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1、第四章隧道防火涂料基本性能试验4.1引言本章通过正交试验研究了各组分对磷酸钾镁水泥隧道防火涂料基本性能（粘结强度、耐火极限和干密度）的影响规律，进而初步确定涂料各组分的最优掺量,为下一步涂料的改进提供研究基础。4.2 正交试验方案4.2.1 因素与水平的确定本试验采用的基准配方由粘结材料（磷酸钾镁水泥和可再分散乳胶粉）+隔热耐火材料（膨胀蛭石，膨胀珍珠岩，空心漂珠和海泡石）组成，通过大量的基础试验，确定磷酸钾镁水泥隧道防火涂料的基准配方如下：粘结材料占40%,隔热耐火材料占60%。由第二章可知，本课题采用的磷酸钾镁水泥最优配比为PM=13,BM=0.02o参考国内外隧道防火涂料的文献、专利，可
2、再分散乳胶粉占1.5%2.5%,膨胀蛭石占22%26%,膨胀珍珠岩占14%18%,空心漂珠占8%12%,海泡石占8%12%。因此正交试验选择P/M、B/M、可再分散乳胶粉、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩和空心漂珠作为的因子，各因子取三个不同水平，正交试验因素水平见表4-1。表4-1正交试验因素水平表素水GXP/MB/M可再分散乳胶粉膨胀蛭石膨胀珍珠岩空心漂珠11/20.021.52214821/30.042.024161031/40.062.5261812注：每组试验中P+M+可再分散乳胶粉二40,膨胀蛭石+膨胀珍珠岩+空心漂珠+海泡石二604.2.2 试验安排与结果在确定了因素及水平组合后，按正交安排
3、试验，得到18组不同配比的隧道防火涂料，并对各组的粘结强度、耐火极限和干密度进行测试，其试验结果见表4-2o表4-2正交试验结果组别PfMB/M可再分散乳胶粉膨胀蛭石膨胀珍珠岩空心漂珠试验指标粘结强度(MPa)耐火极限(min)干密度(kgm3)11/20.021.5221480.1811469521/20.042.02416100.1913069331/20.062.52618120.1913468841/30.021.52416120.2113970151/30.042.0261880.2214169661/30.062.52214100.2612370271/40.022.02218IO
4、0.1713068881/40.042.52414120.2412771291/40.061.5261680.17150710101/20.022.52616100.18149699111/20.041.52218120.15132685121/20.062.0241480.18121699131/30.022.02614120.23142706141/30.042.5221680.23135694151/30.061.52418100.17140692161/40.022.5241880.19137699171/40.041.52614100.18132721181/40.062.02216
5、120.18139706注：根据GB28375-2012混凝土结构防火涂料要求，粘结强度三015MPa,耐火极限三120min,干密度W700kg/n?。4.3 试验结果分析4.3.1 粘结强度试验分析根据正交试验结果表42中各组试验的粘结强度值，对涂料的粘结强度进行极差分析，见表4-3。表4-3粘结强度极差分析表素水小、P/MB/M可再分散乳胶粉膨胀蛭石膨胀珍珠岩空心漂珠K10.1780.1930.1770.1950.2120.195K20.2200.2020.1950.1970.1930.192K30.1880.1920.2150.1950.1820.200R0.0420.0100.038
6、0.0020.0300.008由表4-3可得，各因素对涂料粘结强度影响程度的大小为：PM可再分散乳胶粉膨胀珍珠岩，其它因素的影响程度很小，可以忽略。粘结强度随着P/M的减小呈现先增后减的趋势，随着可再分散乳胶粉掺量的增加而增大，随着膨胀珍珠岩掺量的增大而减小。4.3.1.1P/M对涂料粘结强度的影响0.220-0.215-0.210-0.205-0.200-0.195-0.190-0.185-0.180-0.175-P/M图47P/M对涂料粘结强度的影响431.2可再分散乳胶粉对涂料粘结强度的影响0.2201.52.02.50.215-0.210-0.205-0.200-0.195-0.190
7、-0.185-0.180-0.175-可再分散乳胶粉掺量()图4-2可再分散乳胶粉掺量对涂料粘结强度的影响由图4-2可知，当可再分散乳胶粉掺量由1.5%、2.0%、2.5%增大时，涂料的粘结强度逐渐提高。这主要是因为可再分散乳胶粉遇水后重新乳化成聚合物颗粒，这些聚合物颗粒一方面填充在水泥凝胶的细小孔隙中形成连续胶凝结构，抑制水分的蒸发，保证水化反应充分；另一方面与水泥凝胶之间形成粘结力很高的聚合物膜，提高了水泥水化产物与隔热骨料间的粘结力。因此在隧道防火涂料中添加一定量的可再分散乳胶粉可以显著提高涂料的粘结性能。4.3.1.3膨胀珍珠岩对涂料粘结强度的影响图43膨胀珍珠岩掺量对涂料粘结强度的影
8、响由图43可知，随着膨胀珍珠岩掺量由14%、16%、18%增大时，涂料的粘结强度显著下降。膨胀珍珠岩是隔热耐火材料中质量最轻、粒径最大的骨料，其掺量的增加将显著提高涂料的体积，单位面积内的粘结材料相对较少，涂料的粘性减小，使得涂层与基材表面的粘结力降低。4.3.2耐火极限试验分析根据正交试验结果表42中各组试验的耐火极限值，对涂料的耐火极限进行极差分析，见表4-4。表4-4耐火极限极差分析表素水GP/MB/M可再分散乳胶粉膨胀蛭石膨胀珍珠岩空心漂珠Kl130135135129127135K2137133134132140136K3136135134141136132R72112134由表4-4
9、可得，各因素对涂料耐火极限影响程度的大小为：膨胀珍珠岩膨胀蛭石PM,其它因素的影响程度很小，可以忽略。耐火极限随着膨胀珍珠岩掺量的增大呈现先增后减的趋势，随着膨胀蛭石掺量的增加而增大，随着P/M的减小呈现先增后减的趋势。4.3.2.1膨胀珍珠岩对涂料耐火极限的影响126-141618-膨胀珍珠岩掺量()图4-4膨胀珍珠岩掺量对涂料耐火极限的影响由图4-4可知，随着膨胀珍珠岩掺量由14%、16%、18%增大时，涂料的耐火极限先增大后减小，当掺量为16%时耐火极限最高，达到14Omin。这主要是因为膨胀珍珠岩在高温环境下体积迅速膨胀，形成蜂窝状多孔结构，从而阻止热量向基材传递。当温度进一步升高时，
10、膨胀珍珠岩分解吸收一部分热量，也同样提高了涂料的耐火性能。但是，当膨胀珍珠岩掺量超过16%后，由于涂料粘结力的下降，容易造成涂料本身的开裂或者涂层与基材的脱落，进而耐火性能降低。由本试验可知，当膨胀珍珠岩掺量为16%时性能最优。4.3.2.2 膨胀蛭石对涂料耐火极限的影响(=W)国受*意128j111222426膨胀蛭石掺量()图4-5膨胀蛭石掺量对涂料耐火极限的影响由图4-5可知，当膨胀蛭石掺量由22%、24%、26%增大时，涂料的耐火极限随之提高。其原因在于膨胀蛭石在高温环境下内部结晶水气化，使体积急剧膨胀，薄片间形成空气夹层，形成层状碎片，其中有无数细小的孔隙，从而有效阻止热量向基材传递
11、。随着膨胀蛭石掺量的增加，细小孔隙越多，热量传递越慢,表现为涂料耐火性能的提高。4.3.2.3 P/M对涂料耐火极限的影响图4-6P/M对涂料耐火极限的影响4.3.3干密度试验分析根据正交试验结果表4-2中各组试验的干密度值，对涂料的干密度进行极差分析,见表45。表4-5干密度极差分析表素水炉、P/MB/M可再分散乳胶粉膨胀蛭石膨胀珍珠岩空心漂珠K,693698701695706699K2699700698699701699K3706700699703691700R13238151由表4-5可得,各因素对涂料干密度影响程度的大小为:膨胀珍珠岩P/M膨胀蛭石，其它因素的影响程度很小，可以忽略。干
12、密度随着膨胀珍珠岩掺量的增大而减小，随着P/M的减少而增大，随着膨胀蛭石的增大而增大。4.331膨胀珍珠岩对涂料干密度的影响141618膨胀珍珠岩掺量()图4-7膨胀珍珠岩对涂料干密度的影响由图4-7可知，随着膨胀珍珠岩掺量由14%、16%、18%增大时，涂料的干密度显著减小。膨胀珍珠岩比重非常小，当掺量增加时干料的体积增大，在质量不变的前提下涂料的密度减少。膨胀珍珠岩掺量的变化对粘结强度、耐火极限及干密度均有显著影响，因此其掺量的选择应综合考虑三个指标的要求。根据上述分析可知，当膨胀珍珠岩掺量为16%时，综合性能最优。4.3.3.2P/M对涂料干密度的影响图4-8P/M对涂料干密度的影响由图4-8可知，P/M从1/2、1/3、1/4变化时，涂料的干密度不断增大。4.333膨胀蛭石对涂料干密度的影响4 2 0 8 60 0 0 9 97 7 7 6 6(ES)篱卜694J(1L222426膨胀蛭石掺量()图4-9膨胀蛭石对涂料干密度的影响
