耐火混凝土复合陶瓷纤维毯及其制备方法和应用与流程

本发明属于耐火材料，具体涉及一种耐火混凝土复合陶瓷纤维毯及其制备方法和应用。

背景技术：

1、高温工业窑炉及设备在使用过程中，为了提高热效率，减少热量散失，往往需要使用大量的隔热耐火材料。陶瓷纤维有一般纤维的柔软、韧性好的特点，可以加工成各种带、线、绳、毯、毡等制品；又具有重量轻、热导率小、热容小、耐高温、耐腐蚀、抗热震性能好、以及施工方便的特点，常作为隔热材料用于高温炉窑和热工设备中，其中陶瓷纤维毯使用较多。陶瓷纤维毯常以卷材或折叠块的形式用于高温炉窑和热工设备，这两种形态适合大面积铺贴，整体性好，对施工面适应性强，既可以包裹管道外壁、铺填沟道管道内壁，又能够平铺大面积墙面，且运输方便、施工简单快捷；但陶瓷纤维毯纤维骨架空隙大，高温收缩大，且没有硬质的表面，其耐磨性、抗压强度和抗拉强度均较低，影响其使用寿命。

2、隔热不定形耐火材料也是使用较多的一种隔热材料，其整体性好、抗热震性好，相比耐火纤维强度大、高温收缩小，但在施工时需要支模、现场搅拌、浇筑、养护、拆模等复杂流程，且其粉尘多，不够环保。

3、目前耐火材料领域尚无同时具备陶瓷纤维毯和隔热不定形耐火材料两者优点的材料，而在建筑材料领域开发了水泥毯作为施工材料，水泥毯通常拥有由顶层、底层和连接层组成的网状结构，底层和顶层之间的空腔内填充有水泥基干粉，在水泥毯遇水发生固化后会形成类混凝土结构。然而，在铺设水泥毯后对其进行施水时，由于施工工人的施水技术参差不一，可能会造成水泥毯在横向或纵向上的导水能力不理想，进而导致水泥毯在不同位置处发生水化反应的时间及水化程度不同，存在部分区域固化而其余部分区域仍呈干燥的粉渣状态，造成硬化后的水泥毯应力分布不均匀，影响水泥毯的性能和使用寿命。

4、专利202210196576.4公开了一种典型的水泥毯及其制作方法，该水泥毯自上而下分为三层，由两层有机纤维织物夹一层水泥固化层构成，通过纵向纤维束固定上下两层织物，并起到导水作用。该专利提供了将水导入水泥毯内部促进水泥水化的相关技术，但该水泥毯并不适用于耐火材料领域。该专利产品若应用于耐火材料领域会存在如下缺陷：(1)该专利本质是水泥毯，硬化后为类混凝土结构，所用材料不耐高温，即使经过耐火材料领域相关材料和技术替换，也不能起到陶瓷纤维保温隔热作用；(2)水泥毯纵向导水采用纤维束，横向导水仍凭借表面的纤维织物，当水泥毯厚度过大时远离纵向纤维束和表层的地方，仍然会存在导水不均，而耐火材料必须要有足够的厚度，才能保证安全使用；(3)耐火材料施工中，隔热纤维若吸水后，会导致其隔热性能和使用寿命大幅下降，本专利无相关解决措施。

5、专利202120397655.2公开了一种速干型水泥毯，主要用于河沟道的施工，提供了防水层和固定安装技术，但没有提供更好的导水技术；且其防水层为2mm厚pvc材料，当该产品应用于耐火材料领域时，在高温环境下会导致pvc材料高温消解导致主材脱落；且该技术本质仍是类混凝土结构，经过耐火材料和技术替换，也无法起到纤维材料保温隔热效果。

6、专利201711274906.2公开了一种三波叠合式多功能水泥毯，解决了纤维无法搅拌均匀问题，通过外部封装纤维布采用小孔径网状纤维织物，并采用波浪式增强纤维布进行分隔，空洞较大且规律分布，使不同纤维对水硬性水泥干混砂浆形成无数个箍，形成了空间的增韧格构体系，使水泥毯的受力性能显著提升。该技术本质仍是类混凝土结构，经过耐火材料和技术替换应用于耐火材料领域时，也无法起到纤维材料保温隔热效果，且高温下容易从层状结构处剥离脱落。

7、因此，研发一种兼具陶瓷纤维毯和隔热不定形耐火材料优点，具有整体性强、热震性好、耐火性能好、保温隔热、力学强度大、高温收缩小、使用寿命长、存储与运输方便、施工便捷环保等优点的新型耐火陶瓷纤维毯具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种耐火混凝土复合陶瓷纤维毯及其制备方法和应用，本发明提供的耐火混凝土复合陶瓷纤维毯整体性强、热震性好、耐火性能好、保温隔热、力学强度大、高温收缩小、使用寿命长、存储与运输方便、施工便捷环保。

2、本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

3、一种耐火混凝土复合陶瓷纤维毯，所述耐火混凝土复合陶瓷纤维毯由下到上依次包括陶瓷纤维层、隔水层、耐火混凝土层和面层，所述耐火混凝土复合陶瓷纤维毯还包括纵向连接所述陶瓷纤维层和所述面层的陶瓷纤维束，所述陶瓷纤维束贯穿隔水层和耐火混凝土层；所述陶瓷纤维层为耐火陶瓷纤维针刺毯；所述隔水层为喷涂在所述陶瓷纤维层上表面的憎水涂层；所述耐火混凝土层为陶瓷纤维和耐火混凝土的拌合料；所述陶瓷纤维束直径为20-100um，长度为20-80mm，分布密度为10-100束/dm2；所述面层为透水纤维布。

4、上述方案中，所述耐火陶瓷纤维针刺毯为硅酸铝质针刺纤维毯、硅酸铝锆质针刺纤维毯、硅酸铝铬质针刺纤维毯中的一种；耐火陶瓷纤维针刺毯上表面纤维拉毛处理；耐火陶瓷纤维针刺毯厚度为20-150mm。

5、上述方案中，所述隔水层中憎水涂层的材料为水性聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚异丁烯中的一种，隔水层的厚度不超过5mm。

6、上述方案中，所述陶瓷纤维束所用纤维为硅酸铝纤维、硅酸铝锆纤维、硅酸铝铬纤维或石英玻璃纤维中的一种。

7、上述方案中，所述耐火混凝土层中，陶瓷纤维和耐火混凝土的拌合料中陶瓷纤维质量含量不超过2％，耐火混凝土质量含量不低于98％；耐火混凝土层的厚度为10-50mm。耐火混凝土层中的陶瓷纤维主要起到增强增韧及将水导入混凝土深层，促进水泥硬化的作用。

8、上述方案中，所述耐火混凝土层中耐火混凝土为高铝浇注料或粘土浇注料，耐火混凝土的粒度不大于3mm；所述高铝浇注料或粘土浇注料中的水泥为铝酸盐水泥，加入量为5wt％-50wt％。

9、上述方案中，所述耐火混凝土层中陶瓷纤维所用纤维为硅酸铝纤维、硅酸铝锆纤维、硅酸铝铬纤维或石英玻璃纤维中的一种，陶瓷纤维的直径为3-30μm，长度为10-50mm。

10、上述方案中，所述面层的厚度为0.1-1mm。面层为透水纤维布，选自阻燃土工布和普通纤维布中的一种。面层根据使用条件选择合适的材质；当耐火混凝土复合陶瓷纤维毯用于管道外壁时，面层可使用阻燃土工布；当耐火混凝土复合陶瓷纤维毯用于高温设备工作层内壁时，面层可使用普通纤维布。面层主要用于包裹耐火混凝土层，并便于施工时水能顺利透过进入陶瓷纤维和耐火混凝土的拌合料内部，使水泥硬化；同时面层还能吸附一定的水，保持耐火混凝土层表面潮湿利于养护。

11、本发明还要求保护上述耐火混凝土复合陶瓷纤维毯的制备方法，包括如下步骤：将耐火陶瓷纤维针刺毯铺设在最低端作为陶瓷纤维层，耐火陶瓷纤维针刺毯表面拉毛处理后在其上表面喷涂憎水涂层材料2-3次形成隔水层，相邻两次喷涂的时间间隔为2-5h，待前次喷涂的憎水涂层干透后，再进行下一次喷涂；在隔水层上填充混合均匀的陶瓷纤维和耐火混凝土的拌合料形成耐火混凝土层；在耐火混凝土层上铺设透水纤维布形成面层；将陶瓷纤维束两端分别织入面层和陶瓷纤维层中并纵向贯穿隔水层和耐火混凝土层，即得耐火混凝土复合陶瓷纤维毯。

12、上述耐火混凝土复合陶瓷纤维毯在耐火材料领域的应用，具体为：施工时，将陶瓷纤维层通过纤维粘结剂或锚固件固定在施工面上铺展开；向面层雾状施水两到三次，每次施水至隔水层上表面渗出泥浆时停止，相邻两次施水的时间间隔为10-30min，自然养护2-3天后烘烤投入使用。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

14、(1)本发明提供的耐火混凝土复合陶瓷纤维毯施工时为陶瓷纤维毯，使用时施水使水泥硬化转化为硬质整体保护层，既保持了陶瓷纤维毯整体性强、抗热震性好、保温隔热性能好的优点，也保持了耐火混凝土力学强度大、高温收缩小的优点，同时其存储与运输方便、施工便捷环保，克服了耐火混凝土运输易偏析、搅拌粉尘大、施工需要支模拆模的缺点，为耐火陶瓷纤维提供的硬质整体保护层也大幅提高了陶瓷纤维毯的使用寿命，扩大了使用范围。

15、(2)本发明提供的耐火混凝土复合陶瓷纤维毯，其面层和陶瓷纤维层之间有纵向的陶瓷纤维束连接，既能起到增强增韧的作用，又能在施水时起到引导水的作用，将水引入耐火混凝土层内部，促进水泥均匀水化；当耐火混凝土复合陶瓷纤维毯作为高温设备工作层内壁时，在高温下陶瓷纤维束与耐火混凝土烧结，能再次起到增强增韧作用。

16、(3)本发明提供的耐火混凝土复合陶瓷纤维毯，通过在陶瓷纤维层和耐火混凝土层之间设置隔水层，避免了给耐火混凝土施水时，水渗漏到陶瓷纤维层，影响陶瓷纤维层的隔热效果。

17、(4)本发明提供的耐火混凝土复合陶瓷纤维毯，其耐火混凝土层遇水硬化后，会在陶瓷纤维毯表面形成保护层，克服了陶瓷纤维强度低，高温收缩大的缺点，同时延长了陶瓷纤维毯的使用寿命。

18、(5)本发明提供的耐火混凝土复合陶瓷纤维毯作为管道或炉体外壁隔热材料使用时，面层使用阻燃土工布，能够耐火混凝土层起到增强作用；当耐火混凝土复合陶瓷纤维毯作为高温设备工作层内壁使用时，面层可采用普通纤维布，高温下能够焚烧消解，节省成本。