一种水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料及其制备方法与流程

本发明涉及一种钢结构薄型无机防火涂料及其制备方法，具体说是一种水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料及其制备方法。属于钢结构防火材料领域。

技术背景

相对于混凝土，钢结构在材料性能、环境保护上具有明显的优势，被广泛应用于大跨度结构、超高层建筑、普通住宅及办公楼等，正逐步成为建筑的主流材料。然而钢结构的防火性能差，很大程度上制约了其发展。

在火灾高温作用下，钢结构的力学性能如屈服强度、弹性模量、荷载能力都会随温度的升高而降低。结构温度达到300~400℃时，其强度就会下降，温度达到600℃时，钢结构基本丧失全部强度刚度。而一般火场温度可达到800~1000℃，在这样高的温度下，裸露的钢结构会快速出现塑性变形，产生局部破坏，造成钢结构整体在15min左右就会丧失承重能力而垮塌。

对钢结构的防护措施很多，在实际工程中应用最广泛且经济有效的方法是防火涂料。防火涂料可对钢结构起到有效的防火保护作用，可延缓钢结构在火灾中的升温，延长其到达临界温度的时间，可以为消防人员灭火和人们逃生争取时间，具有重要的现实意义。

当前防火涂料多为有机膨胀型防火涂料，但其中的有机组份长期暴露于空气中，会产生分解、降解、老化等问题，无机防火涂料则不存在这些问题，但其多为非膨胀厚型防火涂料，无机超薄型或薄型防火涂料非常少。中国发明专利公开了《一种新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料的制备方法》 (专利号201510053495.9)，该专利使用液体硅酸钠作为常温粘结剂，运用低熔点玻璃粉高温固化剂，运用膨胀石墨作为高温膨胀材料。该涂料只考虑了在高温作用下膨胀石墨的膨胀和低熔点玻璃粉固化作用，未考虑在常温下液体硅酸钠粘结性能较差，涂料强度较低；该涂料涂刷在钢材表面，涂层的抗开裂能力和抗弯能力较差，使得涂层易从钢结构表面剥落；该防火涂料使用低温膨胀石墨作为膨胀材料，低温膨胀石墨市场价格较高，使得该涂料的制作成本较高。

技术实现要素：

本发明所要解决的是针对现有技术钢结构无机防火涂料存在的缺陷，结合地聚合物粘结性能强、强度高的优点，利用水煤浆气化废渣在600℃以上温度能够迅速发泡膨胀的性质，提出了一种水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料，同时公开了其制备方法。

本发明为实现发明目的所提供的水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料，各组分的质量百分比：

矿渣微粉15-25%，水煤浆气化废渣30-50%，低温相变材料15-25%，液态水玻璃20-30%。

所述的矿渣微粉为经磁选除铁处理后的粒化高炉矿渣微粉，其比表面积≥600 m²/kg，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90%以上。

所述水煤浆气化废渣，其粒径小于2.36mm的颗粒占总质量的90%以上。

所述低温相变材料为200-300℃软化、300-500℃液化的低熔点玻璃粉。

所述的水玻璃，其模数为1至3,固含量为35%-50%。

本发明在上述组分配比的基础上，提出了水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料浆液，由水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料和水组成，其中：

水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料与水的质量百分比为：（85%-95%）：（5%-15%）。

本发明水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料浆液的制备方法如下：

按水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料配方称量各原料并将原料加入搅拌机中，再按照水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料与水的质量百分比（85%-95%）：（5%-15%）的配比加入水，在300-500r/min搅拌条件下，搅拌1-3分钟，得混合料。然后将该混合料在1000-1500r/min搅拌条件下搅拌10-30分钟，即制得水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料浆液。

防火功能的实现过程：

将本发明水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料浆液粉刷在钢结构表面，水分蒸发干燥后，水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料形成防火涂层。

防火涂料以矿渣为基本粉料，水玻璃为激发剂制备的地聚合物作为无机粘结剂，该地聚合物具有粘结性能强、耐久性高的优点；地聚合物作为粘结剂的粘结承载力则基本不受温度变化的影响。

在火灾初期，在200-500℃下低温相变材料的低熔性能受到高温灼烧时，熔融液化包裹水煤浆气化废渣颗粒；当火焰继续升温达到600～700℃时，水煤浆气化废渣颗粒表面软化，颗粒内部自由水和结合水蒸发气化，使得水煤浆气化废渣颗粒迅速膨胀，水煤浆颗粒熔融的表面和熔融液化的低温相变材料同时包住膨胀产生的气体，形成导热系数极低的球形闭孔膨胀材料；在高温作用下，掺有低温相变材料的地聚合物陶瓷化，陶瓷化的地聚合物使球形闭孔膨胀材料连接成整体，形成隔热性能极好的膨胀层，起到隔绝火源的作用。同时该膨胀的水煤浆气化废渣为无机材料，阻热性能好，能够有效减缓钢结构升温速度，增加钢结构的耐火极限。

本发明的有益效果在于：

（1）耐火极限长，超过3小时。

（2）防火涂层为地聚合物，粘结性能强，抗弯和抗开裂能力强，不易脱落，甚至能抵挡一定的敲击。

（3）各原材料来源广泛，价格低廉，其中的主要原料水煤浆气化废渣为工业废渣，存在露天堆积侵占土地，对环境造成严重污染的问题。该发明的提出，不仅解决了上述问题，同时提高了资源的利用率，变废为宝优化了环境。

（4）与有机涂料相比，该涂料为无机涂料，耐久、耐腐蚀性能更好，耐火温度更高；

（5）与无机非膨胀型防火涂料相比，该涂料为薄型无机涂料，厚度在3-7mm之间，涂刷工艺简单，一次涂刷即可，装饰性能好。

（6）涂料在火灾过程中不产生有害气体。

（7）涂料原料完全为无机材料，均不燃烧，无异味，对涂刷人员完全无害。

附图说明

图1为本发明水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料形成的防火涂层示意图。其中：1-是水煤浆气化废渣，2-是矿渣微粉、低熔点玻璃粉和水玻璃混合物。

图2为本发明水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料形成的防火涂层经过火灾而膨胀的结构示意图。其中：3-膨胀气体，4-是水煤浆气化废渣熔融表面，5-是熔融液化低熔点玻璃粉，6-是陶瓷化地聚合物。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步详细说明。

实施例1

水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料：

各组分的质量百分比：矿渣微粉25%，水煤浆气化废渣30%，低熔点玻璃粉20%，液态水玻璃25%。

其中，矿渣微粉为符合GB/T 18046-2008标准规定的粒化高炉矿渣微粉，是粒化高炉矿渣经磁选除铁处理后，通过粉磨使其比表面积≥600 m²/kg，其中粒径小于30μm的超细粒化高炉矿渣微粉占总质量的90%以上。水煤浆气化废渣采用水煤浆气化工艺的产生副产物水煤浆气化废渣，过筛孔直径为2.36mm的标准筛，使其粒径小于2.36mm的颗粒占总质量的90%以上。所述低温相变材料为200-300℃软化、300-500℃液化的低熔点玻璃粉。所述的水玻璃为符合GB/T 4209-2008标准规定的液态水玻璃，其模数为1至3,固含量为35%-50%。

该水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料浆液的制备工艺如下：

按上述配方称量各原料并将原料加入搅拌机中。再按照水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料与水的质量百分比85%：15%的配比加入水。

在300-500r/min搅拌条件下，搅拌1-3分钟，得混合料浆体。

然后将该浆体在1000-1500r/min搅拌条件下搅拌30分钟，即制得该防火涂料。

经测试，此配方获得6mm产品涂层的阻燃时间超过3小时；阻燃中，涂层膨胀8倍左右，膨胀层致密，膨胀层未开裂、脱落，膨胀层强度达到1.2MPa。

实施例2 与实施例1基本相同。

涂料以质量百分比计：矿渣微粉15%，水煤浆气化废渣50%，低熔点玻璃粉15%，液态水玻璃20%。按照水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料与水的质量百分比95%：5%的配比加入水。经测试，此配方获得6mm产品涂层的阻燃时间超过3小时，阻燃中，涂层膨胀16倍左右，膨胀层致密，膨胀层未开裂、脱落，膨胀层强度达到0.2MPa。

实施例3 与实施例1基本相同。

涂料以质量百分比计：矿渣微粉20%，水煤浆气化废渣40%，低温相变材料20%，液态水玻璃20%。按照水煤浆气化废渣薄型钢结构防火涂料与水的质量百分比90%：10%的配比加入水。经测试，此配方获得6mm产品涂层的阻燃时间超过3小时，阻燃中，涂层膨胀12倍左右，膨胀层未开裂、脱落，膨胀层强度达到0.8MPa。