一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料及其制备方法

本发明涉及防火材料及其制法，具体为一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料及其制备方法。

背景技术：

1、普通硅酸盐水泥作为应用最广的水泥，具有强度高、耐候性好且价格低廉的优点，因此可被用于制备防火材料。然而，普通硅酸盐水泥基防火材料普遍存在韧性差、粘结强度低、耐火度低等问题，在正常服役期间即出现变形、开裂，而在高温作用下强度几乎完全丧失，出现大面积从钢基地表面脱落的现象，缩短了结构的使用寿命，限制了材料的应用范围。

2、现有商用水泥基防火材料仍存在自重大、耐高温性能差、韧性和粘结性能差的问题，在使用过程中易开裂，降低防火性能。另一方面还存在造价高、不低碳环保且原材料中普遍含有膨胀蛭石等对人体有害组分等缺点。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种轻质隔热、耐高温、韧性好、粘结强度较高且协同变形能力强、基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，本发明的另一目的是提供一种降低生产成本、基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料的制备方法。

2、技术方案：本发明所述的一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，包括以下重量份数的原料：硅酸盐水泥12～16份，漂珠8.4～11.2份，粉煤灰48～64份，膨化高钛渣6～14份，玻化微珠48～50份，硅灰18～22份，水79～88份，聚丙烯纤维1.8～2.0份，减水剂1.10～1.14份，六偏磷酸钠分散剂0.1～0.6份。

3、进一步地，硅酸盐水泥为p.ⅱ.42.5硅酸盐水泥。

4、进一步地，粉煤灰为ⅱ级粉煤灰。

5、进一步地，漂珠的粒径为80～160μm、耐火度≥1610℃、导热系数≤0.065w/(m*k)且表面封闭光滑的中空漂珠颗粒。漂珠的容重为495kg/m3。

6、进一步地，膨化高钛渣为经抛射膨化处理后粒径在1～2mm、钛含量＞20％的膨化高钛渣颗粒。

7、进一步地，硅灰为火山灰活性≥90％的92级硅灰。硅灰的中位粒径为19.4μm。

8、进一步地，聚丙烯纤维为极限抗拉强度＞486mpa、拉伸极限率＞15％、弹性模量4～5gpa的聚丙烯短切纤维。聚丙烯纤维的密度为0.91g/cm3。

9、进一步地，减水剂为聚羧酸系减水剂。

10、上述超轻高韧高耐火水泥基防火材料的制备方法，包含以下步骤：

11、(a)按重量配比，将减水剂和六偏磷酸钠分散剂溶解在水中，加入漂珠，形成漂珠悬浮液；

12、(b)将硅酸盐水泥、粉煤灰、膨化高钛渣、硅灰和玻化微珠混合，搅拌均匀；

13、(c)沿边缘缓慢加入60～80vol.％的漂珠悬浮液，搅拌均匀；

14、(d)缓慢加入预分散的聚丙烯纤维和剩余的漂珠悬浮液，以160-180r/min的转速搅拌；

15、(e)以260-290r/min的转速搅拌至纤维及漂珠填料分散均匀。

16、进一步地，步骤(b)、步骤(c)中，搅拌速度为140～160r/min。

17、步骤(b)中，搅拌时间为3～5min。步骤(c)中，搅拌时间为3～7min。步骤(d)中，搅拌时间为2～4min。步骤(e)中，搅拌时间为2～4min。

18、制备原理：以漂珠、膨化高钛渣以及气炉玻化微珠等这三种新型防火填料为原材料。利用其多孔结构降低材料导热系数的同时，协同聚丙烯纤维提高材料高温韧性。并基于box-behnken响应面设计法对制备出的新型低碳水泥基防火涂料的基本力学性能、隔热性能、防火性能、韧性及粘结强度进行系统评估，确定了防火填料的适宜配合比范围。最终研发得到一种轻质隔热、耐高温、韧性好、粘结强度高且协同变形能力强的新型水泥基防火涂料。

19、有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

20、1、水泥基防火材料打破了传统硅酸盐水泥基复合材料耐火度低、难以用作防火材料的技术壁垒，具有超轻质、高韧性、高耐火、低导热等优异性能，1000℃后残余抗压强度损失率低至19.4％；

21、2、用粉煤灰、漂珠代替高铝水泥，降低生产成本的同时，亦保证了材料良好的耐火性；用气炉膨化玻化微珠、膨化高钛矿渣代替膨胀蛭石，改善浆体的流动性和保水性，避免乳突流坠或严重粉化现象的出现；

22、3、大掺量工业固废的使用除大幅降低工程造价外，亦有助于提高粉煤灰、高钛渣等资源的综合利用率，避免工业固废的大量堆存。

技术特征：

1.一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：硅酸盐水泥12～16份，漂珠8.4～11.2份，粉煤灰48～64份，膨化高钛渣6～14份，玻化微珠48～50份，硅灰18～22份，水79～88份，聚丙烯纤维1.8～2.0份，减水剂1.10～1.14份，六偏磷酸钠分散剂0.1～0.6份。

2.根据权利要求1所述的一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，其特征在于：所述硅酸盐水泥为p.ⅱ.42.5硅酸盐水泥。

3.根据权利要求1所述的一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，其特征在于：所述粉煤灰为ⅱ级粉煤灰。

4.根据权利要求1所述的一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，其特征在于：所述漂珠的粒径为80～160μm、耐火度≥1610℃、导热系数≤0.065w/(m*k)且表面封闭光滑的中空漂珠颗粒。

5.根据权利要求1所述的一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，其特征在于：所述膨化高钛渣为经抛射膨化处理后粒径在1～2mm、钛含量＞20％的膨化高钛渣颗粒。

6.根据权利要求1所述的一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，其特征在于：所述硅灰为火山灰活性≥90％的92级硅灰。

7.根据权利要求1所述的一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，其特征在于：所述聚丙烯纤维为极限抗拉强度＞486mpa、拉伸极限率＞15％、弹性模量4～5gpa的聚丙烯短切纤维。

8.根据权利要求1所述的一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系减水剂。

9.根据权利要求1～8r任一项所述的基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

10.根据权利要求9所述的超轻高韧高耐火水泥基防火材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(b)、步骤(c)中，搅拌速度为140～160r/min。

技术总结
本发明公开了一种基于固废的超轻高韧高耐火水泥基防火材料及其制备方法，水泥基防火材料包括以下重量份数的原料：硅酸盐水泥12～16份，漂珠8.4～11.2份，粉煤灰48～64份，膨化高钛渣6～14份，玻化微珠48～50份，硅灰18～22份，水79～88份，聚丙烯纤维1.8～2.0份，减水剂1.10～1.14份，六偏磷酸钠分散剂0.1～0.6份。本发明打破了传统硅酸盐水泥基复合材料难以用作防火材料的技术壁垒，具有超轻质、高韧性、高耐火、低导热，1000℃后残余抗压强度损失率低至19.4％；降低生产成本同时，保证材料良好的耐火性；改善浆体流动性和保水性，避免乳突流坠或严重粉化现象。

技术研发人员：潘金龙,马筱萌,孙雨勤
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23