一种石膏基钢结构防火保护材料

摘要

本发明提供一种石膏基钢结构防火保护材料，防火保护材料由以下组分按质量百分比混合而成：84％‑95％的脱硫石膏、3％‑15.5％的轻质绝热材料、0.1％‑0.5％的保水剂、0.1％‑1％的可再分散乳胶粉、0.1％‑0.5％的缓凝剂和0.01％‑0.1％的引气剂；所述轻质绝热材料为玻化微珠、闭孔膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、海泡石或片状云母。本发明石膏基钢结构防火保护材料的防火隔热性能优良，通过废物利用实现社会和经济双重效益。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种石膏基钢结构防火保护材料。

背景技术

随着我国经济的不断发展，钢结构因其强度高、自重轻、制造简便、施工周期短、建筑工业化程度高等特点而得到日益广泛的应用。钢结构虽然自身不燃，但在高温下会迅速失去强度而变形。常用建筑钢材的临界温度一般为540℃，在火灾中，未采取保护措施的钢结构在几分钟内即会达到临界温度，致使承载能力急剧下降，造成建筑物部分或全部垮塌毁坏，因此钢结构建筑物必须采取相应的防火措施。对于耐火等级为一级的高层住宅建筑，根据建筑设计防火规范(GB50016-2014)的要求，承重墙和柱的耐火极限不能低于3小时，梁的耐火极限不能低于2小时。目前国内的薄型、超薄型钢结构防火涂料耐火性能较差，不能满足承重墙和柱3小时的耐火极限要求；而现常用的厚型钢结构防火涂料存在易空鼓、开裂、脱落等缺点，抗压强度通常仅为1MPa～1.5MPa，且成型后表面疏松粗糙，需要包覆装饰板或外罩装饰性涂料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种石膏基钢结构防火保护材料。该防火材料是由脱硫石膏、轻质绝热材料及外加剂等复合而成，可用于各类钢结构建筑的防火保护。经过理化性能检测和构件耐火极限检测，产品各项理化性能指标和防火性能可达到或超过钢结构防火涂料标准(GB14907-2002)的要求。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石膏基钢结构防火保护材料，其特征在于所述石膏基钢结构防火保护材料由以下组分按质量百分比混合而成：84％-95％的脱硫石膏、3％-15.5％的轻质绝热材料、0.1％-0.5％的保水剂、0.1％-1％的可再分散乳胶粉、0.1％-0.5％的缓凝剂和0.01％-0.1％的引气剂；所述轻质绝热材料为玻化微珠、闭孔膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、海泡石或片状云母中的一种或两种。

进一步，本发明所述的石膏基钢结构防火保护材料优选由以下组分按质量百分比混合而成：90％-95％的脱硫石膏、4％-9％的轻质绝热材料及0.1％-0.5％的保水剂、0.1％-0.3％的可再分散乳胶粉、0.3％-0.5％的缓凝剂、0.01％-0.05％的引气剂。

本发明所述脱硫石膏为采用电厂湿法脱硫后排出的废渣，经160-180℃煅烧陈化所得的工业副产物，主要成分为CaSO₄·1/2H₂O。

进一步，本发明所述玻化微珠是由玻璃质火山熔岩矿砂经膨胀、玻化等工艺制成，表面玻化封闭、呈不规则球状，内部为多孔空腔结构的无机颗粒材料，极高的玻化率使得水分难以进入玻化微珠颗粒内部，保证了优良的保温隔热性能，且玻化后平整光滑的表面使玻化微珠具有良好的分散性和和易性，能满足不同施工工艺的要求。玻化微珠理化性能稳定，具有质轻、保温、绝热、防火、耐高温、抗老化、吸水率小等优异特性。

本发明所采用的玻化微珠的表面玻化闭孔率90％以上，体积吸水率25％以下，堆积密度80-120kg/m³。

进一步，本发明闭孔膨胀珍珠岩是采用电炉加热的方式，通过对珍珠岩矿砂的梯度加热和对滞空时间的精确控制，使产品表面熔融、气孔封闭，内部保持蜂窝状结构不变，外形呈不规则颗粒状。闭孔膨胀珍珠岩不但具有传统膨胀珍珠岩质量轻、防火、绿色环保等优点，还克服了传统膨胀珍珠岩吸水率大、强度低、流动性差的缺点。

本发明所采用的闭孔膨胀珍珠岩的堆积密度120-150kg/m³，体积吸水率50％以下，导热系数小于0.05W/(m·K)。

进一步，本发明所述膨胀蛭石是以蛭石为原料、经烘干、破碎、焙烧，在短期时间内体积急剧增大、膨胀6～20倍而成的一种金黄色颗粒状物料，具有容重轻、导热系数小、防火防腐、化学性质稳定、无毒无味等特点。

本发明所采用的膨胀蛭石的密度≤100kg/m³，导热系数小于0.062W/(m·K)，含水率≤3％。

进一步，本发明所述海泡石是纤维形态的水合矿物粘土，其簇状纤维结构中含有大量的纳米级孔道，因此具有良好的隔热效果。海泡石具有收缩率低，比表面积大，吸附性强的特点，且有极高的热稳定性，可耐1500～1700℃高温。

本发明所采用的海泡石的纤维长度为3-8mm，直径为12-18μm。

进一步，本发明所述片状云母是一种价格低廉的层状结构硅酸盐粘土，具有优良的电绝缘性、耐热性、耐水性、耐化学性、弹性和高剥离性，与水性防火涂料具有良好的相容性，可以提高防火涂料的粘结强度和耐火性能。

本发明所采用的片状云母的厚度为0.5-10μm，片径小于0.2mm。

进一步，本发明所述外加剂为保水剂、可再分散乳胶粉、缓凝剂和引气剂的混合。

本发明所述保水剂采用粘度范围为1.5万-6万的羟乙基甲基纤维素醚或羟丙基甲基纤维素醚。纤维素醚是一种三维网状结构的高分子聚合物，在交联的网状结构上有许多羧基、羟基、酞胺基和醚基等亲水性基团，当它与水接触时，这些基团便会与水分子结合成氢键，并通过这种方式吸持大量的水分。采用保水剂可以保证在较低水膏比时拌合用水不被基层墙面吸收或蒸发，以利于石膏基材料的充分水化，从而保证粘结强度。

本发明所述可再分散乳胶粉包括乙烯/醋酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物、丙烯酸共聚物中一种或两种。在石膏基防火保护材料中掺入可再分散乳胶粉可以明显改善其粘结强度，对无机和有机材料都具有较好的粘结性。

本发明所述缓凝剂为柠檬酸钠、三聚磷酸钠或六偏磷酸钠中的一种或两种。半水石膏的凝结时间很短，一般只有几分钟到十几分钟，因此在石膏基防火保护材料中必须加入缓凝剂，使其能满足正常施工的要求。

本发明所述引气剂为烷基苯磺酸钠和烷基芳基磺酸钠中的一种或两种。引入一定量微小气泡可起到滚珠作用，减少阻力，方便施工。同时，引气剂的加入也增加了石膏基防火保护材料的产浆量，减少单位面积的使用量。

本发明的石膏基钢结构防火保护材料在施工时，具体步骤如下：

1、基层处理：施工前先将构件表面彻底除锈，涂刷两道防锈漆，已涂刷防锈漆的构件应将表面除尘、除油污等(要求防锈漆实干、漆膜无损坏，确保漆膜的完整性)，保持基材表面的清洁。

2、防火保护材料施工

施工可分为钢管混凝土束组合构件、钢管混凝土柱、钢柱等竖向构件和钢梁两种情况：

1)钢管混凝土束组合构件、钢管混凝土柱、钢柱防火保护涂料施工：(1)待防锈漆实干并表面清洁完毕后，在构件表面测量放线，然后挂设同等面积孔径30mm、丝径1.0mm的热镀锌钢丝网。挂网步骤为:a.利用射钉枪在构件表面均布Φ4mm，长度35或40mm的镀锌射钉，要求钉子间距≤600mm，钉头全部进入钢管壁内，钢管壁外钉子长度应保持在20-30mm之间；b.用热镀锌绑扎钢丝把钢丝网绑扎在镀锌钢钉头上；c.用钢筋棍将金属网翘起部分压平，使网与构件表面保持10～35mm左右的距离。(2)将防火保护涂料倒入搅拌机中按1：0.63-0.65的水灰比，缓慢加水搅拌均匀后，对钢管混凝土束组合构件或钢管混凝土柱进行喷涂。喷涂时，喷嘴距离构件表面宜为(100-200)mm，且保持喷嘴与构件表面垂直；喷涂顺序从左到右、从上到下均匀喷涂，一次喷涂成型。喷涂一定面积后，用刮尺对喷涂面初步找平。有漏浆部位及时补浆喷涂，再用刮尺对喷涂面找平，待初凝后，终凝前提浆、收光。

2)钢梁的防火保护材料施工：(1)待防锈漆实干并表面清洁完毕后，对钢梁表面进行测量放线，并在钢梁下翼缘悬挂孔径30mm、丝径1.0mm的热镀锌钢丝网。挂网步骤为:剪裁钢丝网并折成C形倒悬挂在钢梁下翼缘上；保证钢丝网折成C形后与钢梁同宽，且每边伸进下翼缘的深度≥50mm，并保持钢丝网面悬在钢梁下翼缘下10～20mm处。(2)将防火保护涂料倒入搅拌机中按1：0.63-0.65的水灰比，缓慢加水搅拌均匀后，对钢梁表面进行喷涂。喷涂时，喷嘴距离钢梁表面宜为(100-200)mm，且保持喷嘴与表面垂直；喷涂顺序应先从钢梁一侧腹腔内喷涂填实，达到设计尺寸后，再喷涂钢梁另一侧腹腔，同时对第一侧的钢梁腹腔面用刮尺进行初步找平；待钢梁第二侧腹腔喷涂填实，达到设计尺寸后，对梁底进行喷涂，同时对第二侧的钢梁腹腔面用刮尺进行初步找平；最后对梁底面用刮尺进行初步找平。初步找平完成后，观察钢梁腹腔两侧及梁底，有漏浆部位及时补浆喷涂，再用刮尺对喷涂面找平，待初凝后，终凝前提浆、收光。

有益效果：本发明与现有的厚型、薄型及超薄型钢结构防火涂料相比，具有以下优点：

1)本发明采用石膏基喷涂浆料进行钢结构防火保护，浆料的主要成分石膏来源于工业固废脱硫石膏，具有价格低廉、来源广泛、利废环保等社会和经济双重效益。

2)防火保护施工完成后，构件防火保护层的主要成分为半水石膏水化后得到的二水石膏(CaSO₄·2H₂O)。二水石膏的分子结构中带有两个水分子，当构件受火时，二水石膏能够吸收热量同时释放出结晶水，结晶水蒸发又带走了大量的热量，从而能够有效的延缓构件升温速度。通过钢板受火试验表明，当钢板温度达到100度之后，由于二水石膏中结晶水的蒸发，钢板升温可延迟30分钟(防火保护层厚度35mm)，说明石膏基防火保护材料具有优异的防火隔热功能。

3)通过在材料中加入轻质绝热材料和引气剂，降低了材料的干密度和导热系数，进一步增强了材料的防火隔热性能；加入粘结剂，保证了材料的粘结力，避免了涂层脱落的问题；石膏材料硬化时具有微膨胀特性，硬化后收缩率小，因此具有附着力强、不空鼓、不开裂的优点。

4)石膏基喷涂浆料采用机械化施工，施工速度快，劳动强度低，节约人工成本。

5)石膏除了保温效果好外，还能调节室内湿度，被称为会呼吸的材料，能改善室内居住环境。

6)石膏基喷涂浆料硬度较高，装修效果好，不需要像传统防火涂料一样再进行包裹保护和表面装饰处理，并具有一定的吊挂能力。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

一种石膏基钢结构防火保护材料，由以下重量比的组分组成：山西晋能电力集团有限公司提供的脱硫石膏84％，上海强威保温材料有限公司提供的堆积密度120-150kg/m³，体积吸水率50％以下，导热系数小于0.05W/(m·K)的闭孔膨胀珍珠岩5％，石家庄辰兴实业有限公司提供的密度≤100kg/m³，导热系数小于0.062W/(m·K)，含水率≤3％的膨胀蛭石10.5％，日本信越提供的粘度为30000mPa·s的保水剂羟乙基甲基纤维素醚(型号为EGC168)0.1％；日本合成化学提供的可再分散乳胶粉醋酸乙烯/叔碳酸乙烯共聚物(型号为DM200)0.2％；缓凝剂六偏磷酸钠0.1％；引气剂烷基苯磺酸钠0.1％。

实施例2

一种石膏基钢结构防火保护材料，由以下重量比的组分组成：山西晋能电力集团有限公司提供的脱硫石膏95％，河北宏利海泡石绒有限公司提供的纤维长度为3-8mm，直径为12-18μm的海泡石2％，灵寿县天泽矿产品加工厂提供的厚度为0.5-10μm，片径小于0.2mm的片状云母1％，陶氏化学提供的粘度为15000mPa·s的保水剂羟乙基甲基纤维素醚(型号为XCS47107)0.5％；瓦克化学提供的可再分散乳胶粉乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(型号为5010N)1％；缓凝剂三聚磷酸钠0.4％；引气剂烷基苯磺酸钠0.1％。

实施例3

一种石膏基钢结构防火保护材料，由以下重量比的组分组成：山西晋能电力集团有限公司提供的脱硫石膏95％，信阳市中森珍珠岩应用有限公司提供的表面玻化闭孔率90％以上，体积吸水率25％以下，堆积密度80-120kg/m³的玻化微珠4％，赫克力士天普提供的粘度为60000mPa·s的保水剂羟乙基甲基纤维素醚0.39％(型号为BX165M)；日本合成化学提供的可再分散乳胶粉丙烯酸共聚物(型号为LDM7000P)0.1％；缓凝剂柠檬酸钠0.5％；引气剂烷基芳基磺酸钠0.01％。

实施例4

一种石膏基钢结构防火保护材料，由以下重量比的组分组成：山西晋能电力集团有限公司提供的脱硫石膏90％，信阳市中森珍珠岩应用有限公司提供的表面玻化闭孔率90％以上，体积吸水率25％以下，堆积密度80-120kg/m³的玻化微珠9％，赫克力士天普提供的粘度为40000mPa·s的保水剂羟丙基甲基纤维素醚(型号为ME6019)0.35％；日本合成化学提供的可再分散乳胶粉丙烯酸共聚物(型号为LDM7000P)0.3％；缓凝剂柠檬酸钠0.3％；引气剂烷基芳基磺酸钠0.05％。

由表1所示的样品测试结果可知，本发明的石膏基钢结构防火保护材料施工性能良好，干燥时间适宜，利于满足施工要求。各项技术性能指标达到并超过GB 14907-2002的要求，主要突出性能表现在粘结强度、抗压强度、耐火极限指标上。另外还对防火保护层厚度为35mm的钢管束组合剪力墙构件进行了耐火极限试验，构件荷载比为0.65，耐火极限达到3.5小时，超过了承重墙和柱3小时的耐火极限要求。

表1性能对比试验