專利名稱：改性的可噴射波特蘭水泥基耐火組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明步涉及可噴射耐火組合物。
眾所周知，應(yīng)用水硬性膠凝料漿對金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行噴射，是為了在其表面上提供耐熱涂層。美國專利US3，719，513和US3，839，059描述了石膏基配方。該配方除了石膏膠結(jié)劑外，還含有無機(jī)輕骨料，如蛭石，以及纖維素這樣的纖維物質(zhì)和空氣引氣劑。這樣的料漿一般是在地面準(zhǔn)備好之后，再泵送到應(yīng)用的位置上，在哪兒將其噴施到基體上。應(yīng)用的位置常常超過二三十層高并帶有提升結(jié)構(gòu)。這樣在配方和制備方面，料漿的可泵送性是一個至關(guān)重要的標(biāo)準(zhǔn)。也就是它們必須能保持大量的水，而借助這些水，能夠容易泵送并達(dá)到相當(dāng)?shù)母叨?，還有要保持足夠的稠度以防止成份的離析或凝固，并具有適當(dāng)?shù)那夷軌蛞越o定的厚度對基體履蓋。涂層混合物在料漿狀態(tài)和干燥狀態(tài)都必須粘附在基體上，并且混合物必須在沒有過度伸縮的條件下凝固，而這種伸縮能夠形成嚴(yán)重阻止干燥涂層隔熱的裂效。
美國專利US4，757，024(將該文獻(xiàn)引入本文作為參考)使我們知道可噴射膠凝性組合物含有粉碎的聚苯乙烯，它在耐火組合物中作為輕骨料。水硬性膠結(jié)劑是優(yōu)選石膏，但也能用波特蘭水泥代替。事實(shí)上，波特蘭水泥能典型地用在與高位交通工程有關(guān)的應(yīng)用中，并作膠結(jié)劑，因?yàn)樗嗪褪嘞啾染哂懈叩膹?qiáng)度。
然而與波特蘭水泥基耐火組合物相關(guān)的一個問題是與石膏基組合物相比，波特蘭水泥基耐火組合物具有相對較差的可懸掛性，(在一次噴施后，物質(zhì)懸掛的厚度)，因?yàn)樗诓ㄌ靥m水泥混合物中趨向于離析，這是由其水化過程慢所致。此外，對于波特蘭水泥而言，其凝固時間相對較長，對于給定的基體，每天只能作一次噴施，這樣噴施的厚度就不充分，而且，直到第一次噴施上去的物質(zhì)凝固前，第二次的噴施還不能進(jìn)行。如企圖過早地進(jìn)行第二次噴施將導(dǎo)致剝落。如果在一個典型地八小時工作日里，多次噴施不能進(jìn)行，那么勞動力成本必然增加，并且所完成工作的時間也同樣增加。
與石膏基組合物不同，石膏基組合物可以用明礬容易地加速凝固，如在非?？拷鼑娮斓牡胤娇商崆澳?，(象前文US4，904，503和US4，934，596(這兩篇文獻(xiàn)引入本文作為參考)所描述的)，明礬不能加速波特蘭水泥的凝固以便有足夠的時間在一天內(nèi)完成多次噴施。另外，考慮到硫酸鋁的腐蝕性，不應(yīng)將其用作速凝劑。因?yàn)樗軐?dǎo)致熱軋鋼基體的嚴(yán)重腐蝕。
因此，耐火工業(yè)一直在長時間探索波特蘭水泥基的可噴射耐火材料，該材料可以在一天時間里對諸如鋼之類的基體進(jìn)行多次噴施，并且，即使多次噴施，仍具有改善的懸掛性。
現(xiàn)有技術(shù)問題已被本發(fā)明克服，本發(fā)明提供了一種可噴施耐火材料，該材料能夠消除先前所提的凝固時間長，并改善了波特蘭水泥基組合物的懸掛性。總的說來，本發(fā)明，可噴射耐火組合物，它含有波特蘭水泥基材料，該材料在傳統(tǒng)的漿式攪拌機(jī)中與水混合并通過各種類型的設(shè)備泵送。這種材料能夠被噴施在鋼柱式鋼梁上。這種產(chǎn)品通過干混波特蘭水泥，灰泥(本文定義為半水硫酸鈣)和其它添加劑如粉碎的發(fā)泡聚苯乙烯，淀粉，粘合和水泥強(qiáng)度增強(qiáng)劑的混合物的方式生產(chǎn)。通過加入水，干混合物形成可泵送，可噴施的料漿，優(yōu)選加入一種速凝劑，更優(yōu)選的是在靠近噴施的位置加入。
本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使波特蘭水泥基耐火材料加速凝固，可以完成反復(fù)多次的噴施并使懸掛性得到改善。凝固的加速是由于加入灰泥所致，凝固能被充分地延遲以便能泵送和噴施，例如一種緩凝劑、優(yōu)選蛋白質(zhì)高強(qiáng)緩凝劑(由US.Gypsum商購)，其用量為組合物重量的約0至約1.0%，優(yōu)選約0至0.6%。緩凝劑的用量可以變化，主要取決于水泥和所用的灰泥。凝固的加速被波特蘭水泥/灰泥混合物的初始快速硬化所證實(shí)。硫酸鋁的加入最好是在接近噴射的位置上。例如采用美國專利US.4，904，503或US.4，934，596所述的方法和設(shè)備以但提高凝結(jié)的速度。這種快速凝固對于在幾小時內(nèi)第二次用這種材料噴射足夠了。特別是將波特蘭水泥/灰泥的配合物與明礬一起噴施時，灰泥的凝固足以導(dǎo)致波特蘭水泥基體的硬化和使組合物的固有強(qiáng)度增長加快。并且，灰泥的凝固能夠產(chǎn)生對基體迅速的力學(xué)附著。這種附著對于不剝落的第二次噴施是足夠強(qiáng)的。明礬的注入盡可能地靠近噴射的位置，以便使材料能在特定的位置迅速凝固。
本發(fā)明的耐火組合物，優(yōu)選含有粉碎的發(fā)泡聚苯乙烯作為骨料。該組合物的懸掛性部分地取決于組合物中的非粉碎的發(fā)泡聚苯乙烯的量的最小化。發(fā)泡聚苯乙烯的“粉碎”最好符合特定的粒子尺寸分布，保留在12＃標(biāo)準(zhǔn)篩(0.0661英寸孔)上的量，以及通過30＃標(biāo)準(zhǔn)篩并保留在325＃篩上的粒子的數(shù)量用美國專利US4，989，464所描述的方法決定。(該文獻(xiàn)引入本文作為參考)。保留在12＃篩上合適的數(shù)量(粒子)，按重量百分比計為約0%至約20%，優(yōu)選約0至約10%通過30＃篩(0.0234英寸孔)的及保留在325＃篩(0.0017英寸孔)上的合適的粒子數(shù)量應(yīng)小于約40%重量，優(yōu)選少于約30%。
由于本發(fā)明的耐火組合物一般作為干物料運(yùn)送到施工地點(diǎn)，并通過加入適當(dāng)數(shù)量的水形成料漿，這樣，制備和實(shí)施過程可能要橫跨許多小時，因此混合物的凝固時間通常被大大地延遲以便提供可接受的現(xiàn)場適用期。在攪拌機(jī)中的緩凝與在噴施中所希望的速凝相矛盾，因此，達(dá)到緩凝與速凝的精確平衡是困難的。很顯然，混合物如在料倉中基本上硬化，就會失去可泵送性并對準(zhǔn)備的噴施毫無用處。通過向灰泥中添加緩凝劑，被緩凝的材料在攪拌機(jī)中不會硬化，并且該緩凝劑對在噴嘴處的快硬沒有任何明顯的影響。由于這些原因，緩凝劑的加入是優(yōu)選的。
能夠滿意的抵消料漿的緩凝，并且對料漿或作為施工對象的基體不產(chǎn)生有害影響的任何速凝劑都可應(yīng)用。速凝劑優(yōu)選的用量應(yīng)足以在噴施1.5小時內(nèi)使料漿充分地凝固，以便能進(jìn)行下一次噴施而不剝落。所要求的具體數(shù)量取決于速凝劑的類型以及耐火組合物其它成份的性能?？蓱?yīng)用的速凝劑例子有，硫酸鋁，硝酸鋁，硝酸鐵，硫酸鐵，硫酸鉀，硫酸，碳酸鈉，碳酸氫鈉，醋酸，其中，明礬特別優(yōu)選。
本發(fā)明能夠用類型1至類型5的波特蘭水泥，但用類型1特別優(yōu)選。干混合物的體積密度在10至18pcf之間，優(yōu)選在12-15pcf的范圍內(nèi)，產(chǎn)品的最后干密度在15-30pcf之間，優(yōu)選在22至26pcf的范圍內(nèi)。干物料以1.3∶1至1.6∶1的比率(水∶固)混合。按照本發(fā)明，合適的產(chǎn)品通過干混下列組份的混合物生產(chǎn)。
波特蘭水泥，50-90%灰泥，4-30%緩凝劑，0-1%粉碎聚苯乙烯，0-5%優(yōu)選2-3%粘土，2-8%纖維素(骨料)0-8%空氣引氣劑0.2-2%玻璃纖維0-4%甲基纖維素0-1%優(yōu)選的產(chǎn)品，其成份在下列組成范圍波特蘭水泥67-74%灰泥12-18%緩凝劑0-0.6%粉碎聚苯乙烯2.5-3%粘土(增強(qiáng)劑)2-6%纖維素2-6%空氣引氣劑0.2-0.5%玻璃纖維1.5-3%甲基纖維素0.2-0.5%殺生物劑0.02%或足以抑制有害(AngusChemical出售的Amical/wp)細(xì)菌生成的量硫酸鋁速凝劑優(yōu)選以37%的溶液形式使用，并在噴嘴注入料漿中達(dá)到高達(dá)3%的水平。
也可以加入其它任何成份，如加入玻璃纖維來控制收縮，甲基纖維素和其它本領(lǐng)域公知的合適的增稠劑，還有如月桂基硫酸鈉的空氣引氣劑，及抑制細(xì)菌形成的殺生物劑。
采用本發(fā)明的耐火組合物時，第二次噴施能夠在第一次噴施后大約1-2小時內(nèi)優(yōu)選約1.5小時內(nèi)進(jìn)行而不剝落。懸掛性得到改善;單獨(dú)的一次噴射典型地厚度能達(dá)到約3/4-1英寸，事實(shí)上，甚至能夠達(dá)到1.5英寸的厚度。傳統(tǒng)的波特蘭水泥基組合物一般只能掛到1/2-5/8英寸的厚度。
實(shí)例1制備下列配方NOZL.維卡數(shù)據(jù)(mm)/小時配方%灰泥,%水泥,干堆積密度,不能注射,可注射對照085.712.414.511.51877.511.8129.521273.412.6118.531669.313.29.56.542461.212.3108以上各配合料中的水泥均是1型波特蘭水泥。將各配合料噴施到鋼結(jié)構(gòu)件上，其中按美國專利US4.904.503的指導(dǎo)加入2.6%的明礬。12%和16%配合料在1-1.5小時內(nèi)充分凝固，從而使下一次的噴施能夠進(jìn)行。12%和16%配合料的第一次噴施厚度為3/4-7/8英寸，在第二次噴施后總的厚度可達(dá)到1.5-2英寸。而對照配方的第一次噴施的涂層厚度在5/8英寸以下。第二次噴施(總涂層厚度為1.5英寸)試圖在1.5小時后進(jìn)行，但是，發(fā)生剝落。特別是第二次噴施不僅導(dǎo)致第二次噴上去的材料剝落，而且還導(dǎo)致第一次噴上去的涂層也部分剝落。這說明第一次噴施形成的涂層在1.5小時的時間間隔內(nèi)與基體粘接的不充分牢固。
維卡實(shí)驗(yàn)是對材料流動和硬化的測試。硬度一般能顯示產(chǎn)品懸掛是否好。維卡讀數(shù)越低，產(chǎn)品越硬。維卡數(shù)優(yōu)選低于約10mm，更優(yōu)選是約8mm或更低。盡管實(shí)例1中的配方4的維卡讀數(shù)似乎極好，而事實(shí)上，含有24%灰泥的配方在料倉中太硬而使其工作性變差。為了使這些配方能得到商業(yè)應(yīng)用，額外的水是必需的，從而增加了適用的組合物的最后維卡數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.波特蘭水泥基可噴射耐火組合物，該組合物含有水泥，灰泥和速凝劑。
2.權(quán)利要求1的可噴射耐火組合物，還含有灰泥緩凝劑。
3.權(quán)利要求1的可噴射耐火組合物還含有粉碎的聚苯乙烯。
4.干組合物含有波特蘭水泥和灰泥;所說的組合物通過加入水可提供可凝固的料漿，這種料漿能夠噴施到鋼基體上，并且在噴施后，以料漿狀態(tài)和隨后的凝固狀態(tài)粘附在所說的基體上;噴施后，所說的料漿含有速凝劑，所說的速凝和所說的灰泥的數(shù)量使噴施后的所說的料漿在八小時內(nèi)凝固以便在其上面至少第二次噴施所說的料漿。
5.權(quán)利要求4的干組合物還含有灰泥緩凝劑。
6.權(quán)利要求4的干組合物，其中所說的速凝劑和所說的灰泥以一定的數(shù)量存在使噴施后的所說的料漿在約1至2小時內(nèi)充分地凝固，以便允許所說的料漿在其上面進(jìn)行至少第二次的噴施。
7.權(quán)利要求4的干組合物還含有粉碎的聚苯乙烯骨料。
8.由可噴射的耐火組合物對鋼基體進(jìn)行多次噴施涂層的方法，該方法包括混和含有波特蘭水泥和灰泥的混合物;加入水以形成可噴射的料漿;把所說的料漿輸往噴嘴;在輸送前或輸送過程中或輸送后，在盡可能靠近所說的噴嘴處引入速凝劑;在所說的基體上噴射所說的料漿的第一次涂層;使所說的第一次涂層凝固到足以保持住第二次涂層;噴施所說料漿的第二次涂層。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所說的干混步驟還包括將灰泥緩凝劑加到所說的混合物中。
10.權(quán)利要求9的方法，還包括以足夠的數(shù)量提供所說的灰泥，緩凝劑和速凝劑，以防止所說的料漿凝固到阻止所說的輸送的程度，同時，使所說的料漿噴施到所說的基體上，在最多為8小時的時間間隔內(nèi)，凝固的程度足以允許所說的料漿對所說的基體進(jìn)行第一次噴施而不產(chǎn)生剝落。
11.權(quán)利要求9的方法，其中所說的灰泥，緩凝劑和速凝劑要有充足的數(shù)量以便讓所說的料漿噴施到所說的基體上在1.5小時內(nèi)凝固。
12.權(quán)利要求8的方法，其中所說的料漿第一次涂層，噴施厚度超過5/8英寸。
13.權(quán)利要求8的方法，其中所說的料漿的所說的第一次涂層和第二次涂層的平均總厚度大約為1.5-2英寸。
14.權(quán)利要求8的方法，其中所說的干混步驟還包括把粉碎的聚苯乙烯加入到所說的混合物中。
全文摘要
提供用于如鋼柱的結(jié)構(gòu)件的可噴耐火組合物和噴涂多涂層的方法。該組合物含波特蘭水泥基料，灰泥和速凝劑。它消除典型波特蘭水泥基料的長凝結(jié)時間并改善其懸掛性。產(chǎn)品是將波特蘭水泥、灰泥(半水硫酸鈣)和任選的灰泥緩凝劑及碎聚苯乙烯粒料的混合物干混制成。加水后形成能泵到施工點(diǎn)的可噴料漿。速凝劑在最靠近噴射點(diǎn)加入。也可有其它外加劑，如淀粉，粘接劑和水泥強(qiáng)度增加劑。料漿以漿狀附在結(jié)構(gòu)件上，凝固后提供極好的防火防熱作用。由于噴施時料漿凝結(jié)較快，在一日內(nèi)可多次噴涂。
文檔編號C04B28/04GK1083453SQ9310572
公開日1994年3月9日 申請日期1993年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月16日
發(fā)明者R·P·佩里托 申請人:格雷斯公司