自防火水泥基復(fù)合材料的制作方法

本發(fā)明涉及一種防火復(fù)合材料，特別是涉及一種自防火水泥基復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

火災(zāi)溫度高(可達(dá)1000℃以上)、升溫速度快(具有熱沖擊的特點)、持續(xù)時間長，大火不僅會造成慘重的人員傷亡和設(shè)施損毀，而且會對建筑材料或鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度造成永久性的損害，如混凝土高溫爆裂、保護(hù)層剝落、鋼筋出露失效、混凝土耐久性降低等。為減少火災(zāi)帶來的損害，各種防火材料應(yīng)運而生。

中國發(fā)明專利申請201510657437.7公開了一種基于微膠囊技術(shù)的自防火隧道混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括普通混凝土層和自防火層。自防火層由摻有增強(qiáng)纖維、抗爆裂纖維和熱熔微膠囊的混凝土構(gòu)成，所述熱熔微膠囊包括膠囊外殼和內(nèi)部填充的防火介質(zhì)。火災(zāi)高溫引發(fā)微膠囊熔融破裂，內(nèi)部防火芯材被釋放，并通過纖維形成的網(wǎng)狀通路溢出，達(dá)到自防火隔熱的效果。由于上述的熱熔微膠囊、增強(qiáng)纖維、抗爆裂纖維均勻攪拌，高度分散在自防火層中，無法保證微膠囊中的防火介質(zhì)能從纖維形成的網(wǎng)狀通路中溢出，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)自防火效用較差，同時在火災(zāi)高溫的觸發(fā)下，未與纖維形成的網(wǎng)狀通路有效接觸的微膠囊發(fā)生自膨脹，會對混凝結(jié)構(gòu)造成一定的損傷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種自防火水泥基復(fù)合材料，在高溫下能夠保證防火芯材從高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維上的外保護(hù)層受熱后熔融形成供防火芯材溢出的網(wǎng)狀通道溢出，從而有效地提高復(fù)合材料自防火的效用，更好的實現(xiàn)防爆裂與隔熱的同步、火災(zāi)熱觸發(fā)下的智能防火。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種自防火水泥基復(fù)合材料，包括基體材料，所述基體材料為水泥漿體、砂漿或普通混凝土，所述基體材料中摻有高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維和增強(qiáng)纖維，所述高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維由高溫下可熔融的外保護(hù)層包裹高溫下可發(fā)泡膨脹隔熱阻燃的防火芯材構(gòu)成，在所述基體材料接觸高溫時，所有高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維上的外保護(hù)層受熱后熔融形成供防火芯材溢出的網(wǎng)狀通道。

優(yōu)選地，所述的低熔點聚合物為聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維、聚酰胺纖維、芳綸纖維、奧綸纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、維尼綸纖維、聚酰亞胺纖維中的一種或幾種混合。

優(yōu)選地，所述防火芯材包括高溫觸發(fā)阻燃材料和相變儲能材料。

優(yōu)選地，所述高溫觸發(fā)阻燃材料包括脫水成碳催化劑、發(fā)泡劑和成炭劑。

優(yōu)選地，所述相變儲能材料包括六水氯化鈣、聚乙二醇和石蠟。

優(yōu)選地，所述增強(qiáng)纖維為鋼纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、硼纖維或陶瓷纖維。

優(yōu)選地，所述增強(qiáng)纖維在基體材料中的體積摻量小于2％。

優(yōu)選地，所述高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維和增強(qiáng)纖維攪拌均勻后均勻分散在基體材料中。

如上所述，本發(fā)明涉及的自防火水泥基復(fù)合材料，能有效地提高復(fù)合材料自防火的效用，更好的實現(xiàn)防爆裂與隔熱的同步、火災(zāi)熱觸發(fā)下的智能防火。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的微觀結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維的橫截面圖。

圖3是本發(fā)明在火災(zāi)高溫下的智能防火機(jī)理示意圖。

圖4是圖3中A處的放大圖。

圖5是本發(fā)明應(yīng)用于圓形隧道結(jié)構(gòu)時的實施例示意圖。

圖6是本發(fā)明應(yīng)用于直墻拱型隧道結(jié)構(gòu)時的實施例示意圖。

圖7是本發(fā)明應(yīng)用于T型梁結(jié)構(gòu)時的實施例示意圖。

圖8是本發(fā)明應(yīng)用于箱型梁結(jié)構(gòu)時的實施例示意圖。

圖9是本發(fā)明應(yīng)用于矩形截面柱結(jié)構(gòu)時的實施例示意圖。

圖10是本發(fā)明應(yīng)用于圓形截面柱結(jié)構(gòu)時的實施例示意圖。

圖11是本發(fā)明應(yīng)用于墻體結(jié)構(gòu)時的實施例示意圖。

元件標(biāo)號說明

1 基體材料

2 高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維

21 高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維外保護(hù)層

22 防火芯材

3 增強(qiáng)纖維

4 常規(guī)材料層

5 復(fù)合材料隔熱層

51 網(wǎng)狀通道

6 防火芯材熱觸發(fā)所形成的隔熱層

7 火災(zāi)示意圖

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。

須知，本說明書所附圖中所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容所能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實施的范疇。

如圖1至圖2所示，本發(fā)明提供一種自防火水泥基復(fù)合材料，包括基體材料1，所述基體材料1為水泥漿體、砂漿或普通混凝土，所述基體材料1中摻有高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維2和增強(qiáng)纖維3，所述高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維由高溫下可熔融的外保護(hù)層21包裹高溫下可發(fā)泡膨脹隔熱阻燃的防火芯材22構(gòu)成，在基體材料1接觸高溫時，所有高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維2上的外保護(hù)層21受熱后熔融形成供防火芯材22溢出的網(wǎng)狀通道51。由于網(wǎng)狀通道51是由包裹防火芯材22的外保護(hù)層21受熱熔融后直接形成的，所以高溫下的防火芯材22能夠順利的從網(wǎng)狀通道51中溢出，在所述自防火水泥基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面構(gòu)成第一道具有封閉結(jié)構(gòu)的隔熱層6，進(jìn)而可以充分發(fā)揮水泥基復(fù)合材料的防火、防爆裂、隔熱的效能，同時可以避免因為高溫下防火芯材的自膨脹造成的水泥基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的一定損傷。

優(yōu)選地，所述外保護(hù)層21為聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、聚丙烯腈纖維、聚酰胺纖維、芳綸纖維、奧綸纖維、聚酯纖維、尼龍纖維、維尼綸纖維、聚酰亞胺纖維中的一種或幾種混合。上述纖維均為低熔點聚合物，在高溫作用下可熔融消散，在基體材料1中形成不同尺度的網(wǎng)狀通道51。

優(yōu)選地，所述防火芯材22由高溫觸發(fā)阻燃材料、相變儲能材料等材料制成；所述高溫觸發(fā)阻燃材料包括脫水成碳催化劑、發(fā)泡劑和成炭劑；所述相變儲能材料包括六水氯化鈣、聚乙二醇和石蠟等。所述防火芯材22在高溫下會發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)并膨脹發(fā)泡，在基體材料1內(nèi)部與結(jié)構(gòu)迎火面形成隔熱防火層，阻止高溫火勢的蔓延。由于高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維具有外保護(hù)層21，在外保護(hù)層21的保護(hù)下使得防火芯材22處于穩(wěn)定的環(huán)境，避免了防火復(fù)合材料在生產(chǎn)、加工、制作及運營全壽命過程中環(huán)境因素(水等)與防火芯材之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，確保防火芯材的長期有效性。優(yōu)選地，所述增強(qiáng)纖維3為鋼纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、硼纖維或陶瓷纖維等。增強(qiáng)纖維在基體材料1中的體積摻量小于2％，用于彌補(bǔ)由于高溫觸發(fā)復(fù)合纖維2摻入而引起的材料彈性性能的降低。優(yōu)選地，所述高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維2和增強(qiáng)纖維3攪拌均勻后均勻分散在基體材料1中。

如圖3至圖4所示，本發(fā)明的自防火機(jī)理在于：

1、火災(zāi)時，迎火面一定厚度的自防火水泥基復(fù)合材料中高溫觸發(fā)復(fù)合纖維2中由外保護(hù)層包裹著的防火芯材中的相變儲能材料將吸收大量的熱量，從而減緩材料內(nèi)部的溫升速率；同時，融熔后的高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維的外保護(hù)層21(例如，低熔點聚酯K-150熔點為145～155℃,PE在220℃左右熱熔分解)在基體材料1中形成了不同尺度的網(wǎng)狀通道51；

2、由于火災(zāi)高溫7的高溫觸發(fā)，高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維2的外保護(hù)層21在高溫下熔融，由其包裹的防火芯材22在高溫下發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，膨脹發(fā)泡吸熱耗能，物理化學(xué)反應(yīng)后的防火芯材22在發(fā)泡氣體的驅(qū)動下填充基體材料1上前述的網(wǎng)狀通道51，并沿這些通道溢出，在結(jié)構(gòu)表面構(gòu)成了第一道具有封閉結(jié)構(gòu)的由防火芯材22反應(yīng)后構(gòu)成的隔熱層6。

3、基體材料1連同填充其間的物理化學(xué)反應(yīng)后的防火芯材22構(gòu)成了第二道復(fù)合材料隔熱層5，隔熱層6及復(fù)合材料隔熱層5兩者形成的復(fù)合隔熱屏障，共同抑制基體材料1混凝土的溫度升高及高溫?fù)p傷，實現(xiàn)了高溫觸發(fā)條件下混凝土結(jié)構(gòu)的自防火，以及防爆裂與隔熱的同步。

4、常溫下，借助增強(qiáng)纖維3的增強(qiáng)作用，彌補(bǔ)了由于高溫觸發(fā)防火復(fù)合纖維2摻入而引起的材料彈性性能的降低，實現(xiàn)了材料防火與機(jī)械性能之間的混雜效應(yīng)。

與普通水泥基復(fù)合材料相比，本發(fā)明中的防火芯材22在高溫下能完全通過由外保護(hù)層21在高溫下形成的網(wǎng)狀通道51溢出，形成防火隔熱層6，從而能充分發(fā)揮本發(fā)明復(fù)合材料的自防火隔熱功能；同時因為能充分溢出，所以不存在因防火芯材22自膨脹而造成基體材料1結(jié)構(gòu)的損傷。本發(fā)明在不降低材料強(qiáng)度和剛度的條件下，能有效提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的溫控和耐火能力，更好地實現(xiàn)防爆裂與隔熱的同步、火災(zāi)高溫觸發(fā)下的智能防火，耐久性好，長期經(jīng)濟(jì)效益高，適合用于高層建筑、橋梁、隧道等工業(yè)建筑、民用建筑、交通設(shè)施結(jié)構(gòu)的全壽命周期防火設(shè)計。

本發(fā)明可用于隧道襯砌(如圖5和圖6所示)、T型梁(如圖7所示)、箱型梁(如圖8所示)、柱(如圖9和圖10所示)和墻體(如圖11所示)等結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自防火。此時，本發(fā)明根據(jù)結(jié)構(gòu)受火情況，可為單面、雙面、三面或多面等布置形態(tài)。

綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。