发明的粘结强度的提高是得益于几种材料的共同作用：包括可再分散乳胶粉，粉煤灰，云母粉和缓凝剂；其中，缓凝剂增加了凝结时间，改善水化效率；云母粉提高了材料的附着力；粉煤灰的加入改善了材料的强度和孔隙率；乳胶粉本身具有优良的粘接力，其加入也增加了材料的内聚力，虽然乳胶粉的增加可以提高粘结强度，但过高的用量会降低材料的抗压强度等其他指标，材料配比的设计是一个动态的平衡。

而本申请的只有原料磷石膏，是一种工业固废，大量的堆积污染环境，本发明能够对磷石膏进行有效利用，利国利民，也是对国家的“生态文明建设、生态环境保护”各项政策落实的具体表现。

作为优选的技术方案：所述隔热骨料为云母粉。云母粉具有主要矿物含量稳定、耐火度适中、绝缘隔热、理化性质稳定；泥料粘结性好、不膨胀、干燥速度快、可塑性好、抗铁流冲刷性强等优点。

作为优选的技术方案：所述耐火轻质填充材料为漂珠。漂珠是一种能浮于水面的真空的玻璃态空心微珠，具有颗粒细、中空、质轻、高强度、耐磨、耐高温、保温绝缘、绝缘阻燃等多种特性，是广泛应用于耐火行业的原料之一，本申请将其用于磷石膏防火涂料。

作为优选的技术方案：所述增强纤维为硅酸铝纤维。硅酸铝纤维又叫陶瓷纤维是一种新型轻质耐火材料，该材料具有容重轻、耐高温、热稳定性好，热传导率低、热容小、抗机械振动好、受热膨胀小、隔热性能好等优点。

作为优选的技术方案：所述可再分散性乳胶粉为醋酸乙烯/乙烯共聚物。

作为优选的技术方案：所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚。

本发明的防火涂料，使用时的水料比控制在0.66左右，合适的水料比，配合适量的其他配料，在磷石膏掺量较大的情况下，能够兼顾材料的容重和强度，在容重达标的情况下，粘结强度比现有技术提高了近十倍，非常利于材料的持久耐用性。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的钢结构防火涂料，在原料组成上，提高了磷石膏的掺量充分利用磷石膏的同时，保证了防火涂料的容重低于500 kg/m³；在性能上，在涂层厚度为25-30mm的情况下，耐火极限≥4小时，并且与钢结构的粘接强度≥0.5Mpa，显著提高防火性能的同时，耐久性提高；而且，为单组份，粉状、施工可采用机器喷涂，施工简单，效率高。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种非膨胀型磷石膏防火涂料，其原料组成为，按种类份计的：

磷石膏65份，云母粉8份，漂珠10份，硅酸铝纤维2份，醋酸乙烯/乙烯共聚物1份，羟丙基甲基纤维素醚0.1份，蛋白缓凝剂0.1份，粉煤灰1份，pH调节剂1份；

制备方法为：

按照上述重量份称量各原料，然后将所有原料进行混合均匀，得到成品，装袋即得。

施工方法为：

采用喷涂法，即使用压缩空气及喷枪使涂料雾化的施工方法，使用时，用水量：水料比为0.66，下述各实施例和个对比例用水量与本实施例一致。

实施例2

一种非膨胀型磷石膏防火涂料，其原料组成为，按种类份计的：

磷石膏70份，云母粉10份，漂珠15份，硅酸铝纤维3份，醋酸乙烯/乙烯共聚物3份，羟丙基甲基纤维素醚0.3份，石膏缓凝剂0.2份，粉煤灰2份，pH调节剂2份；

其制备方法和施工方法与实施例1相同。

实施例3

一种非膨胀型磷石膏防火涂料，其原料组成为，按种类份计的：

磷石膏68份，云母粉9份，漂珠12.5份，硅酸铝纤维2.6份，醋酸乙烯/乙烯共聚物1.5份，羟丙基甲基纤维素醚0.21份，石膏缓凝剂0.5份，粉煤灰1.5，pH调节剂1.6份；

其制备方法和施工方法与实施例1相同。

对比例1

本对比例与实施例3相比，不加入云母粉，其余与实施例3相同。

对比例2

本对比例与实施例3相比，不加入醋酸乙烯/乙烯共聚物，其余与实施例3相同。

对比例3

本对比例与实施例3相比，醋酸乙烯/乙烯共聚物的加入量为3.5份，其余与实施例3相同。

对比例4

本对比例与实施例3相比，不加入粉煤灰，其余与实施例3相同。

性能测试试验

本实施例的耐火性能、粘结强度测试依据《GB14907-2018》中的规定进行；等效传导热系数测定依据《GB 51249-2017》进行检测；容重测定依据《GB/T28627-2012》进行；

测试结果见表1

表1 各实施例及对比例的性能测试结果

从对比例1的测试结果可以看出，即使不加入隔热骨料，耐火性能也能比现有技术高，即耐火性能的提高，不仅仅是因为加入了隔热骨料。

从对比例2的测试结果可以看出，即使不加入可再分散性乳胶粉（醋酸乙烯/乙烯共聚物），粘结性能也能比现有技术高，即粘结性能的提高，不仅仅是因为加入了可再分散性乳胶粉。

从对比例3可以看出，如果可再分散性乳胶粉（醋酸乙烯/乙烯共聚物）的的增加会提高材料和基层的粘结强度，增加抗折强度，但会降低抗压强度；乳胶粉增加，浆料的内聚力增大，粘度增加，浆料含气量增大孔隙率增加；而且，经济性也变差，乳胶粉每公斤15-20元左右，3%的用量，每吨成品，胶粉成本就达到450—600元。

从对比例4可以看出，粉煤灰对于本申请的防火涂料的粘结性能影响很大，其对于粘结性能的提高起到了很重要的作用，粉煤灰的加入，首先由于其小球的形态，降低了材料间的摩擦力，导致材料需水量的降低；其次，粉煤灰是一种无机材料，其水化产物也是，而且他形成更致密的水化产物层，持久的改善粘结强度（有机物材料会老化）。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非膨胀型磷石膏防火涂料，其特征在于，由下述重量份计的组分组成：

磷石膏65-70份，隔热骨料8-10份，耐火轻质填充材料10-15份，增强纤维2-3份，可再分散性乳胶粉1-3份，保水剂0.1-0.3份，石膏缓凝剂0.1-0.2份，粉煤灰1-2份，pH调节剂1-2份。

2.根据权利要求1所述的非膨胀型磷石膏防火涂料，其特征在于：所述隔热骨料为云母粉。

3.根据权利要求1所述的非膨胀型磷石膏防火涂料，其特征在于：所述耐火轻质填充材料为漂珠。

4.根据权利要求1所述的非膨胀型磷石膏防火涂料，其特征在于：所述增强纤维为硅酸铝纤维。

5.根据权利要求1所述的非膨胀型磷石膏防火涂料，其特征在于：所述可再分散性乳胶粉为醋酸乙烯/乙烯共聚物。

6.根据权利要求1所述的非膨胀型磷石膏防火涂料，其特征在于：所述保水剂为羟丙基甲基纤维素醚。