本發明涉及鋼結構防火涂料，尤其涉及一種厚型鋼結構防火涂料及其制備方法有關。
背景技術：
鋼結構作為高層建筑結構的一種形式，以其強度高、質量輕，并有良好的延伸性、抗震性和施工周期短等特點，在建筑業中得到廣泛應用，尤其在超高層及大跨度建筑等方面顯示出強大的生命力。
根據國內外有關資料報道及有關機構的試驗和統計數字表明，鋼結構建筑的耐火性能較磚石結構和鋼筋混凝土結構差，鋼結構最致命的弱點是鋼的耐火性能非常差，鋼的內部晶體組織對溫度非常敏感，鋼材的機械強度隨溫度的升高而降低，在500℃左右，其強度下降到40%～50%，鋼材的力學性能，諸如屈服點、抗壓強度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降，很快失去支撐能力，導致建筑物垮塌。鋼雖然為不燃燒材料，但卻是熱的良導體，一旦遇到高溫火焰其支撐力便會在一定時間內遭到破壞。常用鋼結構構件的耐火極限只有15～30min。說明未覆蓋耐火保護層的鋼構件的耐火極限距離防火規范的要求距離很大，根本不能滿足火災情況下對建筑防火的要求。
超薄型或薄型防火涂料具有涂覆厚度薄、飾面型好等特點，被廣泛應用于建筑防火，防火涂料層在受火時膨脹發泡，形成一層致密的防火隔熱層。但是現有的防火涂料在發泡初期隔熱能力較低，發泡后耐火時間極限及耐受溫度都不理想。
厚型防火涂料在受火時涂層基本上不發生體積變化，依靠涂層熱導率低，延滯了熱量傳向被?；牡乃俣?，防火涂料的涂層本身是不燃的，屏障熱輻射作用，避免了火焰和高溫直接攻擊.還有涂料中的有些組分遇火相互反應而生成不燃氣體的過程是吸熱反應，也消耗了大量的熱，有利于降低體系溫度，但這類涂料的導熱率往往較大，隔熱效果差.為了取得一定的防火隔熱效果，往往需要達到一定的厚度才能達到一定的防火隔熱性能要求。且增加了鋼結構的荷載，并且導致施工非常困難，特別是面對鋼結構復雜的輪廓時。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種厚型鋼結構防火涂料及其制備方法，它至少能解決上述現有鋼結構防火技術的不足，可以大幅度的提高鋼結構防火涂料的隔熱防火能力。為解決上述問題，采用了如下技術手段：
一種厚型鋼結構防火涂料，包括有按重量百分比計的如下組分：
1～50%的水泥粘結料；
1～20%的粉煤灰；
1～30%的耐火粘土；
1～30%的碳酸鈣；
1～20%的疏水性二氧化硅氣凝膠；
1～20%的膨脹珍珠巖；
0.01～2%的引氣劑；
0.01～2%的保水劑；
0.01～5%的阻燃劑；
0.01～2%的觸變劑；
0.1～5%的纖維。
在一個實施例中，組分配比是：
30%的水泥粘結料；
8%的粉煤灰；
11%的耐火粘土；
15%的碳酸鈣；
10%的疏水性二氧化硅氣凝膠；
23%的膨脹珍珠巖；
0.03%的引氣劑；
0.4%的保水劑；
1%的阻燃劑；
0.07%的觸變劑；
1.5%的纖維。
在一個實施例中，所述水泥粘結料優選為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、火山灰水泥一種或幾種的組合。
在一個實施例中，所述疏水性二氧化硅氣凝膠優選為表面經過硅烷基疏水基團取代羥基的一種球形顆粒，直徑在1～100nm。
在一個實施例中，所述疏水性二氧化硅氣凝膠的密度優選為30～100kg/m3。
在一個實施例中，所述膨脹珍珠巖優選為開放孔的內部多孔的一種輕質填料，堆積密度為40～100 kg/m3，粒徑在5mm以下。
在一個實施例中，所述引氣劑優選為十二烷基硫酸鈉，其他的例如松香樹脂類、脂肪醇磺酸鹽類、皂苷類以及蛋白質鹽、石油磺鹽酸等引氣劑也可以替代本發明中的十二烷基硫酸鈉，但成本會增加，或者使用條件受限制。
在一個實施例中，所述保水劑優選為羥丙基甲基纖維素，其他的例如羧甲基纖維素、羥乙基纖維素等也可以替代本發明中的羥丙基甲基纖維素，但成本會增加，或者保水性能受限制。
在一個實施例中，所述阻燃劑優選為氫氧化鋁，其他的例如有機阻燃劑和無機阻燃劑，鹵系阻燃劑和非鹵系阻燃劑。也可以替代本發明中的氫氧化鋁作為阻燃劑，但成本會增加，或者環保、毒性問題受限制。
在一個實施例中，所述纖維優選為硅酸鋁纖維，直徑在5mm以下，長度小于15mm。
厚型鋼結構防火涂料的制備方法，包括如下步驟：
S1：按照組合物配比對各組合物進行備料；
S2：將疏水性二氧化硅氣凝膠加入到為40～60vol.%的酒精水溶液中配成粘度為600～1000pa?s的溶液，形成疏水性二氧化硅氣凝膠懸濁液；
S3：將膨脹珍珠巖倒入S2所得懸濁液中攪拌；
S4：將S3所得懸液進行脫水烘干；
S5：將水泥粘結料、粉煤灰、耐火粘土、碳酸鈣、保水劑、引氣劑、阻燃劑、觸變劑、纖維與S4中干燥后的膨脹珍珠巖混合均勻之后，得到涂料。
所述的步驟S3中，攪拌速度為10～100r/pm，時間為25～60min。
所述的步驟S4中，脫水烘干的溫度為60～105℃，烘干時間為1～2.5h。
所述的步驟S5中，混合是用無重力臥式混合機混合均勻，攪拌速度為60～120r/pm，攪拌時間為6～10min。
所述的步驟S3中，膨脹珍珠巖需要經過預處理，是指將膨脹珍珠巖預先在含有1～5wt%的硅烷偶聯劑的乙醇溶液中浸泡處理2～4h，再經過過濾、烘干處理；浸泡溫度控制在30～45℃，膨脹珍珠巖與乙醇溶液的重量比是1：20～35；所述的硅烷偶聯劑選自KH550、KH560或者KH570。
本發明的組合物為粉末混合物。當與水混合后，形成厚型鋼結構防火涂料。根據具體用途，可以通過加水量的多少來調節涂料的粘度。本發明進一步的實施案例可以將本發明的厚型鋼結構防火涂料噴涂或鑄造后進行凝固，制成一種板材、板條、耐火異形件。
本發明中的硅酸鹽水泥，具有火山灰性質的粉煤灰，通過C-S-H反應，可以明顯提高粘結料的耐火性；同時粉煤灰和水泥的水化副產物氫氧化鈣反應掉，避免氫氧化鈣在高溫下遇熱分解，導致強度損失。
本發明中的耐火粘土，又稱無序高嶺石。以高嶺石為主要礦物成分的天然硅酸鋁質材料， Al2O3含量>30%，耐火度>1580℃，由硅酸鹽質巖石風化作用形成。當環境溫度在950±50℃左右，耐火粘土的液相產生，隨著莫來石晶體逐漸長大，黏土開始燒結，當溫度超過1250℃，燒結基本完成，燒結好的結構可以承受高達1350～1400℃的高溫，使得鋼結構保持較好的穩定結構；還有一點，耐火粘土遇熱，釋放水蒸氣，可以起到阻燃劑的作用。
本發明中的碳酸鈣作為填充料，碳酸鈣在溫度到825℃就熱解成氧化鈣和二氧化碳，這個過程是強吸熱過程，同時釋放的二氧化碳能阻隔氧氣。
本發明中的阻燃劑優選為氫氧化鋁，氫氧化鋁在300℃就熱解成氧化鋁和水蒸汽，這個過程是強吸熱過程，同時釋放的水蒸氣能減緩溫度的上升。
本發明中的纖維優選為硅酸鋁纖維，既可作為輕質保溫隔熱填料，又可作為維持高溫時粘結料不喪失強度，減少收縮應力；尤其在高溫粘結料二次燒結時，更能發揮作用，耐火溫度高達1400℃。
本發明的制備方法中，首先通過疏水性二氧化硅氣凝膠分散于粘性溶液中，再加入開放孔膨脹珍珠巖，可以使疏水性二氧化硅氣凝膠填充到開放孔膨脹珍珠巖中，極大的降低了材料的導熱系數，提高了材料的隔熱能力，阻擋住熱量的傳遞以及熱輻射。另外，通過將孔膨脹珍珠巖的表面進行硅烷偶聯劑預處理之后，使其能更好地吸附疏水性二氧化硅氣凝膠，達到了降低導熱系數的效果。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例，將本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描繪的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l明中的實施例，對于本領域技術人員來說，在不脫離本發明思路的前提下，做出若干調整和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。
實施例1
S0：一種厚型鋼結構防火涂料由以下按重量百分比計的組合物構成：硅酸鹽水泥30%，粉煤灰8%，耐火粘土11%，碳酸鈣20%，疏水性二氧化硅氣凝膠5%，膨脹珍珠巖23%，引氣劑十二烷基硫酸鈉0.03%，保水劑羥丙基甲基纖維素0.4%，阻燃劑氫氧化鋁1%，德國畢克BYK-410觸變劑0.07%，硅酸鋁纖維1.5%。
所述疏水性二氧化硅氣凝膠中的顆粒為表面經過硅烷基疏水基團取代羥基的一種球形顆粒，直徑在1～100nm，疏水性二氧化硅氣凝膠的密度為40kg/m3，膨脹珍珠巖為開放孔的內部多孔的一種輕質填料，堆積密度為55 kg/m3，粒徑在5mm以下；纖維為硅酸鋁纖維，直徑在5mm以下，長度小于15mm。
S1：按照組合物配比對各組合物進行備料。
S2：將疏水性二氧化硅氣凝膠加入到為40vol.%的酒精水溶液中配成粘度為600pa?s的溶液，形成疏水性二氧化硅氣凝膠懸濁液。
S3：將膨脹珍珠巖倒入懸濁液中，攪拌速度為60r/pm，時間為40min,利用膨脹珍珠巖易吸水的特點，將懸濁液吸附到內部孔洞中。
S4：將吸附了懸濁液的膨脹珍珠巖進行100℃脫水烘干1.5h，水分蒸發后，疏水性二氧化硅氣凝膠保存在膨脹珍珠巖內部的孔洞中。
S5：將剩余組合物水泥粘結料、粉煤灰、碳酸鈣、耐火粘土、保水劑、引氣劑、阻燃劑、觸變劑、纖維與干燥后的膨脹珍珠巖用無重力臥式混合機混合均勻，攪拌速度為80r/pm,攪拌時間為8min。
S6：計量包裝，獲得厚型鋼結構防火涂料。
實施例2
S0：一種厚型鋼結構防火涂料由以下按重量百分比計的組合物構成：硅酸鹽水泥30%，粉煤灰8%，耐火粘土11%，碳酸鈣15%，疏水性二氧化硅氣凝膠10%，膨脹珍珠巖23%，引氣劑十二烷基硫酸鈉0.03%，保水劑羥丙基甲基纖維素0.4%，阻燃劑氫氧化鋁1%，德國畢克BYK-410觸變劑0.07%，硅酸鋁纖維1.5%。
所述疏水性二氧化硅氣凝膠中的顆粒為表面經過硅烷基疏水基團取代羥基的一種球形顆粒，直徑在1～100nm，疏水性二氧化硅氣凝膠的密度為40kg/m3，膨脹珍珠巖為開放孔的內部多孔的一種輕質填料，堆積密度為55 kg/m3，粒徑在5mm以下；纖維為硅酸鋁纖維，直徑在5mm以下，長度小于15mm。
S1：按照組合物配比對各組合物進行備料。
S2：將疏水性二氧化硅氣凝膠加入到為60vol.%的酒精水溶液中配成粘度為1000pa?s的溶液，形成疏水性二氧化硅氣凝膠懸濁液。
S3：將膨脹珍珠巖倒入懸濁液中，攪拌速度為60r/pm，時間為40min,利用膨脹珍珠巖易吸水的特點，將懸濁液吸附到內部孔洞中。
S4：將吸附了懸濁液的膨脹珍珠巖進行100℃脫水烘干1.5h，水分蒸發后，疏水性二氧化硅氣凝膠保存在膨脹珍珠巖內部的孔洞中。
S5：將剩余組合物水泥粘結料、粉煤灰、耐火粘土、碳酸鈣、保水劑、引氣劑、阻燃劑、觸變劑、纖維與干燥后的膨脹珍珠巖用無重力臥式混合機混合均勻，攪拌速度為80r/pm，攪拌時間為8min。
S6：計量包裝，獲得厚型鋼結構防火涂料。
實施例3
S0：一種厚型鋼結構防火涂料由以下按重量百分比計的組合物構成：硅酸鹽水泥30%，粉煤灰8%，耐火粘土11%，碳酸鈣10%，疏水性二氧化硅氣凝膠15%，膨脹珍珠巖23%，引氣劑十二烷基硫酸鈉0.03%，保水劑羥丙基甲基纖維素0.4%，阻燃劑氫氧化鋁1%，德國畢克BYK-410觸變劑0.07%，硅酸鋁纖維1.5%。
所述疏水性二氧化硅氣凝膠中的顆粒為表面經過硅烷基疏水基團取代羥基的一種球形顆粒，直徑在1～100nm，疏水性二氧化硅氣凝膠的密度為40kg/m3，膨脹珍珠巖為開放孔的內部多孔的一種輕質填料，堆積密度為55 kg/m3，粒徑在5mm以下；纖維為硅酸鋁纖維，直徑在5mm以下，長度小于15mm。
S1：按照組合物配比對各組合物進行備料。
S2：將疏水性二氧化硅氣凝膠加入到為50vol.%的酒精水溶液中配成粘度為800pa?s的溶液；將的疏水性二氧化硅氣凝膠上述溶液中，形成疏水性二氧化硅氣凝膠懸濁液。
S3：將膨脹珍珠巖倒入懸濁液中，攪拌速度為60r/pm，時間為40min,利用膨脹珍珠巖易吸水的特點，將懸濁液吸附到內部孔洞中。
S4：將吸附了懸濁液的膨脹珍珠巖進行100℃脫水烘干1.5h，水分蒸發后，疏水性二氧化硅氣凝膠保存在膨脹珍珠巖內部的孔洞中。
S5：將剩余組合物水泥粘結料、粉煤灰、耐火粘土、碳酸鈣、保水劑、引氣劑、阻燃劑、觸變劑、纖維與干燥后的膨脹珍珠巖用無重力臥式混合機混合均勻，攪拌速度為80r/pm,攪拌時間為8min。
S6：計量包裝，獲得厚型鋼結構防火涂料。
實施例4
與實施例3的區別在于：膨脹珍珠巖經過硅烷偶聯劑預處理。
S0：一種厚型鋼結構防火涂料由以下按重量百分比計的組合物構成：硅酸鹽水泥30%，粉煤灰8%，耐火粘土11%，碳酸鈣10%，疏水性二氧化硅氣凝膠15%，膨脹珍珠巖23%，引氣劑十二烷基硫酸鈉0.03%，保水劑羥丙基甲基纖維素0.4%，阻燃劑氫氧化鋁1%，德國畢克BYK-410觸變劑0.07%，硅酸鋁纖維1.5%。
所述疏水性二氧化硅氣凝膠中的顆粒為表面經過硅烷基疏水基團取代羥基的一種球形顆粒，直徑在1～100nm，疏水性二氧化硅氣凝膠的密度為40kg/m3，膨脹珍珠巖為開放孔的內部多孔的一種輕質填料，堆積密度為55 kg/m3，粒徑在5mm以下；纖維為硅酸鋁纖維，直徑在5mm以下，長度小于15mm。
S1：按照組合物配比對各組合物進行備料。
S2：將疏水性二氧化硅氣凝膠加入到為50vol.%的酒精水溶液中配成粘度為800pa?s的溶液；將的疏水性二氧化硅氣凝膠上述溶液中，形成疏水性二氧化硅氣凝膠懸濁液。
S3：將膨脹珍珠巖預先在含有3wt%的KH550硅烷偶聯劑的乙醇溶液中浸泡處理3h，浸泡溫度控制在40℃，膨脹珍珠巖與乙醇溶液的重量比是1：30，經過過濾、烘干后得到預處理后的膨脹珍珠巖。將預處理后的膨脹珍珠巖倒入懸濁液中，攪拌速度為60r/pm，時間為40min,利用膨脹珍珠巖易吸水的特點，將懸濁液吸附到內部孔洞中。
S4：將吸附了懸濁液的膨脹珍珠巖進行100℃脫水烘干1.5h，水分蒸發后，疏水性二氧化硅氣凝膠保存在膨脹珍珠巖內部的孔洞中。
S5：將剩余組合物水泥粘結料、粉煤灰、耐火粘土、碳酸鈣、保水劑、引氣劑、阻燃劑、觸變劑、纖維與干燥后的膨脹珍珠巖用無重力臥式混合機混合均勻，攪拌速度為80r/pm,攪拌時間為8min。
S6：計量包裝，獲得厚型鋼結構防火涂料。
對照例1
與實施例3的區別在于：疏水性二氧化硅氣凝膠的加入步驟不是在S2中，而是在S5中與其它組分同時加入。
S0：一種厚型鋼結構防火涂料由以下按重量百分比計的組合物構成：硅酸鹽水泥30%，粉煤灰8%，耐火粘土11%，碳酸鈣10%，疏水性二氧化硅氣凝膠15%，膨脹珍珠巖23%，引氣劑十二烷基硫酸鈉0.03%，保水劑羥丙基甲基纖維素0.4%，阻燃劑氫氧化鋁1%，德國畢克BYK-410觸變劑0.07%，硅酸鋁纖維1.5%。
所述疏水性二氧化硅氣凝膠中的顆粒為表面經過硅烷基疏水基團取代羥基的一種球形顆粒，直徑在1～100nm，疏水性二氧化硅氣凝膠的密度為40kg/m3，膨脹珍珠巖為開放孔的內部多孔的一種輕質填料，堆積密度為55 kg/m3，粒徑在5mm以下；纖維為硅酸鋁纖維，直徑在5mm以下，長度小于15mm。
S1：按照組合物配比對各組合物進行備料。
S3：將膨脹珍珠巖倒入實施例3步驟S2中相同體積的50vol.%的酒精水溶液中，攪拌速度為60r/pm，時間為40min,；
S3：將吸附了懸濁液的膨脹珍珠巖進行100℃脫水烘干1.5h，水分蒸發后，得到干燥后的膨脹珍珠巖。
S4：將疏水性二氧化硅氣凝膠、水泥粘結料、粉煤灰、耐火粘土、碳酸鈣、保水劑、引氣劑、阻燃劑、觸變劑、纖維、疏水性二氧化硅氣凝膠與干燥后的膨脹珍珠巖用無重力臥式混合機混合均勻，攪拌速度為80r/pm,攪拌時間為8min。
S5：計量包裝，獲得厚型鋼結構防火涂料。
對照例2
與實施例3的區別在于：未加入硅酸鋁纖維，其重量由硅酸鹽水泥替代。
S0：一種厚型鋼結構防火涂料由以下按重量百分比計的組合物構成：硅酸鹽水泥31.5%，粉煤灰8%，耐火粘土11%，碳酸鈣10%，疏水性二氧化硅氣凝膠15%，膨脹珍珠巖23%，引氣劑十二烷基硫酸鈉0.03%，保水劑羥丙基甲基纖維素0.4%，阻燃劑氫氧化鋁1%，德國畢克BYK-410觸變劑0.07%。
所述疏水性二氧化硅氣凝膠中的顆粒為表面經過硅烷基疏水基團取代羥基的一種球形顆粒，直徑在1～100nm，疏水性二氧化硅氣凝膠的密度為40kg/m3，膨脹珍珠巖為開放孔的內部多孔的一種輕質填料，堆積密度為55 kg/m3，粒徑在5mm以下；纖維為硅酸鋁纖維，直徑在5mm以下，長度小于15mm。
S1：按照組合物配比對各組合物進行備料。
S2：將疏水性二氧化硅氣凝膠加入到為50vol.%的酒精水溶液中配成粘度為800pa?s的溶液；將的疏水性二氧化硅氣凝膠上述溶液中，形成疏水性二氧化硅氣凝膠懸濁液。
S3：將膨脹珍珠巖倒入懸濁液中，攪拌速度為60r/pm，時間為40min,利用膨脹珍珠巖易吸水的特點，將懸濁液吸附到內部孔洞中。
S4：將吸附了懸濁液的膨脹珍珠巖進行100℃脫水烘干1.5h，水分蒸發后，疏水性二氧化硅氣凝膠保存在膨脹珍珠巖內部的孔洞中。
S5：將剩余組合物水泥粘結料、粉煤灰、耐火粘土、碳酸鈣、保水劑、引氣劑、阻燃劑、觸變劑與干燥后的膨脹珍珠巖用無重力臥式混合機混合均勻，攪拌速度為80r/pm,攪拌時間為8min。
S6：計量包裝，獲得厚型鋼結構防火涂料。
根據GB14907-2002鋼結構防火涂料中厚型防火涂料性能指標的要求，對實施例一，二，三樣品進行檢測，結果見下表：
表1
表2
從表1和表2中可以看出，本發明提供的涂料在鋼結構表面具有較好的附著力、耐候性、導熱性等。實施例3相對于實施例4可以看出，通過將膨脹珍珠巖進行了硅烷偶聯劑改性之后，可以較好地將疏水性二氧化硅氣凝膠吸附于孔道中，提高隔熱性，使耐火極限值得到；實施例3相對于對照例1可以看出，疏水性二氧化硅氣凝膠的加入步驟必須是制備得到懸浮液之后再與膨脹珍珠巖進行預吸附，才能拿其產生效果，而與其它組分同時加入時，則不能形成孔道填充的作用；實施例3相對于對照例2來說，可以看出硅酸鋁纖維的加入可以較好地產生提高涂層強度、提高耐火效果的作用。