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一种自防火材料、由其形成的自防火层和防火衬砌结构制造技术

技术编号:20928005 阅读:149 留言:0更新日期:2019-04-20 12:15
本发明专利技术提供一种自防火材料、自防火保护层和防火衬砌结构,所述自防火材料由其形成的自防火层和防火衬砌结构;所述自防火保护材料为在基体材料中添加多相纳米聚合物颗粒、防火复合膨胀纤维和增强纤维。本申请中自防火材料,由其形成的自防火层和防火材料在不改变结构尺寸、不降低结构强度的条件下,通过“吸热+散热+隔热”的方式实现结构主动式防火,确保结构防火与外力承载的协同作用。

A self-fireproof material, self-fireproof layer and lining structure formed by it

The invention provides a self-fireproof material, a self-fireproof protective layer and a fire lining structure formed by the self-fireproof material, and the self-fireproof protective material is a multi-phase NANO-POLYMER particle, a fire-proof composite expansion fiber and a reinforced fiber added to the matrix material. In this application, the self-fireproofing layer and material formed by the self-fireproofing layer can realize active structural fire prevention by means of \heat absorption + heat dissipation + heat insulation\ without changing the structural size and reducing the structural strength, so as to ensure the synergistic effect of structural fire prevention and external load-bearing.

【技术实现步骤摘要】
一种自防火材料、由其形成的自防火层和防火衬砌结构
本专利技术涉及一种防火材料,特别是涉及一种建筑领域的自防火材料、由其形成的自防火层和防火衬砌结构。
技术介绍
随着温度的上升,混凝土结构会发生复杂的理化反应,包括水热反应(100℃)、骨料脱水和分解(200~300℃)、石英体α-β相变(400℃)和氢氧化钙的解离(700℃)等等,并伴随着混凝土表面爆裂性的剥落(200~400℃)和混凝土性能(抗弯强度和弹性模量等)的急剧下降。通常认为,当混凝土结构的温度达到800℃以上,构件就基本丧失了外加荷载承载能力。而在地下结构中,火源处的峰值温度可以高达1000~1200℃。一旦未能在火灾初起控制住火情,极易造成长时间燃烧现象的发生,并对结构造成严重的不可逆转损伤。目前针对地下结构的防火方法主要为被动式防火方法,即喷涂防火涂料和覆盖防火阻燃板。但是,无论是涂料还是防火板,从材料的性质上来讲都是塑性的,也就是说这两种方法都会增加混凝土结构的额外荷载,并且不会增加结构的承载力。其次,在混凝土结构的外表面喷淋涂料或者和覆盖防火板,将会影响对隧道衬砌结构裂缝和渗漏水情况的检测,使得结构的安全留下隐患。此外,由于防火涂料在潮湿的地下环境中容易掉落,需要定期的重新喷涂防火涂料,给隧道的运营增加了极大的经济和管理负担。中国专利技术专利申请201510657437.7公开了一种基于微胶囊技术的自防火隧道混凝土衬砌结构,该结构包括普通混凝土层和自防火层。自防火层由掺有增强纤维、抗爆裂纤维和热熔微胶囊的混凝土构成,所述热熔微胶囊包括胶囊外壳和内部填充的防火介质。火灾高温引发微胶囊熔融破裂,内部防火芯材被释放,并通过纤维形成的网状通路溢出,达到自防火隔热的效果。但是,其涉及的热熔微胶囊目前尚没有成熟的加工手段,在目前技术手段条件下制作的微胶囊往往尺寸较大,不能保证其与混凝土基体的充分接触,难以确保微胶囊可以按照预期在高温下触发并发泡,也不能满足实际工程中较大的需求量。并且,其自防火层涉及的聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维和聚丙烯腈纤维等,在高温作用下仅能通过熔化留下纤维孔道,难以相互连接形成网状通路,无法保证微胶囊中的防火介质能从纤维形成的网状通路中溢出,从而导致混凝土结构自防火效果较差。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点,本专利技术的目的在于提供一种自防火材料,由其形成的自防火层和防火衬砌结构,用于解决现有技术中用于混凝土防火技术中不能有效防御以及成本高不能工业化生产的问题。为实现上述目的及其他相关目的,本专利技术是通过以下技术方案获得的。本专利技术首先提供一种自防火保护材料,所述自防火保护材料包括基体材料,所述自防火保护材料为在基体材料中添加多相纳米聚合物颗粒、防火复合膨胀纤维和增强纤维。本申请中所述基体材料为现有技术中常用于形成建筑结构的材料,优选地,所述基体材料至少包括水、水泥、砂和混凝土。所述基体材料还可以包括石子。其之间各组分的比例可以根据实际的施工需要进行调整。优选地,所述多相纳米聚合物颗粒包括聚合物连续相基体和改性剂,其中聚合物连续相基体占多相纳米聚合物颗粒总质量的70wt%~80wt%。优选地,所述多相纳米聚合物颗粒还包括碳酸钙镁石和/或水菱镁矿粉末。更优选地,以多相纳米聚合物颗粒的总质量为基准计,所述碳酸钙镁石和/或水菱镁矿粉末的添加量为5wt%~10wt%。添加碳酸钙镁石和/或水菱镁矿粉末有助于增强多相纳米聚合物颗粒的发泡和阻燃效果。优选地,所述碳酸钙镁石和/或水菱镁矿粉末为纳米尺寸。更优选地,所述聚合物连续相基体选自聚丙烯或聚乙烯中的一种或两种。更优选地,所述改性剂选自天然硅酸盐蒙脱土、粉煤灰地质聚合物和水玻璃碱矿渣中的一种或多种。采用上述工业废料作为改性剂以形成多相纳米聚合物颗粒的分散相。更优选地,所述改性剂为纳米尺寸。优选地,所述多相纳米聚合物颗粒为将各成分混合后造粒获得。更为优选地,所述多相纳米聚合物颗粒为由各原料组分通过螺杆机挤出后注射成型获得。通过螺杆挤出机的方法将改性剂均匀地分散在聚合物连续相基体中。优选地,所述防火复合膨胀纤维包括聚合物连续相基体、防火发泡固体混合物和硬脂酸。优选地,以所述防火复合膨胀纤维的原料组分的总质量为基准计,所述聚合物连续相基体的含量为60wt%~70wt%。优选地,以所述防火复合膨胀纤维的原料组分的总质量为基准计,所述硬脂酸的含量为10wt%~20wt%。优选地,所述聚合物连续相基体为选自聚丙烯和聚乙烯中的一种或多种。优选地,所述防火发泡固体混合物包括聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇。优选地,所述防火发泡固体混合物为将各组分混合获得。优选地,聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇的质量比为(1~3):(1~3):1。优选地,所述增强纤维为选自玻璃纤维、玄武岩纤维和陶瓷纤维中的一种或多种。优选地,所述增强纤维在基体材料中的体积掺量为0.35%~2%。本申请中的体积掺量是以基体材料的总体积为基准计。优选地,所述多相纳米聚合物颗粒在基体材料中的的体积掺量为2%~5%。优选地,所述防火复合膨胀纤维在基体材料中的的体积掺量为2%~5%。本专利技术还提供了由上述所述自防火保护材料形成的自防火保护层。本专利技术另一方面还公开了自防火保护层的制备方法,将自防火保护材料混合后一体浇筑形成。混合后多相纳米聚合物颗粒、防火复合膨胀纤维和增强纤维均匀分散在基体材料中。本专利技术另一方面提供一种防火衬砌结构,所述防火材料包括结构层和设在结构层表面的自防火保护层,所述结构层为常规混凝土层或钢筋混凝土层。本申请中所述的结构层为现有技术中用于形成混凝土衬砌结构的承载层,其可以采用现有技术中承载层材料,一般来说,所述承载层材料至少包括水、水泥、砂、混凝土和钢筋等。其配方可以根据具体的施工的需要进行选择和设定。优选地,所述结构层为一体浇筑形成。优选地,所述自防火保护层一体浇筑在所述结构层表面。优选地,所述自防火保护层的厚度至少为3cm。本专利技术还公开了如上述所述的自防火保护层和衬砌结构在隧道结构中的用途。本申请中要求保护的上述所述的防火材料的的作用机理如下:1.在正常工作状态下,结构层和自防火保护层共同承受外部荷载和结构自重,借助增强纤维的增强作用,弥补了由于多相纳米聚合物颗粒和防火复合膨胀纤维掺入而引起的混凝土性能下降,实现了结构防火与承载的协同作用。2.在发生火灾时,本专利技术涉及的主动式防火材料对高温的响应可以划分为四个阶段:(i)防火复合膨胀纤维熔化(吸热)。在火灾的初期(<200℃),由于复合膨胀纤维中防火发泡固体混合物中的聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇的熔点都在150~250℃,防火复合膨胀纤维发生熔化,吸收大量热量,并随着聚磷酸铵–三聚氰胺–季戊四醇组成的发泡膨胀系统发生复杂理化反应,产生一定量的氨气和二氧化碳,起到一定的阻燃效果;(ii)纤维孔道贯通(散热)。随着防火复合膨胀纤维的进一步发泡和炭化,发泡产物(泡沫状阻燃成分和氨气等气体成分)不断堆积产生较大的驱动力,使得纤维在自防火保护层中的孔道相互贯通,形成网状的纤维通路(散热路径),并产生大量的微裂隙,进一步增加自防火保护层的导热率;(iii)阻燃材料溢出(隔热)。当温度达到400℃以上,多相纳米聚合物颗粒在高温的触发下开始剧烈的发泡,产生大量的泡沫状阻燃材料,填充由于纤维本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种自防火保护材料,所述自防火保护材料包括基体材料,其特征在于,所述自防火保护材料为在基体材料中添加多相纳米聚合物颗粒、防火复合膨胀纤维和增强纤维。

【技术特征摘要】
1.一种自防火保护材料,所述自防火保护材料包括基体材料,其特征在于,所述自防火保护材料为在基体材料中添加多相纳米聚合物颗粒、防火复合膨胀纤维和增强纤维。2.根据权利要求1所述的自防火保护材料,其特征在于,包括如下特征中的一种或多种:所述增强纤维在基体材料中的体积掺量为0.35%~2%;所述多相纳米聚合物颗粒在基体材料中的体积掺量为2%~5%;所述防火复合膨胀纤维在基体材料中的体积掺量为2%~5%。3.根据权利要求1所述的自防火保护材料,其特征在于,所述多相纳米聚合物颗粒包括聚合物连续相基体和改性剂,其中聚合物连续相基体占多相纳米聚合物颗粒总质量的70wt%~80wt%。4.根据权利要求3所述的自防火保护材料,其特征在于,包括如下特征中的一种或多种:所述多相纳米聚合物颗粒还包括碳酸钙镁石和/或水菱镁矿粉末;以多相纳米聚合物颗粒总质量为基准计,所述碳酸钙镁石和/或水菱镁矿粉末的添加量为5wt%~10wt%;所述碳酸钙镁石和/或水菱镁矿粉末为纳米尺寸。5.根据权利要求3所述的自防火保护材料,其特征在于,包括如下特征中的一种或多种:所述聚合物连续相基体选自聚丙烯或聚乙烯中的一种或两种;所述改性剂选自天然硅酸盐蒙脱土、粉煤灰地质聚合物和水...

【专利技术属性】
技术研发人员:闫治国张通朱合华丁文其郭超
申请(专利权)人:同济大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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