自防火水泥基復合材料的制作方法

本發明涉及一種防火復合材料，特別是涉及一種自防火水泥基復合材料。

背景技術：

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

中國發明專利申請201510657437.7公開了一種基于微膠囊技術的自防火隧道混凝土襯砌結構，該結構包括普通混凝土層和自防火層。自防火層由摻有增強纖維、抗爆裂纖維和熱熔微膠囊的混凝土構成，所述熱熔微膠囊包括膠囊外殼和內部填充的防火介質。火災高溫引發微膠囊熔融破裂，內部防火芯材被釋放，并通過纖維形成的網狀通路溢出，達到自防火隔熱的效果。由于上述的熱熔微膠囊、增強纖維、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能從纖維形成的網狀通路中溢出，從而導致混凝土結構自防火效用較差，同時在火災高溫的觸發下，未與纖維形成的網狀通路有效接觸的微膠囊發生自膨脹，會對混凝結構造成一定的損傷。

技術實現要素：

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

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種自防火水泥基復合材料，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防火復合纖維和增強纖維，所述高溫觸發防火復合纖維由高溫下可熔融的外保護層包裹高溫下可發泡膨脹隔熱阻燃的防火芯材構成，在所述基體材料接觸高溫時，所有高溫觸發防火復合纖維上的外保護層受熱后熔融形成供防火芯材溢出的網狀通道。

優選地，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。

優選地，所述防火芯材包括高溫觸發阻燃材料和相變儲能材料。

優選地，所述高溫觸發阻燃材料包括脫水成碳催化劑、發泡劑和成炭劑。

優選地，所述相變儲能材料包括六水氯化鈣、聚乙二醇和石蠟。

優選地，所述增強纖維為鋼纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、硼纖維或陶瓷纖維。

優選地，所述增強纖維在基體材料中的體積摻量小于2％。

優選地，所述高溫觸發防火復合纖維和增強纖維攪拌均勻后均勻分散在基體材料中。

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

附圖說明

圖1是本發明的微觀結構示意圖

圖2是高溫觸發防火復合纖維的橫截面圖。

圖3是本發明在火災高溫下的智能防火機理示意圖。

圖4是圖3中A處的放大圖。

圖5是本發明應用于圓形隧道結構時的實施例示意圖。

圖6是本發明應用于直墻拱型隧道結構時的實施例示意圖。

圖7是本發明應用于T型梁結構時的實施例示意圖。

圖8是本發明應用于箱型梁結構時的實施例示意圖。

圖9是本發明應用于矩形截面柱結構時的實施例示意圖。

圖10是本發明應用于圓形截面柱結構時的實施例示意圖。

圖11是本發明應用于墻體結構時的實施例示意圖。

元件標號說明

1 基體材料

2 高溫觸發防火復合纖維

21 高溫觸發防火復合纖維外保護層

22 防火芯材

3 增強纖維

4 常規材料層

5 復合材料隔熱層

51 網狀通道

6 防火芯材熱觸發所形成的隔熱層

7 火災示意圖

具體實施方式

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

須知，本說明書所附圖中所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容所能涵蓋的范圍內。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，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。

如圖1至圖2所示，本發明提供一種自防火水泥基復合材料，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中摻有高溫觸發防火復合纖維2和增強纖維3，所述高溫觸發防火復合纖維由高溫下可熔融的外保護層21包裹高溫下可發泡膨脹隔熱阻燃的防火芯材22構成，在基體材料1接觸高溫時，所有高溫觸發防火復合纖維2上的外保護層21受熱后熔融形成供防火芯材22溢出的網狀通道51。由于網狀通道51是由包裹防火芯材22的外保護層21受熱熔融后直接形成的，所以高溫下的防火芯材22能夠順利的從網狀通道51中溢出，在所述自防火水泥基復合材料結構表面構成第一道具有封閉結構的隔熱層6，進而可以充分發揮水泥基復合材料的防火、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合材料結構的一定損傷。

優選地，所述外保護層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狀通道51。

優選地，所述防火芯材22由高溫觸發阻燃材料、相變儲能材料等材料制成；所述高溫觸發阻燃材料包括脫水成碳催化劑、發泡劑和成炭劑；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在高溫下會發生物理化學反應并膨脹發泡，在基體材料1內部與結構迎火面形成隔熱防火層，阻止高溫火勢的蔓延。由于高溫觸發防火復合纖維具有外保護層21，在外保護層21的保護下使得防火芯材22處于穩定的環境，避免了防火復合材料在生產、加工、制作及運營全壽命過程中環境因素(水等)與防火芯材之間發生化學反應，確保防火芯材的長期有效性。優選地，所述增強纖維3為鋼纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、硼纖維或陶瓷纖維等。增強纖維在基體材料1中的體積摻量小于2％，用于彌補由于高溫觸發復合纖維2摻入而引起的材料彈性性能的降低。優選地，所述高溫觸發防火復合纖維2和增強纖維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，本發明的自防火機理在于：

1、火災時，迎火面一定厚度的自防火水泥基復合材料中高溫觸發復合纖維2中由外保護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，從而減緩材料內部的溫升速率；同時，融熔后的高溫觸發防火復合纖維的外保護層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狀通道51；

2、由于火災高溫7的高溫觸發，高溫觸發防火復合纖維2的外保護層21在高溫下熔融，由其包裹的防火芯材22在高溫下發生物理化學反應，膨脹發泡吸熱耗能，物理化學反應后的防火芯材22在發泡氣體的驅動下填充基體材料1上前述的網狀通道51，并沿這些通道溢出，在結構表面構成了第一道具有封閉結構的由防火芯材22反應后構成的隔熱層6。

3、基體材料1連同填充其間的物理化學反應后的防火芯材22構成了第二道復合材料隔熱層5，隔熱層6及復合材料隔熱層5兩者形成的復合隔熱屏障，共同抑制基體材料1混凝土的溫度升高及高溫損傷，實現了高溫觸發條件下混凝土結構的自防火，以及防爆裂與隔熱的同步。

4、常溫下，借助增強纖維3的增強作用，彌補了由于高溫觸發防火復合纖維2摻入而引起的材料彈性性能的降低，實現了材料防火與機械性能之間的混雜效應。

與普通水泥基復合材料相比，本發明中的防火芯材22在高溫下能完全通過由外保護層21在高溫下形成的網狀通道51溢出，形成防火隔熱層6，從而能充分發揮本發明復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結構的損傷。本發明在不降低材料強度和剛度的條件下，能有效提高復合材料結構的溫控和耐火能力，更好地實現防爆裂與隔熱的同步、火災高溫觸發下的智能防火，耐久性好，長期經濟效益高，適合用于高層建筑、橋梁、隧道等工業建筑、民用建筑、交通設施結構的全壽命周期防火設計。

本發明可用于隧道襯砌(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)等結構，實現結構的自防火。此時，本發明根據結構受火情況，可為單面、雙面、三面或多面等布置形態。

綜上所述，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

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