專利名稱：改良的可噴涂波特蘭水泥基防火復合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可噴涂的防火復合材料。
眾所周知，為了在金屬構(gòu)件上提供一種耐熱涂層，要把所用的水硬水泥漿噴涂到金屬構(gòu)件上去。U.S專利Nos.3719513和3839059公開了一個以石膏為基礎(chǔ)的配方，除石膏粘結(jié)劑外，它還包括一輕質(zhì)的無機集料如蛭石，一纖維狀物如纖維素及一種載氣劑。這種漿料一般在地面上制備，再用泵壓送到施工地點，在那里再把它們噴到基底上。施工地點常超過20或30層，這涉及到高層建筑。因而，漿料的可泵性是漿料的配方和制備中一個重要標準。因此，它們必須合大量水，這可使它們?nèi)菀妆盟偷胶芨咛?，它們還必須保持足夠的稠度以防止配料的分離和沉降，并允許在給定的厚度時有適當?shù)摹爱a(chǎn)率”或適當?shù)幕赘采w度。涂層混合物必須在漿料狀態(tài)或干燥狀態(tài)都能粘著到基底上?；旌衔锬虝r必須無過分的膨脹或收縮，否則會形成斷裂，這將嚴重妨礙干涂層的絕緣值。
U.S專利No.4751024的公開說明書在此引作參考。它講述了含切碎了的聚苯乙烯作輕質(zhì)集料的可噴涂的防火的水泥復合材料。水泥粘結(jié)劑最佳的是石膏，但可用波特蘭水泥替代。其實，波特蘭水泥在涉及交通繁忙區(qū)的應(yīng)用中常用作粘結(jié)劑，因為水泥比石膏堅固。
但是，以波特蘭水泥基的防火復合材料的一個問題是，與石膏基的復合材料相比可附著性相當差(在一次施用中可被使用的材料厚度叫可附著性)，因為在波特蘭水泥混合物中，由于比較慢的水化過程，水將會分離出來。此外，由于波特蘭水泥凝固需要時間比較長，在給定的基底上每天只能進行一次噴涂施工。噴涂施工的厚度不夠，而第二次施工必需要到第一次施工凝固后才能進行。試圖過早涂第二層會導致脫落發(fā)生。若在一個8小時工作日內(nèi)不能進行多次施工，人工成本必然增加，完成任務(wù)的時間也必然增加。
例如像U.S專利No.4904503和4934596(其說明書在此引作參考)中所述，在噴咀附近，石膏作基礎(chǔ)的復合材料可很容易用明礬加速，但明礬不能加速波特蘭水泥到足夠快，以允許一天多次施工。此外，由鋁酸鈉的腐蝕性來看，鋁酸鈉不應(yīng)該用作加速劑，因為它嚴重腐蝕熱的滾動著的鋼基底材料。
因此，防火工業(yè)一直在尋找一種以波特蘭水泥為基礎(chǔ)的可噴涂的防火材料，它可以每天多次施工應(yīng)用到如鋼這樣的基底材料上，又表現(xiàn)出改良了的可附著性，盡管多次施工。
本發(fā)明已解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種可噴涂的防火材料，它消除了前面提到的長時間凝固問題，又改進了波特蘭水泥基礎(chǔ)的復合材料的可附著性。一般來說，本發(fā)明的噴涂防火復合材料包括一波特蘭水泥基礎(chǔ)材料，用水把它在常規(guī)的漿式混合器中混合，再通過各類設(shè)備泵送。再把此料噴涂到鋼梁和鋼柱上。產(chǎn)品是由干混合波特蘭水泥，灰泥(這里限定是硫酸鋁半水化合物)，和其它添加劑，例如碎泡沫聚苯乙烯，淀粉，膠粘劑和水泥強度增強劑等的混合物而制得。加水后，干料變成可泵，可噴涂的漿料。最好加入加速劑且在噴射處附近加入。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，能使波特蘭水泥為基礎(chǔ)的防火料凝固加速的物料能多次施工并改進其可附著性。凝固加速是由于加入了灰泥，這種加速中用一緩凝劑，最好是一種蛋白質(zhì)的高強度緩凝劑(商業(yè)上可得的，來自U.S Gypsum)來充分延緩使其能泵送和噴涂，加入的量為復合材料重量的0～1.0％，最好為0～0.6％。緩凝劑的量可以變化，這取決于所用的特定的水泥和灰泥。加速凝固可由波特蘭水泥/灰泥基質(zhì)最初的較快變硬來證實。加硫酸鋁，最好是按U.S.專利No.4904503或U.S.專利No.4934596中所述的方法和裝置，在噴涂地點附近加入可加快凝固過程的速度。這較快凝固足以允許在幾小時內(nèi)對被噴涂材料進行第二次施工。特別是當波特蘭水泥/灰泥配料注入明礬時，灰泥凝固，這使波特蘭水泥基質(zhì)變硬并加快了復合材料粘著強度的增加?；夷嗟哪桃矊е滤^快地機械附著到基底上。這種附著強到可在8小時內(nèi)，或一個工作日內(nèi)能第二次施工而不脫落下來。在噴射點附近注射明礬可使材料在一特定區(qū)域很快凝固(亦即在一基底上而不是在復合材料混合的加料斗里)。
該防火復合材料最好含碎泡沫聚苯乙烯作一種集料。本材料的可附著性部分取決于最大限度減少材料中未粉碎泡沫聚苯乙烯的量。泡沫聚苯乙烯的“粉碎”最好符合特定的粒子大小分布，這種分布可用保留在一標準#12篩(有0.0661英寸孔)上粒子的量和通過標準#30篩，保留在#325篩上粒子的量來表示，具體可按U.S.專利No.4989464(其說明書在此引作參考)中描述的方法來確定。保留在#12篩上的粒子合適用量以重量百分數(shù)表示為0～20％，在0～10％為更好。通過#30篩(有0.0234英寸孔)和保留在#325篩(有0.0017英寸孔)上的粒子合適用量低于40％(按重量計)，最好低于30％。
因為配好的防火材料常以干混合物狀態(tài)運到建筑工地，加適量水形成漿料，制備和施工過程可持續(xù)好幾個小時，因此，混合物的凝固時間必須大大延續(xù)，以提供一個可接受的場地可用時間。在混合器中的這個延續(xù)與噴射施工要求的快速凝固是相互矛盾的，很難使延緩和加速達到一個微妙的平衡。顯然，混合物若在加料斗里真正變硬，就不能泵送，也不能用于原計劃的施工。加緩凝劑到灰泥中去，使緩凝了的材料不在混合器中那么快變硬，而緩凝劑對噴咀處的快速變硬也沒有更大影響。所以，建議加緩凝劑。
任何能補償漿料的緩凝，而對漿料或要施工的物料無有害影響的凝固加速劑都可使用。所用加速劑的量最好能使?jié){料在噴涂施工1.5小時內(nèi)充分凝固，以便能進行第二次噴涂施工而不脫落下來，需要的特定量依賴于加速劑的類型以及防火材料其它各成分的性質(zhì)。常用的加速劑包括硫酸鋁，硝酸鋁，硝酸鐵，硫酸鐵，硫酸鉀，硫酸，碳酸鈉，碳酸氫鈉和醋酸，用明礬為最佳。
本發(fā)明適用于波特蘭水泥1至5型，但1型為最佳。干混合物的體積密度在10～65pcf范圍內(nèi)；對低密度混合物最好在12～15pcf范圍，對高密度混合物最好在30～55pcf范圍內(nèi)。產(chǎn)品的最終干密度是在15～65pcf范圍內(nèi)；對低密度產(chǎn)品最好在22～26pcf范圍，對高密度產(chǎn)品最好在40～50pcf范圍內(nèi)。在高密度產(chǎn)品中波特蘭水泥用量比在低密度產(chǎn)品中少(因此所用水量亦少)，并且加入像砂或鋁礬土或其混合物這樣的高密度集料。任何合適等級的砂都可用，只要它對產(chǎn)品的可附著性或混合物的可泵性不產(chǎn)生有害影響。最好上述物料在爐中干燥。最好的鋁礬土是水合物并且是各種粗細級別的混合物。此外，在高密度產(chǎn)品中像粉碎的聚苯乙烯這樣的輕質(zhì)集料量被減少了。干材料與水按0.5∶1—1.6∶1(水∶固體)比例混合。根據(jù)本發(fā)明，按下列配方干混合就能得到合適的產(chǎn)品
波特蘭水泥 30-90％灰泥4-30％緩凝劑 0-1％碎的聚苯乙烯0-5％，最好為2-3％粘土2-8％纖維素(集料)0-8％載氣劑 0.2-2％玻璃纖維0-4％甲基纖維素 0-1％砂或鋁礬土 0-60％醋酸乙烯酯 0-5％優(yōu)選的低密度產(chǎn)品包括下列成分波特蘭水泥 67-74％灰泥12-18％緩凝劑 0-0.6％碎聚苯乙烯 2.5-3％粘土(增稠劑)2-6％纖維素 2-6％載氣劑 0.2-0.5％玻璃纖維1.5～3％甲基纖維素 0.2～0.5％滅菌劑 0.02％或足以阻止有害細菌形成的量(Angus化學公司售出的Amical/WP)優(yōu)選的高密度產(chǎn)品包括下列成分
波特蘭水泥40～50％灰泥 12～18％緩凝劑0～0.6％碎聚苯乙烯0～1.5％粘土(增稠劑) 2～6％纖維素2～6％載氣劑0.2～0.5％玻璃纖維 1.5～3％甲基纖維素0.2～0.5％滅菌劑0.02％或足于阻止有害細菌形成的量(Angus化學公司售出的Amical/WP)砂或鋁礬土40-55％醋酸乙烯酯1-3％優(yōu)選使用的硫酸鋁凝固加速劑是37％的溶液，在噴咀處注射到漿料中去，其量高到3％。
另一些不是非加不可的成分是玻璃纖維，它可以控制皺縮，甲基纖維素或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的其它合適的增稠劑，載氣劑，例如十二烷基硫酸鈉，以及阻止細菌形成的滅菌劑。
采用本發(fā)明的防火材料，第二次施工可在第一次噴涂后約1～2小時內(nèi)進行(噴涂)，最好在～1.5小時內(nèi)進行，不會有脫落發(fā)生，可附著性也會得到改善。一次施工常能噴涂到3/4～1英寸厚，事實上可以噴涂到1.5英寸厚，而常規(guī)的波特蘭水泥為基礎(chǔ)的“復合材料”只能附著到1/2～5/8英寸厚。
實例1制備下列配料Nozl.Vicat(MM)@1Hr配方灰泥％灰泥％干體積密度未注射注射對比0 85.7 12.4 14.5 11.51 8 77.5 11.8 129.52 1273.4 12.6 118.53 1669.3 13.2 9.5 6.54 2461.2 12.3 10.5 85 1642.0 35.2 9.0 7.06 1636.0 63.5 10.0 6.5上列每一批中的水泥是1型波特蘭水泥。按U.S.專利No.4904503所述，每一批加2.6％明礬，噴涂到鋼構(gòu)件上去。12％和16％批次在1～1.5小時內(nèi)充分凝固，可以進行第二次施工。12％和16％第一次施工厚度為3/4英寸到7/8英寸，第二次施工后總平均厚度有1.5-2英寸。至于“對比樣”，第一次施工其涂層厚度達5/8英寸。1.5小時后試進行第二次噴涂(合計總涂層厚度達1.5英寸)，但出現(xiàn)了脫落現(xiàn)象，特別是第二次施工不僅使第二層而且使第一次施工的涂層也脫落下來。這意味著第一次施工的涂層在1.5小時內(nèi)并來完全結(jié)合到基底上去。
維卡(Vicat)數(shù)據(jù)是測量材料的流動性和硬度。硬度是產(chǎn)品附著好壞的一個標志。Vicat讀數(shù)越低，產(chǎn)品越硬。較好的Vicat數(shù)是低于10mm，最好的讀數(shù)是～8mm或更小。雖然實例1中配方4的Vicat讀數(shù)似乎很好，但事實上配方中含24％灰泥，證明它在加料斗中太硬，可操作性差。為使此配方在工業(yè)上可行，需要多加水，這增加了可用材料的最終Vicat數(shù)。
權(quán)利要求
1.以波特蘭水泥為基礎(chǔ)的可噴涂的防火復合材料，它包括30-90％波特蘭水泥和4-30％灰泥的干混合物，以及高達3％的加速劑，其中干混合物體積密度范圍為約30pcf到約55pcf。
2.權(quán)利要求1的可噴涂防火復合材料，還包括一灰泥凝固延緩劑。
3.權(quán)利要求1的可噴涂防火復合材料，還包括粉碎了的聚苯乙烯。
4.權(quán)利要求1的可噴涂防火復合材料，還包括選自砂，鋁礬土和其混合物的高密度集料。
5.權(quán)利要求4的可噴涂防火復合材料，其中所說的高密度集料合40-55％砂。
6.權(quán)利要求4中的可噴涂防火復合材料，其中所說的高密度集料還含40-55％鋁礬土。
7.把可噴涂防火材料多次涂到鋼基底上去的方法，包括干混合合30-90％波特蘭水泥和4-30％灰泥的混合物，所得的干混合物體積密度為30-55％pcf；加水就形成可噴涂的漿料；傳送漿料到噴咀處；在傳送漿料到噴咀附近之前，之中或之后將凝固加速劑加到漿料中去；噴第一層漿料到鋼基底上去；讓第一層凝固到可噴涂第二層為止；在噴第一層的8小時之內(nèi)噴上第二層。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所說干混合這一步還包括加灰泥緩凝劑到混合物中去。
9.權(quán)利要求7的方法，其中干混合這一步還包括加選自砂、鋁礬土及其混合物的高密度集料。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所用的灰泥，延緩劑和加速劑的加入量，要加到能使?jié){料施工到鋼基底上后在1.5小時內(nèi)凝固。
11.權(quán)利要求7的方法，其中第一層漿料要噴涂到厚度超過5/8英寸。
12.權(quán)利要求7的方法，其中第一和第二層漿料的平均總厚度約為1.5～2英寸。
13.權(quán)利要求7的方法，其中干混合這一步還包括加粉碎了的聚苯乙烯到混合物中去。
全文摘要
本發(fā)明提供用于結(jié)構(gòu)件如鋼柱的可噴涂防火材料，及其多次噴涂方法。此材料包括波特蘭水泥基料，灰泥，高密度集料和加速劑。本材料消除了經(jīng)典波特蘭水泥基料凝固時間長的缺點，并改進了其可附著性。產(chǎn)品由干混合波特蘭水泥，高密度集料，灰泥(硫酸鈣半水合物)和任選的灰泥凝固延緩劑及碎聚苯乙烯集料的混合物制成。加水后形成可泵送到施工地的可噴涂漿料。加速劑可在噴射地點附近加入。漿料以泥漿狀附著到結(jié)構(gòu)件上，在凝固后可很好地防火防熱。由于漿料在噴射施工時凝固時間短，可在同一工作日內(nèi)進行多層涂布。
文檔編號B05D7/24GK1119662SQ9510545
公開日1996年4月3日 申請日期1995年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月9日
發(fā)明者R·P·佩里托 申請人:格雷斯公司