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1、碱激发剂浓度对碱矿渣隧道防火涂料性能的影响摘要：通过变化氢氧化钠溶液的浓度，来研究激发剂浓度对碱矿渣隧道防火涂料粘结强度、耐火性能、干密度以及干燥时间等性能的影响。试验结果表明，当氢氧化钠溶液的质量百分比浓度小于10%时，涂料冻融前后的粘结强度和干密度随溶液浓度的增加而提高，干燥时间随溶液浓度的增加而减短；当氢氯化钠溶液浓度超过10%时，溶液浓度的变化对料粘结强度、耐火性能、干密度以及干燥时间的影响不明显。氢氧化钠溶液浓度的变化对耐火性能的影响不明显。氢氧化钠溶液浓度为4%时，碱矿渣隧道防火涂料性价比最高。关键字：隧道防火涂料、碱矿渣、激发剂浓度、粘结强度、耐火性能1前言随着隧道建设的蓬勃发展
2、，我国已成为世界上公路隧道规模最大，里程最长的国家。截至2011年初，国内建设的公路隧道总数达到7384座，其累计总长度超过5000km,长度3km以上的特长隧道总数达到265座，累计总长度超过IoOokm,长度l3km的长隧道总数达到1218座，累计总长度超过2000kmo由于隧道经常也同时作为电力电缆、光纤电缆，、输水管、输油管等的运输通道。因此，当隧道发生火灾事故时，其造成的危害是相当严重的，会造成中断行车时间长、抢救极其困难、经济损失大等严重后果，并可能会产生一系列社会问题”可。因此，对于隧道防火的深入研究显得十分重要。从性能、成本以及施工方便性综合考虑，喷涂防火涂料是现阶段隧道防火的
3、最佳选择。将碱矿渣水泥应用于隧道防火涂料具有其得天独厚的优势：（1）简化配方，降低成本。因为碱激发水泥具有良好的耐高温性能，将其应用于隧道防火涂料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，或剔除传统隧道防火涂料中的某些成分。例如：剔除普通隧道防火涂料中会产生刺激性气味的聚磷酸镂等成分，保护施工人员的健康。（2）提高隧道防火涂料的抗冻融循环性能。目前隧道防火涂料的抗冻融循环性能越来越得到重视，在2012年颁布的中华人民共和国公共安全行业标准将混凝土结构防火涂料（GA28375-2012）中专门加入了针对隧道防火涂料冻融循环后粘结强度的指标。碱矿渣水泥具有良好的抗冻融循环性能，有利于提
4、高隧道防火涂料的抗冻融循环性能。（3）绿色环保。用碱矿渣水泥替代隧道防火涂料中的普通水泥，可以减少普通水泥生产过程中产生的二氧化碳、二氧化硫以及粉尘等对环境的污染。研究表明，激发剂浓度对碱矿渣水泥的强度及凝结时间有重要影响，但是目前针对激发剂浓度对碱矿渣水泥隧道防火涂料性能的影响研究还没有。本文通过改变碱矿渣隧道防火涂料的激发剂浓度，揭示激发剂浓度变化对碱矿渣隧道防火涂料粘结强度、耐火性能、干密度以及干燥时间等几项重要性能的影响规律。2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RM本文配方剔除了传统隧道防火涂料中的聚磷酸镀、三聚氨胺以及季戊四醇等发泡材料，并用
5、碱矿渣水泥替代传统隧道防火涂料中的普通水泥。2.1 粘结材料粘结材料由碱矿渣水泥、可再分散乳胶粉以及PVA组成：碱矿渣水泥：由氢氧化钠和矿渣组成，氢氧化钠由北京康普汇维科技有限公司生产，矿渣来自福州泰宁混凝土厂；聚乙烯醇(PVA)为福州四方化工有限公司生产的粉末聚乙烯醇，型号为：1788-125,白色粉末状，无臭、无味，细度为160目。2.2 隔热耐火材料膨胀珍珠岩：采用福州友程耐火材料有限公司的产品，粒径约为3mm,容重:83kgm3,具有质轻、绝热、无毒、吸声、无味、不燃等特点，耐高温性可达1300；膨胀蛭石：采用福州友程耐火材料有限公司的产品，粒径小于2mm,褐红色，容重：530kgm3
6、;海泡石:采用的海泡石为南阳市卧龙区磊宝海泡石加工有限公司产品，容重：651.8kgm3,耐高温性可达1700C；空心漂珠：采用的空心漂珠为河南信阳天梯矿业开发总公司生产的产品，粒径小于0.9mm,容重：338.5kgm3,常温导热系数0.035W(mK),耐高温性可达1360C。2.3 阻燃剂氢氧化铝及氢氧化镁：采用天津市福晨化学试剂厂产品。3试验思路设计3.1 试验配合比为了研究激发剂浓度对碱矿渣隧道防火涂料主要性能的影响，本文在自制的碱矿渣隧道防火涂料的基础上，改变氢氧化钠溶液的浓度。当氢氧化钠溶液浓度超过10%时成本较高，不具有经济性，但是为了研究碱浓度对涂料性能的影响规律，在氢氧化钠
7、溶液浓度大于10%时，浓度取值的跨度变大。配合比见表1,表中各成分为质量百分比(),氢氧化钠溶液浓度为溶液的质量百分比浓度，氢氧化钠的掺量为氢氧化钠固体与其他固体组分的质量比(),用水量为除氢氧化钠固体以外的干料重量的70%o先将除氢氧化钠以外的干料搅拌均匀，再将氢氧化钠溶于水，最后将氢氧化钠溶液倒入到已混合均匀的干料中搅拌均匀。表1碱矿渣隧道防火涂料配合比氢氧化矿渣PVA可再分散乳胶粉膨胀空心漂珠氢氧化镁氢氧化铝编号钠溶液浓度(%)氢氧化钠掺量膨胀蛭石珍珠UU石海泡石110.742.81.32.116.113.582.63.310.3221.442.81.32.116.113.582.63.
8、310.3332.242.81.32.116.113.582.63.310.3442.942.81.32.116.113.582.63.310.3553.642.81.32.116.113.582.63.310.3664.542.81.32.116.113.582.63.310.3775.342.81.32.116.113.582.63.310.3886.142.81.32.116.113.582.63.310.3996.942.81.32.116.113.582.63.310.310107.842.81.32.116.113.582.63.310.311129.542.81.32.116.1
9、13.582.63.310.3121512.442.81.32.116.113.582.63.310.3132017.542.81.32.116.113.582.63.310.33.2 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)4进行，并结合具体情况进行改进。本文耐火性能试验采用本课题组自行研制的小板法进行模拟。试验用小板为强度等级符合混凝土强度检验评定标准GBJlO7网标准规定的C30混凝土板，小板尺寸为300mm300mm100mm,并在距离板底25mm处布置中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
10、根。小板中钢筋和热电偶线位置布置示意图如图1所示。(a)小板平面示意图图1小板混凝土结构和热电偶布置示意图注：1.混凝土板;3.待测涂料涂层;4.热电偶线端头;5.单根12钢筋:&喷枪;7-喷枪作用面。自试验开始后用喷枪对混凝土板涂有涂料一面的中心点进行灼烧，喷枪由远宏数控生产，型号为TKT-9607,喷枪通过燃烧丁烷气体产生高温，通过热电偶线，使用型号为D3618的静态应变采集箱采集2h内图1中编号4所对应的钢筋表面以及混凝土表面的温度变化情况，记录试验数据。3.3 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JGT24-2000中进行。粘结强度按以下式计算：b=A式中：b为粘结
11、强度，Pa；P为拉伸时荷载，N：A为黏胶面积，113.4 冻融循环试验方法冻融循环试验按照混凝土结构防火涂料(GA28375-2012)41进行。3.5 干燥时间试验方法干燥时间按GBZT(1728-1979)【中的乙法：指触法进行。指触法的具体操作方法为：以手指轻触涂料表面，如感到有些发粘，但无涂料粘在手指上，即认为表面干燥。由于碱矿渣隧道防火涂料的干燥时间比较短，因此每隔3分钟测一次。4试验结果及分析4.1 粘结强度碱矿渣隧道防火涂料冻融循环前后粘结强度随氢氧化钠溶液浓度增加的变化规律如图2所示。图2粘结强度试验结果从图2可以看出，冻融循环前后涂料的粘结强度随氢氧化钠溶液浓度的变化规律相近
12、:当氢氧化钠溶液浓度小于10%时，涂料粘结强度随氢氯化钠溶液浓度的增大而提高，且浓度越低时提高越明显；当氢氧化钠溶液浓度大于10%时，涂料粘结强度受氢氧化钠溶液浓度变化影响很小。这是由于当氢氧化钠溶液浓度较低时，随着氢氧化钠溶液浓度的增加，矿渣的活化程度增加，碱激发水泥的水化程度增加，导致粘结强度提高。而随着氢氧化钠溶液浓度达到一定值，强度增长速度变慢甚至停止的原因可能是受到矿渣用量的限制，因为氢氧化钠溶液浓度提高的过程中，矿渣的用量是不变的。由于混凝土结构防火涂料(GA28375-2012)41要求冻融循环后粘结强度不低于0.15MPa,因此氢氧化钠溶液浓度至少要达到3%。4.2 耐火性能碱
13、矿渣隧道防火涂料耐火性能随氢氧化钠溶液浓度增加的变化规律如图3所示。(a)混凝土表明温度(b)钢筋表面温度图3耐火性能试验结果观察图3可以发现，激发剂浓度的高低对耐火性能的影响很小，因此激发剂浓度不是影响耐火性能的关键因素。由于各组数据混凝土表面温度均低于380,钢筋表面温度低于250C,因此耐火性能均满足规范用的要求。4.3 干密度碱矿渣隧道防火涂料干密度随氢氟化钠溶液浓度增加的变化规律如图4所示。5602468101214161820C(%)图4干密度试验结果观察图4并与图2对比可以发现，干密度随氢氧化钠溶液浓度变化关系与粘结强度随氢氧化钠溶液浓度变化规律相似。因此导致干密度产生这种变化规
14、律的原因可能与碱激发水泥的水化程度有关。氢氧化钠溶液浓度低于10%时，随着氢氧化钠溶液浓度的增加，矿渣的活化程度增加，碱激发水泥的水化程度增加，更多的游离水转化为化学结合水，涂料的干密度增加。由于受到矿渣用量的限制，当氢氧化钠溶液浓度高于10%,浓度再增加，涂料的干密度增加很少。规范要求涂料干密度不超过700kgm3,因此各组干密度均满足要求。4.4 干燥时间干燥时间直接影响到隧道防火涂料的施工性能，是一项很重要的指标。干燥时间随氢氧化钠溶液浓度增加的变化规律如图5所示。图5干燥时间试验结果分析图5可知，碱矿渣隧道防火涂料的干燥时间随氢氯化钠溶液浓度的增加而缩短，且浓度越低影响越明显。这是因为随着氢氧化钠溶液浓度的增加，矿渣的活化程度增加，碱激发水泥的凝结速度变快，但是受到固定碱矿渣掺量的影响，随着氢氧化钠溶液浓度的增加，凝结速度变快的速率下降。5最优性价比的配方根据试验结果，同时考虑到氢氧化钠掺量增加会增加涂料的成本，得出氢氧化钠溶液的最优浓度为4%。涂料的最优配方为表1的编号为4的配方。6结论(i)冻融循环前后涂料的粘结强度随氢氧化钠溶液浓度的变化规律相近：当氢氧化钠溶液浓度小于10%时，涂料粘结强度随氢氧化钠溶液浓度的增大而提高，且浓度越低时提高越明显；当氢氧化钠溶液浓度大于10%
