研制了碱矿渣隧道防火涂料.docx

随着国内经济的快速发展，为减轻交通压力，我国加大了公路隧道、铁路隧道等公共交通设施的投入，各种隧道建设蓬勃发展，隧道的建设对当地的经济发展起到了不可估量的作用。然而，由于缺少有效的隧道防火措施，世界各地隧道火灾事故频发，隧道防火不仅关系到国家经济发展问题，而且与人们的生活安全息息相关。如何做好隧道的防火工作，对隧道的建设具有十分重要的现实意义。为此项目组自2012年开始，以材料创新为核心，以实际工程为依托，开始了高耐久性防水抗裂环保型隧道防火涂料的研制及应用研究的科研攻关。本项目属于土木建筑科学技术的建筑材料学领域，成果主要应用于土木工程领域。项目组开展研究工作，主要技术内容如下：(1)创新性的研制了碱矿渣隧道防火涂料，采用碱矿渣水泥取代传统隧道防火涂料中的普通硅酸盐水泥，减少了生产普通硅酸盐水泥的能源消耗和CO2的排放；利用碱矿渣水泥具有较好的耐高温性能，在配方中剔除了传统隧道防火涂料中聚磷酸钱和三聚氟胺等有害组分，避免在施工过程中释放出有害气体；碱矿渣隧道防火涂料生产工艺先进，具备适应市场需求的生产能力，生产及使用过程无污染，是绿色产品。(2)创新性的研制了磷酸钾镁水泥隧道防火涂料，采用磷酸钾镁水泥取代传统隧道防火涂料中的普通硅酸盐水泥，磷酸钾镁水泥不需要消耗大量的粘土资源和能源，在一定程度上有利于耕地的保护和能源的合理规划使用；磷酸钾镁水泥属于快硬早强型水泥，用来充当隧道防火涂料的粘结剂能够大大减少涂层的干燥时间，大幅度提高了施工效率；磷酸钾镁水泥隧道防火涂料具有较好的粘结性能和耐火性能，且工作性能良好。(3)创新性的发明了一种隧道防火涂料的抗裂装置并提出了一种抗裂的评价方法。对已研制的碱矿渣隧道防火涂料进行了抗裂性能研究，研究发现，碱矿渣隧道防火涂料具有较好的抗裂能力。(4)创新性的发明了一种模拟隧道防火涂料在振动风吸条件下粘结性能的测试装置和测试方法。对已研制的碱矿渣隧道防火涂料的抗振动风吸性能进行研究，研究结果表明，碱矿渣隧道防火涂料具有良好的抗振动风吸性能，可以防止隧道防火涂料由于行车过程中产生的振动和风吸力而脱落，造成安全事故。(5)创新性的对己研制隧道防火涂料的抗渗性能和冻融环境下的粘结性能进行研究。提出了隧道防火涂料在恶劣环境下粘结耐久性的评价方法。本项目的研究成果获得国家发明专利授权6项，发表2篇论文。所研发的部分产品在试点工程中得到应用，效果良好，具有推广应用前景。本项目的研究推动了建材行业的创新，产生显著的社会效益和环保效益，可大力推进我国节能降耗政策的实施，为我国的节能减排事业做出突出贡献。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100O0C,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：(I)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Il(TC和40050(C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100(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200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0.15mmm0由此可见碱矿渣水泥石的结构冻结损伤的温度在低于-5()。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，并与普通硅酸盐水泥组的基本性能进行对比分析，配合比见表1。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1隧道防火涂料配合比()组别碱矿渣水泥RO42.5水泥PVA可再分散乳胶粉股胀蛭石膨胀珍珠岩海泡石空心漂珠氢氧化镁氢氧化铝氢氧化钠组45.21.2215.412.97.72.53.29.9硫酸钠组45.21.2215.412.97.72.53.29.9RO42.5水泥组45.21.2215.412.97.72.53.29.9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CC)钢筋表面温度(C)氢氧化钠组228.481.4硫酸钠组238.786.8RO42.5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RO42.5水泥组冻融循环前0.3810.2410331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(min)酎水性能氢氧化钠组635.324合格硫酸钠组568.9110合格RO42.5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47.1和36.8,钢筋表面温度分别降低了24.3和18.9C,可见碱矿渣水泥替代PQ42.5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知，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。氢氧化钠组和硫酸钠组冻融循环后粘结强度损失量均低于P.O42.5水泥组，说明碱矿渣水泥应用于隧道防火涂料比P.O42.5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PQ42.5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性能。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)。试验的配合比见表5、6,其中用水量为所匍干料的70%,激发剂的浓度为激发剂的质量与用水量的百分比。结合孔结构、-批注D小指什么？包括NaoH吗？FESEM等微观试验对宏观试验现象的微观机理进行分析(表7-10、图7-10)。表5氢氧化钠激发剂组变化氢氧化钠浓度配合比编号氢氧化钠溶液浓度(%)氢氧化钠掺量(g)矿渣(g)PVA(g)可再分散乳胶粉(g)膨胀蛭石(g)膨胀珍珠岩(g)海泡石(g)空心漂珠(g)氢氧化镁(g)氢氧化铝(g)Al10.742.81.32.116.113.582.63.310.3A221.442.81.32.116.113.582.63.310.3A332.242.81.32.116.113.582.63.310.3A442.942.81.32.116.113.582.63310.3A553.642.81.32.116.113.582.63.310.3A664.542.81.32.116.113.582.63.310.3A775342.81.32.116.113.582.63.310.3A886.142.81.32.116.113.582.63.310.3A996.942.81.32.116.113.582.63.310.3AlO107.842.81.32.116.113.582.63.310.3All129.542.81.32.116.113.582.63.310.3A121512.442.81.32.116.113.582.63.310.3A132017.542.81.32.116.113.582.63.310.3表6硫酸钠激发剂组变化硫酸钠浓度配合比编号%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)膨胀姓石(g)膨胀珍珠岩(g)海泡石(g)空心漂珠(g)氢氧化镁(g)氢氧化铝(g)Bl10.745384122015412977253299B221.445384122015412977253299B332.245384122015412977253299B442.945384122015412977