【摘要】：混凝土结构防火涂料是钢筋混凝土结构建筑、隧道、桥梁的有效保护层。有机防火涂料存在成本高、防火性能有限且毒性较大的问题,而无机防火涂料粘结强度低、质重、高温易开裂,也限制了其广泛应用。因此,探寻一种绿色的防火保护材料具有重大的工程建设意义。本论文以偏高岭土、硅灰为原料,钠水玻璃为碱激发剂,制备地聚合物防火涂料,根据涂料的干密度、抗压强度、粘结强度和耐久性确定了地聚合物防火涂料制备的最佳Si/Al,在此基础上探讨了膨胀珍珠岩的掺量以及漂珠级配比例对地聚合物防火涂料的性能优化效果,采用玄武岩纤维和硅灰石纤维对其进行改性,最终获得粘结强度高、耐久性好、防火性能优良的地聚合物轻质防火涂料。研究表明,地聚合物防火涂料的力学性能受硅铝比的影响较大,当Si/Al=2.5时,引入的硅源有利于N-A-S-H凝胶的形成轻质喷涂料,地聚合物防火涂料的抗压强度和粘结强度均达到最高值。地聚合物防火涂料与水泥基体之间的粘结方式以物理结合为主,即地聚合物涂料渗入基体的孔隙中,形成机械式咬合。细漂珠参与制备的试样经15次冻融循环后表面出现了网状裂纹,这与地聚合物较高的收缩性有关,而粗漂珠可作为骨架阻碍裂纹的扩展和改变裂纹延伸方向,缓解涂料的收缩性。

经2 h耐火测试,地聚合物背面温度不超过250°C,这归功于漂珠的造孔隔热作用和耐高温霞石相的生成。为达到地聚合物防火涂料轻量化、抗冻性能以及防火性能增强的目的,本论文对膨胀珍珠岩的掺入和粗、细漂珠级配比例进行了研究。结果表明涂料品牌网,膨胀珍珠岩具有蜂窝状多孔结构,引入地聚合物中能提高孔隙度,降低干密度,但其掺量过高时会大幅降低机械性能,因而膨胀珍珠岩在体系中的质量占比不宜超过9%。漂珠级配比例主要影响了地聚合物轻质防火涂料中粗骨料和细骨料的含量及孔隙分布。在粗骨料:细骨料=4:6,膨胀珍珠岩质量占比为9%的情况下,试样的抗压强度和粘结强度最高,分别为5.876 MPa和0.402 MPa。同时经冻融循环测试后无裂纹产生,剩余强度为3.658MPa,质量损失最小(8%),表明此时地聚合物轻质防火涂料内部的骨料堆积最为合理,孔隙分布更均匀。为进一步增强地聚合物轻质防火涂料的抗裂性能和延长耐火极限,本论文考察了玄武岩纤维和硅灰石纤维对试样机械性能、耐冻融循环性、耐腐蚀性以及防火性能的优化效果。发现玄武岩掺量为0.5%,硅灰石掺量为1%时,试样的抗压强度、粘结强度、经冻融循环和腐蚀性测试后的剩余强度均达到最高水平,且涂料与水泥基体粘结效果保持良好轻质喷涂料,无裂纹、发胀、掉渣等现象。

经过2 h的耐火极限测试,相较与未添加纤维的试样,硅灰石和玄武岩纤维试样的温度稳定期明显提前,且背面最终温度也降低了20°C左右,说明地聚合物防火涂料内部的结构稳定性受到改善,防火性能提升。其中,硅灰石纤维的增强机理在于其刚性短纤维结构,在浆体中的分散性更好,可均匀分布于地聚合物涂料中,作为钢筋骨架穿插于地聚合物基质、孔壁、孔隙之间,巩固地聚合物整体结构,因而硅灰石纤维的增强效果相对更佳。