研发了碱矿渣隧道防火涂料.docx

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1、创新点(一)、研发了碱矿渣隧道防火涂料。随着隧道建设的蓬勃发展，隧道火灾问题也日益凸显。隧道在发生火灾时温度高达IOOO0C,钢筋混凝土结构在这种高温环境下会失去其基本性能，从而造成巨大的生命财产损失，隧道防火涂料因此得到研发。目前国内外隧道防火涂料使用的粘结剂一般是普通硅酸盐水泥或者高铝水泥，本课题组创新性的用碱矿渣水泥代替以往的粘结剂，发明了一种碱矿渣隧道防火涂料，碱矿渣隧道防火涂料与以往的隧道防火涂料相比具有良好的耐火性能、良好的耐冻融循环性能和良好的抗渗性能。经过查新发现，国内外均无同类产品，其技术具有明显的创新性。碱矿渣隧道防火涂料主要由粘结材料、隔热耐火材料和阻燃剂三部分组成。本课

2、题组使用碱矿渣水泥作为粘结材料制备的碱矿渣隧道防火涂料与传统的隧道防火涂料相比，有以下优点：(1)技术方面。碱激发水泥具有良好的耐火性能，高温条件下，普通硅酸盐水泥由于水化产生的钙矶石和氢氧化钙晶体分别在110和40(500C时发生分解，过大的水汽压力会造成水泥石性能的劣化，而碱矿渣水泥水化产物不存在氢氧化钙和钙矶石晶体，因而不会发生类似于普通硅酸盐水泥石由于钙矶石以及氢氧化钙晶体分解造成的劣化现象。采用普通硅酸盐水泥制备的混凝土在温度达到300时就开始发生爆裂破坏。而碱矿渣水泥混凝土在温度达到IOO(TC时还能够表现出良好的稳定性；碱矿渣水泥具有良好的抗冻融循环性能，碱矿渣水泥混凝土经过20

3、0多次的冻融循环后表面未出现起砂或疏松现象。这是因为碱矿渣混凝土中的毛细孔隙中存在强电解质的真溶液，降低了水的冰点，促成了水的逐渐冻结，而不是像普通硅酸盐水泥石的毛细孔在冰点和一20。C间突然冻结，碱矿渣水泥石冷冻至一30。C时，无残余变形产生，至一40。C时，产生的残余变形为0.01mmm,至一50。C时，为0.15mmmo由此可见碱矿渣水泥石的结构冻结损伤的温度在低于一50。C以下；碱矿渣水泥具有好的抗渗性能，碱激发水泥及其制成的混凝土结构致密，孔隙率低且有害孔少，具有很好的抗渗性能。(2)环境方面。由于原料中未使用硅酸盐水泥，因此没有硅酸盐水泥生产过程中由于水泥生料和燃料中碳酸钙分解而造

4、成的二氧化碳释放，减少了温室气体的排放。此外，水泥生料和燃料中的含硫成分在燃烧过程中还会产生二氧化硫及其他污染物质，将碱矿渣水泥替代硅酸盐水泥应用于隧道防火涂料不存在这些问题。(3)经济方面。碱激发水泥具有良好的耐火性能，因此可以减少隧道防火涂料中一些价格比较高的防火成分的用量，降低涂料的成本。该创新点所属学科分类：土木工程学科的建筑材料学领域。主要旁证材料为所附专利一篇：一种碱矿渣隧道防火涂料及其使用方法；查新报告；(1)开展了不同粘结剂对隧道防火涂料基本性能影响的研究。确定碱矿渣隧道防火涂料的初步配方，对其基本性能进行了测试，并与普通水泥对比组的基本性能进行对比分析，配合比见表1。表1隧道

5、防火涂料配合比（%）碱矿可再膨膨海空氢氢42.5P分胀潜水胀心氧氧组别普通V散A乳珍珠泡泥蛭漂化化水泥石胶石岩珠镁铝粉氢氧化钠45.21.2215.412.97.72.53.29.9组硫酸钠组45.21.2215.412.97.72.53.29.9普通水泥45.21.2215.412.97.72.53.29.9组隧道防火涂料的耐火性能、粘结性能、干密度，干燥时间等性能的实验结果见表24。表2隧道防火涂料加热2h后最终温度组别混凝土表面温度（七）钢筋表面温度（。C）氢氧化钠组228.481.4硫酸钠组238.786.8普通水泥组275.5105.7表328d粘结强度试验结果组别氢氧化钠组硫酸钠组

6、普通水泥组冻融循环前0.3810.2410.331冻融循环后0.2040.1310.125冻融循环前后强度降损失率（%）46.445.662.2表4初步配方及对比组其他基本性能组别干密度（kgm3）干燥时间（Inin）耐水性能氢氧化钠组635.324合格硫酸钠组568.9110合格普通水泥组668.2420合格加热2h后，氢氧化钠组和硫酸钠组的混凝土及钢筋表面温度均低于作为对比的普通混凝土组，混凝土表面温度分别降低了47.1C和36.8C,钢筋表面温度分别降低了24.3C和18.9,可见碱矿渣水泥替代普通硅酸盐水泥应用于隧道防火涂料能够提高其耐火性能。对比氢氧化钠组和硫酸钠组耐火性能数据可以发

7、现，氢氧化钠为激发剂的碱矿渣隧道防火涂料耐火性能稍好于硫酸钠为激发剂的涂料。氢化钠组和硫酸钠组冻融循环后粘结强度损失量均低于普通水泥组，说明碱矿渣水泥应用于隧道防火涂料比普通水泥具有更好的抗冻融循环性能，这与碱矿渣水泥良好的抗冻融循环能力密切相关。碱矿渣水泥中的毛细孔隙中存在着具有强电解质的溶液，水的冰点因此而降低，这使得碱矿渣隧道防火涂料中的水是逐渐冻结的，这与普通水泥隧道防火涂料中的突然冻结不同，且碱矿渣水泥低温下残余变形小，也能够提高碱矿渣隧道防火涂料的抗冻融循环能力。由于目前工程上隧道防火涂料采用分层施工，干燥时间短可以减少施工时间，减少资源消耗。两种碱矿渣隧道防火涂料初步配方的干燥时

8、间均明显优于其他几组，尤其是氢氧化钠组的干燥时间远低于其他几组，这是由于碱矿渣水泥本身具有凝结速度快的优势，大大缩短了碱矿渣隧道防火涂料的干燥时间。因此，在干燥时间这项，碱矿渣隧道防火涂料表现出明显的优势。(2)开展了碱激发浓度和种类对隧道防火涂料基本性能影响的研究。研究了激发剂种类和浓度对碱矿渣隧道防火涂料基本性能(粘结强度、耐火性能、干密度和干燥时间等)(图1-6)。结合孔结构、FESEM等微观试验方法对宏观试验现象的微观机理进行分析(表7-10、图7-10)。试验的配合比见表5、6,其中用水量为所有干料的70%,激发剂的浓度为激发剂的质量与用水量的百分比。表5氢氧化钠激发剂组变化氢氧化钠

9、浓度配合比编号氢氧化钠溶液浓度(%)氢氧化钠掺量(g)矿渣PVA可再分散乳胶粉膨胀蛭石膨胀珍珠岩海泡石空心漂珠氢氧化镁氢氧化铝A110.742.81.32.116.113.582.63.310.3A221.442.81.32.116.113.582.63.310.3A332.242.81.32.116.113.582.63.310.3A442.942.81.32.116.113.582.63.310.3A553.642.81.32.116.113.582.63.310.3A664.542.81.32.116.113.582.63.310.3A775.342.81.32.116.113.582.

10、63.310.3A886.142.81.32.116.113.582.63.310.3A996.942.81.32.116.113.582.63.310.3A1O107.842.81.32.116.113.582.63.310.3A11129.542.81.32.116.113.582.63.310.3A121512.442.81.32.116.113.582.63.310.3A132017.542.81.32.116.113.582.63.310.3表6硫酸钠激发剂组变化硫酸钠浓度配合比编号硫酸钠浓度(%)硫酸钠掺量(g)水泥(g)矿渣(g)PVA(g)可再分散乳胶粉(g)膨胀蛭石(g)膨胀

11、珍珠1D石(g)海泡石(g)空心漂珠(g)氢氧化镁(g)氢氧化铝(g)B110.745384122015412977253299B221.445384122015412977253299B332.245384122015412977253299B442.945384122015412977253299B553.645384122015412977253299B664.545384122015412977253299B775.345384122015412977253299B886.145384122015412977253299B996.945384122015412977253299B1O1

12、07.845384122015412977253299B11129.545384122015412977253299B121512.445384122015412977253299B132017.545384122015412977253299图1冻融循环前粘结强度图2冻融循环后粘结强度270氢氧化钠组2硫酸钠组250240、GX、一、-230、彳、1、一、2202102005101520C(%)图3混凝土表面温度对比11010090yH807060680660640C620600鹊580560540520氢氧化钠组硫酸钠组图4钢筋表面温度对比氢氧化钠组硫酸钠组68101214161820C(%)图5千密度对比140氢氧化钠组硫酸钠组C80E-6040、20、02468101214161820C(%)图6干燥时间对比表7分类司逢体积(x1-3m1g)组别积总孔体一分类孔孔体积20200nmA191.03