PVA聚丙烯纤维和硅烷基粉末对隧道防火涂料性能的影响.docx

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1、PVA、聚丙烯纤维和硅烷基粉末对隧道防火涂料性能的影响摘要：在隧道防火涂料配方中加入聚乙烯醇(PVA)、硅烷基粉末及聚丙烯纤维进行改性，并采用宏观试验(粘结、耐火、抗渗、抗裂试验)和微观试验(孔结构、电镜扫描、热重分析试验)进行研究。试验结果表明：在隧道防火涂料中掺入适量的PVA、聚丙烯纤维、硅烷基粉末，可以优化孔结构、改善界面过渡区、使内部受力更均匀，从而提高了提高隧道防火涂料的粘结强度、抗渗和抗裂性能。虽然隧道防火涂料的耐火强度有所降低，但仍能满足规范要求。关键字：隧道防火涂料；硅烷基粉末；PVA：聚丙烯纤维中图分类号：TU54PVA,po1ypropy1enefiberandsi1ico

2、na1ky1powderhaveaneffectonthepropertyoftunne1firecoatingsZHOUJun-yu,JITao*,ZHENGDeng-deng,WangCan-qiang,ZUOGuo-qing(Co11egeofCivi1Engineering,FuzhouUniversity,FuzhouFujian350116,China)Abstract：Theformu1aoftunne1firecoatingswasmodifiedbyaddthepo1yviny1a1coho1(PVA),si1icona1ky1powderandpo1ypropy1enefi

3、bers,andstudiedbythemacrotest(binder,refractory,impermeabi1ityandcrackresistancetest)andmicroscopictest(porestructure,e1ectronmicroscopescanning,thermogravimetricana1ysistest).Experimenta1resu1tsshowthataddingappropriateamountofPVA,po1ypropy1enefiber,si1icona1ky1powdercanoptimizetheporestructure,imp

4、rovetheinterfacetransitionzone,makeinterna1forcemoreeven1y,soastoimprovethebondingstrength,impermeabi1ityandcrackresistanceoftunne1firecoatings.A1thoughtunne1firecoatingsreducethestrengthofrefractory,butsti11canmeetthespecificationrequirements.Keywords：tunne1firecoatings;si1icona1ky1powder;po1yviny1

5、a1coho1;po1ypropy1enefibers1前言随着国内的经济快速发展，国家在公路、铁路、隧道等等基础的交通设施的建设力度逐渐加强I1福建、甘肃、陕西等等多山丘林地带，为减轻交通压力，各种隧道建设蓬勃发展,例如甘肃大坪里隧道、麻崖子隧道；陕西秦岭终南山隧道、米溪梁隧道；福建厦门海底隧道、金鸡山隧道、罗汉山隧道等等，这些隧道的建设对当地的经济发展起到不可估量的作用。程小伟等对隧道防火涂料粘结、耐火性能进行研究，同时对隧道防火涂料良好的耐火性能进行微观机理解释；兰彬从配方的组分上对隧道防火涂料的耐火机理进行研究。黄月文用的实验结果表明PVA粉末能显著提高纯水泥砂浆的抗折强度和粘接性能。

6、宣卫红等的实验结果表明：聚丙烯纤维与水泥砂浆具有较好的粘结性，聚丙烯纤维粘结破坏形式为拔出破坏,因此聚丙烯纤维具有较好的耗能阻裂作用。张杰在建筑保温材料中加入脂肪酸盐硅烷基粉末防水材料，赋予建筑保温材料防水性能，使材料集保温、防水于一体。项目来源：福建省科技厅工业高校产学合作科技重大项目(2013H6013)作者简介：周骏宇(1990-),男，安徽人，硕士研究生通讯作者：季韬(1972-),男，福建人，博士，教授，it72但是，到目前为止还没有关于把PVA粉末、聚丙烯纤维和硅烷基粉末一起掺入隧道防火涂料中进行研究。目前采用的隧道防火涂料抗渗抗裂性能都不太理想，阻碍了其进一步的推广应用。因而研制

7、出一种防水抗裂型隧道防火涂料具有实际应用的意义。本文在隧道防火涂料中加入了硅烷基粉末、PVA及聚丙烯纤维后进行宏观和微观实验对比，并分析了耐火、粘结、抗裂、抗渗机理。2原材料和试验方案2.1原材料隧道防火涂料通常是由粘结材料、耐火隔热材料、发泡材料、助剂等四部分组成，每种组分在隧道防火涂料中起到关键性的作用，本文配方中外掺了聚丙烯纤维与硅烷基粉末。2.1.1粘结材料粘结材料主要由普通硅酸盐水泥、高铝水泥、普通硅酸盐水泥、可再分散乳胶粉等部分组成；普通硅酸盐水泥：采用福建炼石牌52.5水泥；高铝水泥：由福州友程耐火材料有限公司生产，是以铝酸钙为主、氧化铝含量约50%的熟料磨细制成；可再分散乳胶粉

8、：主要作为辅助黏结材料，对涂料的粘结强度、致密性、耐水性和可塑性等均有提高。试验中所采用的可再分乳胶粉为英国康凯尔公司生产，型号ConCare1A4500；聚乙烯醇(PVA)：以天然气乙块法生产的乙酸乙烯酯为原材料，用甲醇作为溶剂进行聚合，通过先进的低碱醇解工艺制得聚乙烯醇，再经过破碎、压榨、干燥、粉碎，进而筛选出的一种水溶性环保型高分子聚合物，可有效地增加涂料的粘着力、流动性及减缓涂料表面干燥时间，改善涂料成膜性能，防止涂层的龟裂，提高施工性。试验中所采用的聚乙烯醇为福州四方化工有限公司的粉末聚乙烯醇，型号为：1788-125,白色粉末状，无臭、无味，细度为160目。1.1.2 隔热耐火材料

9、膨胀珍珠岩：由福州友程耐火材料有限公司生产，平均直径为5mm；膨胀蛭石：由福州友程耐火材料有限公司生产，粒径为12mm,主要成分为SiO2、A12Oi.MgO等；海泡石：由石家庄天源矿业有限公司生产，容重IooO2200kg,是一种纤维状的含水硅酸镁；空心漂珠：由河南信阳天梯矿业开发总公司生产，堆积密度约为240300kg/m3。1.1.3 发泡材料三聚鼠胺：由天津市福晨化学试剂厂生产；季戊四醇：由天津市福晨化学试剂厂生产；聚磷酸筱：由济南金盈化工有限公司生产。1.1.4 助剂氢氧化铝及氢氧化镁：由天津市福晨化学试剂厂生产。1.1.5 其他材料聚丙烯纤维：采用改性母料添加到聚丙烯切片中进行共混

10、、纺丝、拉伸而制成的，表面粗糙多孔。规格：长度6mm,直径30m,抗拉强度2350MPa。硅烷基粉末：由福州四方同化公司生产，粒径在100200Um之间。2.2 试验配合比防水抗裂型隧道防火涂料配合比与普通隧道防火涂料配合比见表U在程小伟和兰彬网的基础上通过实验和分析确定M1组不掺PVA、聚丙烯纤维和硅烷基粉末，而M2组有掺。两组试样的水：料(质量比)均为0.9：1。表1隧道防火涂料的配合比Tab1e1MixproportionofTFC(%)可再膨聚硅普高分膨胀海空氢氢三季聚丙烷通铝胀心氧氧聚戊璘No.PVA散珍泡酸烯基水水乳蛭珠石漂化化氯四纤粉泥泥石珠镁铝胺醇镂胶岩维末粉M135.25.1

11、0215.412.97.72.53.39.912300M234.45.01.2215.112.77.62.53.29.7122.90.20.52.3 试验方法2.3.1 耐火强度的试验方法耐火性能试验参考混凝土结构防火涂料(GA28375-2012)凶进行，并结合具体情况进行改进。耐火性能试验采用本课题组自行研制的小板法进行模拟。试验所用小板为强度等级符合混凝土强度检验评定标准(GBJ50107-2010)网标准规定的C30混凝土板，小板尺寸为3OOmm3OOmm1OOmm,并在距离板底25mm处布置12钢筋一根，钢筋需穿过小板的平面几何中心，在板正中央位置的板底与钢筋表面分别布置热电偶线一根

12、，小板中钢筋和热电偶线位置布置示意图如图1所示。(a)小板平面示意图(b)小板B-B剖面示意图图1热电偶位置图Fig.1Positionsofthermocoup1e注：1混凝土板；2待测涂料涂层：3热电偶线端头；4单根12钢筋；5喷枪；6喷枪作用面。自试验开始后用自制的高温加热装置对试验板进行火灾模拟,加热曲线为偏差值在可控制范围内的碳氢曲线；并通过热电偶(WRN-136)测量2小时内钢筋表面以及底表面的温度变化情况。耐火试验过程中当下列任一项出现时，则表明试件达到混凝土结构防火涂料(GA28375-2012)规范中防火极限：a)对混凝土板底面上任一测温点温度大于380；b)对于混凝土板内2

13、5mm保护层钢筋网底面上任一测温点温度大于250。2.3.2粘结强度的试验方法粘结强度按照合成树脂乳液砂壁状建筑涂料(JG/T24-2000)”。J中进行。试件底板(纤维水泥板)尺寸为70x70X1Omm。按照涂料施涂工艺要求，将待测涂料施涂于试件底板的光滑表面上，厚度为(51)mm。达到规定的厚度后，再适当抹平和修边，使均匀平整。涂好的试件涂层面向上，水平放置干燥养护，其环境温湿度应为温度20C2C相对湿度95%RH以上。测试前，将要进行测试的试件的涂料面用细砂纸打磨，使其表面平整，打磨完后清除表面灰尘。试件预处理完后，将A胶和B胶按质量比1:1比例混合调匀，形成AB胶均匀涂于涂料表面，并迅

14、速将图2(a)所示的钢质上夹具放置于涂料上面，如图2(b)所示。然后将重为Ikg的硅码放置于钢质上夹具上面,使试件涂料面能够与上夹具粘结牢固。放置完硅码后，若四周有AB胶溢出，应及时清理。静置72h后，可移走跌码，进行粘结强度测试。图2抗拉用钢质上、下夹具示意图Fig.2Schematicdiagramofupper、undersidetensi1estee1fixture注：1符合M3模数内螺纹；2抗拉用钢质上夹具；3待测隧道防火涂料涂层；4纤维水泥板.为了方便测试，粘结强度测试仪器是在HC-2000A智能粘结强度检测仪(北京海创高科技有限公司生产)基础上进行改装的，加工了基座6、万向接头8

15、、下夹具11,改装完的试验仪器如图3所示，其中下夹具如图4(a)、(b)所示。图3试件粘结力测试仪器示意图Fig.3Theschematicdiagramofspecimenbondtestinstrument注：1螺母；2工作油泵：3枯结测试仪主体；4手柄;5钢质上夹具；6基座；7传感器连接纹；8万向接头；9涂料试件；10纤维水泥板；I1钢质下夹具。(a)抗拉用钢质下夹具正视(左)和侧视图(右)(a)Frontandsideviewofundersidetensi1estee1fixture(b)Vertica1viewofundersidetensi1estee1fixture图4抗拉用钢质上、下夹具示意图undersidetensi1estee1fixtureFig.4Sc