一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠涂層砂漿及其制備方法。硅氣凝防火涂層砂漿由以下重量配比的原料組成：水泥95?105，砂110?120，硅灰4?9，保溫材料10?20，甲基纖維素醚0.3?0.8，可分散乳膠粉2.0?5.0，抗裂纖維0.2?0.5，高溫抑制劑2.0?5.0，減水劑2.0?5.0。本發明專利技術所述的硅氣凝防火砂漿粘結性能好，與隧道粘結牢靠，方便施工；耐火性強，提高防火系統的安全等級，增加救援時間；抗熱震性好，有效減輕隧道用高強混凝土的高溫剝落；耐水性能突出，能較好地抵抗隧道水的侵蝕，延長使用年限。

【技術實現步驟摘要】
一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿及其制備方法
本專利技術屬于隧道防火材料
，特別是涉及一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，以及該砂漿的制備方法。
技術介紹
隨著國民經濟的飛速增長與土地資源的日益緊張，許多國家都通過加快發展鐵路、公路隧道和城市地鐵交通來緩解地上交通壓力。中國已成為世界上隧道工程建設規模最大、數量最多、發展最快、難度最高的國家。然而，我國對隧道結構的防火保護工作起步較晚，隧道火災事故頻發，呈逐年上升趨勢，不但造成了大量的人員傷亡與財產損失，而且引發了嚴重的政治影響與信任危機。因此，隧道在火災作用下的安全性問題成為社會各階層廣為關注的重大課題。然而，我國對隧道結構的防火保護工作起步較晚，20世紀80年代中期才開始，而限于當時的技術、經濟狀況，僅僅在極少數隧道噴涂了防火涂料，而絕大多數隧道未采取任何防火保護措施。可見，我國隧道混凝土結構的防火保護任務十分艱巨。隧道火災多由汽車撞擊引起，燃燒物為汽油等有機物質，在未采取任何防火措施的隧道中，火災強度高達100Mw以上，是一般建筑火災強度的10倍，在10分鐘左右，火災溫度能夠迅速達到1000℃，最高溫度可達1200℃，屬于典型的烴類火災。而隧道結構由不耐高溫的鋼筋混凝土構成，當火災持續時間在90min以上時，隧道混凝土就會發生高溫剝落，表現為受火初期的爆裂剝落與受火后期的力學性能退化(強度損失)剝落，導致隧道大面積坍塌。尤其是高強混凝土因其優異性能而越來越廣泛應用于隧道結構，由于其低滲透性，導致水化物水解瞬間產生的水蒸汽壓無法滲透釋放，加之高溫產生的熱應力，使得高強混凝土結構更易發生導致早期結構爆裂性的崩塌、引起大量人員傷亡。而且火災溫度越高，混凝土強度等級越高，高溫爆裂剝落發生的幾率和劇烈程度就越大，留給人員逃生的時間就越短。可見，火災作用下的剝落尤其是高強混凝土導致的早期爆裂性坍塌，不僅限制了高強混凝土優勢的發揮，增加了隧道結構在火災作用下失效的概率，而且對于人員的安全逃生造成了極大的威脅。消除或減輕混凝土在火災高溫下的剝落是隧道混凝土結構抗火性能研究的熱點與難點課題，不僅具有極高的學術與工程應用價值，而且具有極大的社會影響效應。在各種消除或減輕隧道混凝土結構火災作用下剝落問題的對策中，對隧道混凝土進行表面處理的涂層技術因效果相對較好，施工方便，適用于新建與在役隧道等多方面的優勢而備受青睞。但現有的涂層技術在應用上仍然存在瓶頸問題：涂層太厚施工困難，太薄又難以承受快速升溫的熱沖擊；粘結強度偏低，車輛在隧道通行時產生的強風和震動極易導致涂層局部脫落；有機涂層如聚氨酯的發泡材料在火災高溫下會釋放出NH3、HCN等有毒氣體，影響人員和撲救者的安全；而無機涂層如多孔陶粒砂漿容易出現硬而脆、產生龜裂脫落等不利情況；耐水性較差，涂層處于隧道的潮濕環境中，會吸水積水，甚至因而脫落。由此研發出絕熱性能卓越、厚度薄且耐熱沖擊、憎水、與混凝土粘結強度較高的涂層材料非常重要。氣凝膠本身具有的超輕質(0.001-0.5g/cm3)、高孔隙率(95-99.8％)、超絕熱性(25℃、1atm條件下，0.005-0.018W/(m·K))，易于功能化(添加相應的高溫紅外輻射抑制劑石墨、TiO2等)使得這種材料在絕熱抗火方面頗具潛力。因此開發隧道高強混凝土結構專用氣凝膠涂層砂漿材料，消除其高溫爆裂剝落或延長安全撤離時間，具有重大的現實研究意義與綜合學術價值。目前尚無氣凝膠砂漿作為高強混凝土抗隧道火災剝落防火涂層的文獻和專利報道。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是針對目前防止混凝土尤其是高強混凝土隧道火災高溫剝落的涂層技術不足，利用硅氣凝膠作為保溫骨料，考慮了級配，通過合理的配比，提供一種制備工藝簡單、防火性能卓越、耐水性能良好、隧道火災高溫下燃燒無毒的隧道高強混凝土抗火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿。為解決上述技術問題，本專利技術所述的一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿由以下組分組成：水泥，砂，硅灰，保溫材料，甲基纖維素醚，可分散乳膠粉，抗裂纖維，高溫抑制劑，減水劑。作為對本專利技術的限定，本專利技術所述的水泥為強度等級42.5及以上的普通硅酸鹽水泥；所述的砂為天然中粗或細河砂；所述的硅灰為滿足中國標準GB/T27690-2011《砂漿和混凝土用硅灰》要求的合格品；所述的保溫材料為最大粒徑小于4.0mm的硅氣凝膠；所述的抗裂纖維為長度小于12mm的聚丙烯纖維；所述的高溫抑制劑為銳鈦礦型或金紅石型二氧化鈦；所述的減水劑為聚羧酸高性能減水劑。為解決上述技術問題，本專利技術所述的一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿制備方法，包括以下步驟：按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內攪拌5～100s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌20～200s，最后加入硅氣凝膠，攪拌20～300s，制備出所述的高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，具體工藝流程見圖1。采用上述的技術方案后，本專利技術相比現有技術具有如下優點：1、本專利技術采用的硅氣凝膠作為防火骨料，是一種新型環保無機輕質絕熱材料，具有絕熱性能良好、容重小、導熱系數低等優點，防火性能良好。2、本專利技術對于硅氣凝膠和砂的粒徑都做了篩分控制，使充當骨料的兩種材料間可以達到一個良好的級配，拌制砂漿有很好的和易性，易于施工操作，同時還會對保溫防火性能起到很好的改善作用。3、本專利技術硅氣凝膠防火涂層砂漿配合比中加入二氧化鈦作為高溫紅外輻射抑制劑，能解決其表面的剝落和開裂問題，使硅氣凝膠防火涂層砂漿與隧道高強混凝土結合緊密，從而提高其抗熱震性。4、本專利技術加入了適量的可分散乳膠粉后，在硅氣凝膠防火涂層砂漿中形成了連續的聚合物薄膜，提高抗裂纖維和水泥砂漿的結合力，增強砂漿的內聚力和團聚性，改善了其物理性能；遇水后不會二次分散，阻止了水份的滲入，新拌的硅氣凝膠防火涂層砂漿的保水性得到提高，從而提高了其耐久性。具體實施方式本專利技術將就以下實施例作進一步說明，但應了解的是，這些實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本專利技術實施的限制。本專利技術提供一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，由以下配比的原料組成：水泥95-105，砂110-120，硅灰4-9，硅氣凝膠10-20，甲基纖維素醚0.3-0.8，可分散乳膠粉2.0-5.0，聚丙烯纖維0.2-0.5，二氧化鈦2.0-5.0，聚羧酸減水劑2.0-5.0。實施例1一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿是由下述重量百分含量的原料制成：水泥95，砂123，硅灰6.6，硅氣凝膠14.6，甲基纖維素醚0.47，可分散乳膠粉2.37，聚丙烯纖維0.28，二氧化鈦2.85，聚羧酸減水劑2.85。按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內攪拌15s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌30s，最后加入硅氣凝膠，攪拌120s至均勻，制備出所述的硅氣凝膠防火涂層砂漿。參照《自密實混凝土應用技術規程》JGJ/T283-2012和《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2011制備出強度等級為C50的高強混凝土，標準養護28d，露天靜置55d后(室溫本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿及其制備方法，其特征在于該防火涂層砂漿原料組成成分：水泥95?105，砂110?120，硅灰4?9，保溫材料10?20，甲基纖維素醚0.3?0.8，可分散乳膠粉2.0?5.0，抗裂纖維0.2?0.5，高溫抑制劑2.0?5.0，減水劑2.0?5.0。

【技術特征摘要】
1.一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿及其制備方法，其特征在于該防火涂層砂漿原料組成成分：水泥95-105，砂110-120，硅灰4-9，保溫材料10-20，甲基纖維素醚0.3-0.8，可分散乳膠粉2.0-5.0，抗裂纖維0.2-0.5，高溫抑制劑2.0-5.0，減水劑2.0-5.0。2.根據權利要求1所述的一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，其特征在于所述的水泥為強度等級42.5及以上的普通硅酸鹽水泥。3.根據權利要求1所述的一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，其特征在于所述的砂為天然中粗或細河砂。4.根據權利要求1所述的一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，其特征在于所述的保溫材料為硅氣凝膠。5.根據權利要求1所述的一種高強混凝土抗隧道火災剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，其特征在于所述的硅灰為滿足中國標準GB/T27690-2011《砂漿和混凝土用硅灰》要求的合格品。6.根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱平華，封金財，孫遠乾，李濤，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32