本發(fā)明屬于隧道防火材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，以及該砂漿的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟的飛速增長與土地資源的日益緊張，許多國家都通過加快發(fā)展鐵路、公路隧道和城市地鐵交通來緩解地上交通壓力。中國已成為世界上隧道工程建設(shè)規(guī)模最大、數(shù)量最多、發(fā)展最快、難度最高的國家。然而，我國對隧道結(jié)構(gòu)的防火保護工作起步較晚，隧道火災(zāi)事故頻發(fā)，呈逐年上升趨勢，不但造成了大量的人員傷亡與財產(chǎn)損失，而且引發(fā)了嚴重的政治影響與信任危機。因此，隧道在火災(zāi)作用下的安全性問題成為社會各階層廣為關(guān)注的重大課題。然而，我國對隧道結(jié)構(gòu)的防火保護工作起步較晚，20世紀80年代中期才開始，而限于當時的技術(shù)、經(jīng)濟狀況，僅僅在極少數(shù)隧道噴涂了防火涂料，而絕大多數(shù)隧道未采取任何防火保護措施?？梢姡覈淼阑炷两Y(jié)構(gòu)的防火保護任務(wù)十分艱巨。
隧道火災(zāi)多由汽車撞擊引起，燃燒物為汽油等有機物質(zhì)，在未采取任何防火措施的隧道中，火災(zāi)強度高達100Mw以上，是一般建筑火災(zāi)強度的10倍，在10分鐘左右，火災(zāi)溫度能夠迅速達到1000℃，最高溫度可達1200℃，屬于典型的烴類火災(zāi)。而隧道結(jié)構(gòu)由不耐高溫的鋼筋混凝土構(gòu)成，當火災(zāi)持續(xù)時間在90min以上時，隧道混凝土就會發(fā)生高溫剝落，表現(xiàn)為受火初期的爆裂剝落與受火后期的力學(xué)性能退化(強度損失)剝落，導(dǎo)致隧道大面積坍塌。尤其是高強混凝土因其優(yōu)異性能而越來越廣泛應(yīng)用于隧道結(jié)構(gòu)，由于其低滲透性，導(dǎo)致水化物水解瞬間產(chǎn)生的水蒸汽壓無法滲透釋放，加之高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使得高強混凝土結(jié)構(gòu)更易發(fā)生導(dǎo)致早期結(jié)構(gòu)爆裂性的崩塌、引起大量人員傷亡。而且火災(zāi)溫度越高，混凝土強度等級越高，高溫爆裂剝落發(fā)生的幾率和劇烈程度就越大，留給人員逃生的時間就越短。可見，火災(zāi)作用下的剝落尤其是高強混凝土導(dǎo)致的早期爆裂性坍塌，不僅限制了高強混凝土優(yōu)勢的發(fā)揮，增加了隧道結(jié)構(gòu)在火災(zāi)作用下失效的概率，而且對于人員的安全逃生造成了極大的威脅。消除或減輕混凝土在火災(zāi)高溫下的剝落是隧道混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能研究的熱點與難點課題，不僅具有極高的學(xué)術(shù)與工程應(yīng)用價值，而且具有極大的社會影響效應(yīng)。
在各種消除或減輕隧道混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)作用下剝落問題的對策中，對隧道混凝土進行表面處理的涂層技術(shù)因效果相對較好，施工方便，適用于新建與在役隧道等多方面的優(yōu)勢而備受青睞。但現(xiàn)有的涂層技術(shù)在應(yīng)用上仍然存在瓶頸問題：涂層太厚施工困難，太薄又難以承受快速升溫的熱沖擊；粘結(jié)強度偏低，車輛在隧道通行時產(chǎn)生的強風和震動極易導(dǎo)致涂層局部脫落；有機涂層如聚氨酯的發(fā)泡材料在火災(zāi)高溫下會釋放出NH3、HCN等有毒氣體，影響人員和撲救者的安全；而無機涂層如多孔陶粒砂漿容易出現(xiàn)硬而脆、產(chǎn)生龜裂脫落等不利情況；耐水性較差，涂層處于隧道的潮濕環(huán)境中，會吸水積水，甚至因而脫落。由此研發(fā)出絕熱性能卓越、厚度薄且耐熱沖擊、憎水、與混凝土粘結(jié)強度較高的涂層材料非常重要。
氣凝膠本身具有的超輕質(zhì)(0.001-0.5g/cm3)、高孔隙率(95-99.8％)、超絕熱性(25℃、1atm條件下，0.005-0.018W/(m·K))，易于功能化(添加相應(yīng)的高溫紅外輻射抑制劑石墨、TiO2等)使得這種材料在絕熱抗火方面頗具潛力。因此開發(fā)隧道高強混凝土結(jié)構(gòu)專用氣凝膠涂層砂漿材料，消除其高溫爆裂剝落或延長安全撤離時間，具有重大的現(xiàn)實研究意義與綜合學(xué)術(shù)價值。目前尚無氣凝膠砂漿作為高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落防火涂層的文獻和專利報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對目前防止混凝土尤其是高強混凝土隧道火災(zāi)高溫剝落的涂層技術(shù)不足，利用硅氣凝膠作為保溫骨料，考慮了級配，通過合理的配比，提供一種制備工藝簡單、防火性能卓越、耐水性能良好、隧道火災(zāi)高溫下燃燒無毒的隧道高強混凝土抗火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述的一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿由以下組分組成：
水泥，砂，硅灰，保溫材料，甲基纖維素醚，可分散乳膠粉，抗裂纖維，高溫抑制劑，減水劑。
作為對本發(fā)明的限定，本發(fā)明所述的水泥為強度等級42.5及以上的普通硅酸鹽水泥；所述的砂為天然中粗或細河砂；所述的硅灰為滿足中國標準GB/T27690-2011《砂漿和混凝土用硅灰》要求的合格品；所述的保溫材料為最大粒徑小于4.0mm的硅氣凝膠；所述的抗裂纖維為長度小于12mm的聚丙烯纖維；所述的高溫抑制劑為銳鈦礦型或金紅石型二氧化鈦；所述的減水劑為聚羧酸高性能減水劑。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述的一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿制備方法，包括以下步驟：
按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內(nèi)攪拌5～100s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌20～200s，最后加入硅氣凝膠，攪拌20～300s，制備出所述的高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，具體工藝流程見圖1。采用上述的技術(shù)方案后，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點：
1、本發(fā)明采用的硅氣凝膠作為防火骨料，是一種新型環(huán)保無機輕質(zhì)絕熱材料，具有絕熱性能良好、容重小、導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)點，防火性能良好。
2、本發(fā)明對于硅氣凝膠和砂的粒徑都做了篩分控制，使充當骨料的兩種材料間可以達到一個良好的級配，拌制砂漿有很好的和易性，易于施工操作，同時還會對保溫防火性能起到很好的改善作用。
3、本發(fā)明硅氣凝膠防火涂層砂漿配合比中加入二氧化鈦作為高溫紅外輻射抑制劑，能解決其表面的剝落和開裂問題，使硅氣凝膠防火涂層砂漿與隧道高強混凝土結(jié)合緊密，從而提高其抗熱震性。
4、本發(fā)明加入了適量的可分散乳膠粉后，在硅氣凝膠防火涂層砂漿中形成了連續(xù)的聚合物薄膜，提高抗裂纖維和水泥砂漿的結(jié)合力，增強砂漿的內(nèi)聚力和團聚性，改善了其物理性能；遇水后不會二次分散，阻止了水份的滲入，新拌的硅氣凝膠防火涂層砂漿的保水性得到提高，從而提高了其耐久性。
具體實施方式
本發(fā)明將就以下實施例作進一步說明，但應(yīng)了解的是，這些實施例僅為例示說明之用，而不應(yīng)被解釋為本發(fā)明實施的限制。
本發(fā)明提供一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿，由以下配比的原料組成：
水泥95-105，砂110-120，硅灰4-9，硅氣凝膠10-20，甲基纖維素醚0.3-0.8，可分散乳膠粉2.0-5.0，聚丙烯纖維0.2-0.5，二氧化鈦2.0-5.0，聚羧酸減水劑2.0-5.0。
實施例1
一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿是由下述重量百分含量的原料制成：水泥95，砂123，硅灰6.6，硅氣凝膠14.6，甲基纖維素醚0.47，可分散乳膠粉2.37，聚丙烯纖維0.28，二氧化鈦2.85，聚羧酸減水劑2.85。
按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內(nèi)攪拌15s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌30s，最后加入硅氣凝膠，攪拌120s至均勻，制備出所述的硅氣凝膠防火涂層砂漿。
參照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011制備出強度等級為C50的高強混凝土，標準養(yǎng)護28d，露天靜置55d后(室溫20±2℃)，將上述硅氣凝膠防火涂層砂漿涂覆于高強混凝土表面，涂層厚度為5mm。標準養(yǎng)護14d后，將試件置于燃燒爐內(nèi)，按照GB/T 26784-2011《建筑構(gòu)件耐火試驗可供選擇和附加的試驗程序》中的HC升溫方式燃燒，最高溫度1200℃，直至高強混凝土剝落，記錄其剝落時間，具體結(jié)果見表1。
實施例2
一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿是由下述重量百分含量的原料制成：水泥100，砂114，硅灰7，硅氣凝膠15，甲基纖維素醚0.5，可分散乳膠粉2.5，聚丙烯纖維0.3，二氧化鈦3，聚羧酸減水劑3。
按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內(nèi)攪拌20s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌40s，最后加入硅氣凝膠，攪拌150s至均勻，制備出所述的硅氣凝膠防火涂層砂漿。
參照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011制備出強度等級為C60的高強混凝土，標準養(yǎng)護28d，露天靜置45d后(室溫20±2℃)，將上述硅氣凝膠防火涂層砂漿涂覆于高強混凝土表面，涂層厚度為4mm。標準養(yǎng)護7d后，將試件置于燃燒爐內(nèi)，按照GB/T 26784-2011《建筑構(gòu)件耐火試驗可供選擇和附加的試驗程序》中的HC升溫方式燃燒，最高溫度1200℃，直至高強混凝土剝落，記錄其剝落時間，具體結(jié)果見表1。
實施例3
一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿是由下述重量百分含量的原料制成：水泥105，砂105，硅灰7.35，硅氣凝膠15.34，甲基纖維素醚0.53，可分散乳膠粉2.63，聚丙烯纖維0.32，二氧化鈦3.15，聚羧酸減水劑3.15。
按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內(nèi)攪拌30s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌60s，最后加入硅氣凝膠，攪拌150s至均勻，制備出所述的硅氣凝膠防火涂層砂漿。
參照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011制備出強度等級為C70的高強混凝土，標準養(yǎng)護28d，露天靜置55d后(室溫20±2℃)，將上述硅氣凝膠防火涂層砂漿涂覆于高強混凝土表面，涂層厚度為6mm。標準養(yǎng)護14d后，將試件置于燃燒爐內(nèi)，按照GB/T 26784-2011《建筑構(gòu)件耐火試驗可供選擇和附加的試驗程序》中的HC升溫方式燃燒，最高溫度1200℃，直至高強混凝土剝落，記錄其剝落時間，具體結(jié)果見表1。
實施例4
一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿是由下述重量百分含量的原料制成：水泥98，砂118，硅灰6.86，硅氣凝膠14.8，甲基纖維素醚0.49，可分散乳膠粉2.45，聚丙烯纖維0.29，二氧化鈦2.94，聚羧酸減水劑2.94。
按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內(nèi)攪拌30s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌90s，最后加入硅氣凝膠，攪拌180s至均勻，制備出所述的硅氣凝膠防火涂層砂漿。
參照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011制備出強度等級為C80的高強混凝土，標準養(yǎng)護28d，露天靜置50d后(室溫20±2℃)，將上述硅氣凝膠防火涂層砂漿涂覆于高強混凝土表面，涂層厚度為6mm。標準養(yǎng)護28d后，將試件置于燃燒爐內(nèi)，按照GB/T 26784-2011《建筑構(gòu)件耐火試驗可供選擇和附加的試驗程序》中的HC升溫方式燃燒，最高溫度1200℃，直至高強混凝土剝落，記錄其剝落時間，具體結(jié)果見表1。
實施例5
一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿是由下述重量百分含量的原料制成：水泥95，砂123，硅灰6.6，硅氣凝膠14.6，甲基纖維素醚0.48，可分散乳膠粉2.38，聚丙烯纖維0.29，二氧化鈦2.85，聚羧酸減水劑2.85。
按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內(nèi)攪拌20s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌120s，最后加入硅氣凝膠，攪拌120s至均勻，制備出所述的硅氣凝膠防火涂層砂漿。
參照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011制備出強度等級為C70的高強混凝土，標準養(yǎng)護28d，露天靜置60d后(室溫20±2℃)，將上述硅氣凝膠防火涂層砂漿涂覆于高強混凝土表面，涂層厚度為4mm。標準養(yǎng)護32d后，將試件置于燃燒爐內(nèi)，按照GB/T 26784-2011《建筑構(gòu)件耐火試驗可供選擇和附加的試驗程序》中的HC升溫方式燃燒，最高溫度1200℃，直至高強混凝土剝落，記錄其剝落時間，具體結(jié)果見表1。
實施例6
一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿是由下述重量百分含量的原料制成：水泥99，砂116，硅灰6.93，二氧化鈦14.9，甲基纖維素醚0.5，可分散乳膠粉2.48，聚丙烯纖維0.30，二氧化鈦2.97，聚羧酸減水劑2.97。
按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內(nèi)攪拌30s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌90s，最后加入硅氣凝膠，攪拌180s至均勻，制備出所述的硅氣凝膠防火涂層砂漿。
參照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T283-2012和《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》JGJ55-2011制備出強度等級為C60的高強混凝土，標準養(yǎng)護28d，露天靜置55d后(室溫20±2℃)，將上述硅氣凝膠防火涂層砂漿涂覆于高強混凝土表面，涂層厚度為5mm。標準養(yǎng)護28d后，將試件置于燃燒爐內(nèi)，按照GB/T 26784-2011《建筑構(gòu)件耐火試驗可供選擇和附加的試驗程序》中的HC升溫方式燃燒，最高溫度1200℃，直至高強混凝土剝落，記錄其剝落時間，具體結(jié)果見表1。
實施例7
一種高強混凝土抗隧道火災(zāi)剝落的硅氣凝膠防火涂層砂漿是由下述重量百分含量的原料制成：水泥102，砂110，硅灰7.14，硅氣凝膠15.14，甲基纖維素醚0.51，可分散乳膠粉2.55，聚丙烯纖維0.31，二氧化鈦3.06，聚羧酸減水劑3.06。
按照原料配比分別稱量各原料重量；先將水泥、砂、硅灰、可再分乳膠粉、聚丙烯纖維在無重力攪拌機內(nèi)攪拌20s形成拌合物，再加入水和減水劑充分攪拌60s，最后加入硅氣凝膠，攪拌150s至均勻，制備出所述的硅氣凝膠防火涂層砂漿。
參照JGJ/T 283-2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》與JGJ 55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》制備出強度等級為C80的高強混凝土，標準養(yǎng)護28d，露天靜置40d后(室溫20±2℃)，將上述硅氣凝膠防火涂層砂漿涂覆于高強混凝土表面，涂層厚度為4mm。標準養(yǎng)護28d后，將試件置于燃燒爐內(nèi)，按照GB/T 26784-2011《建筑構(gòu)件耐火試驗可供選擇和附加的試驗程序》中的HC升溫方式燃燒，最高溫度1200℃，直至高強混凝土剝落，記錄其剝落時間，具體結(jié)果見表1。
上述硅氣凝膠防火涂層砂漿標準養(yǎng)護28d后，參照GB/T 8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》與GB/T 5464-2010《建筑材料不燃性試驗方法》進行防火性能測試，實施例1～7產(chǎn)品的防火等級均達到A1級。
參照GB 10294-2008進行保溫性能測試，參照GB/T 5486.2-2001《無機硬質(zhì)絕熱制品實驗方法力學(xué)性能》與GB/T 20473-2006《建筑保溫砂漿》進行物理性能測試。經(jīng)實驗，各實施例的性能結(jié)果如表1所示：
表1各實施例硅氣凝膠防火涂層砂漿性能
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相對比具有以下有益效果：一、粘結(jié)強度高，和易性及耐水性好。二、利用硅氣凝膠作為防火骨料，防火效果顯著，且燃燒時不會產(chǎn)生有毒氣體，避免了污染環(huán)境。三、添加了二氧化鈦作為高溫輻射抑制劑，改善了硅氣凝膠防火涂層砂漿的抗熱震性，有效減輕了高強混凝土在隧道火災(zāi)高溫下的剝落現(xiàn)象。
以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。