不同激发剂对碱矿渣隧道防火涂料抗振动风吸耦合性能的影响.docx

不同激发剂对碱矿渣隧道防火涂料抗振动风吸耦合性能的影响摘要：碱矿渣隧道防火涂料是通过钢质夹具外挂重块代表风吸力，然后在经改装过的电磁式垂直振动台上振动，模拟隧道防火涂料在隧道中的振动风吸环境，进行振动风吸耦合试验，结合孔结构和SEM分别研究氢氧化钠和复合激发剂对碱矿渣隧道防火涂料抗振动风吸耦合性能的影响，其中复合激发剂由中性钠盐激发剂（硫酸钠：P.O425普通硅酸盐水泥=6：4）和水玻璃混合而成。试验结果表明，随着复合激发剂中水玻璃的增加，碱矿渣隧道防火涂料的破坏时间增加。当复合激发剂中水玻璃：中性钠盐激发剂二80：20时，配方最优，总孔体积和平均孔径均小于氢氧化钠作为激发剂的矿渣隧道防火涂料,浆体与膨胀珍珠岩界面更加密实，其破坏时间与氢氧化钠作为激发剂的碱矿渣隧道防火涂料相比提高了22%o当最优配方的振动风吸耦合时间为30min时，粘结强度损失率只降低了3.4%,且破坏时间远长于单掺水玻璃或中性钠盐为激发剂的碱矿渣隧道防火涂料,复合激发剂更能提高碱矿渣隧道防火涂料的抗振动风吸耦合性能。关键字：振动风吸耦合；隧道防火涂料；碱矿渣；粘结强度1前言我国的隧道工程自80年代至二十一世纪以来，得到了飞速的发展，我国作为发展中国家，随着国力的增强、国家人口数量迅速的增长，人们对交通道路建设的要求越来越高，修建各式各样的隧道和地下铁路成为当务之急。随着隧道建设的蓬勃发展，隧道火灾问题也日益突出。因此，当隧道发生火灾事故时，其造成的危害是相当严重的，会造成中断行车时间长、抢救极其困难、经济损失大等严重后果，并可能会产生一些列社会问题由于人们对隧道火灾的重视程度与日俱增，隧道防火涂料便随之孕育而生。在1837年,1ouisPaCmboenf开创性的研制出了第一种防火涂料，为日后防火涂料的发展打下了坚实的基础。目前隧道防火涂料中用的主要粘结材料是普通硅酸盐水泥。与普通硅酸盐水泥相比,碱矿渣隧道防火涂料特色更加明显，通过查阅相关文献可以发现，碱矿渣水泥具有的良好的耐火性能、抗冻融循环性能、耐腐蚀性能。因此将碱矿渣水泥应用于隧道防火涂料中有得天独厚的优势。隧道在运营过程中，当车辆穿越隧道时，车辆轮系与地面之间产生动力相互作用，形成振动源，振动能量通过地面传递给隧道衬砌和周围地层，引起隧道结构和地层的振动响应。当车辆在过往隧道的过程中，尤其是列车高速通过隧道时，又会对隧道产生一定的风吸力，因此隧道长时间处于振动和风吸的环境中。在隧道中，由于往来车辆的影响隧道防火涂料处于振动和风吸环境中，对隧道防火涂料的粘结性能有不利的影响。因此，研究振动和风吸对隧道防火涂料的粘结性能影响显得很有必要。目前在可查的文献中并未有振动及风吸对隧道防火涂料粘结性能影响的研究,相关研究主要集中在振动对隧道整体影响及风吸对列车影响：潘昌实，梁波通过列车荷载周期特点用类似激振形式的函数表达列车荷载。H1mt研究了交通引起的大地振动，Ng主要研究了地铁列车。孙晓静通过对北京地铁的实测数据得出了路面车流和地铁车流地表响应主频。FUjiiU3等对于高速列车交会时的空气动力学做出了研究。田红旅E等对列车空气动力学做了大量的研究。除此之外，之前许多研究表明，复合激发剂对碱矿渣水泥性能的提高有积极的影响。PUertaS阿、史才军冈等认为碱溶液的性质，特别是其中阴离子团种类与浓度是影响碱矿渣水泥性能的最主要因素。采用自行研发的振动风吸耦合试验方法对碱矿渣隧道防火涂料进行振动风吸耦合试验，研究复合激发剂对碱矿渣隧道防火涂料抗振动风吸耦合性能的影响。2原材料采用的隧道防火涂料为本课题组研发的碱矿渣隧道防火涂料。市面上的隧道防火涂料通常是由粘结材料、耐火隔热材料、发泡材料、助剂等四部分组成皿，本配方剔除了传统隧道防火涂料中的聚磷酸钺、三聚氨胺以及季戊四醇等发泡材料，并用碱矿渣水泥替代传统隧道防火涂料中的普通水泥。氢氯化钠:由北京康普汇维科技有限公司生产，为颗粒状，纯度为99%。无水硫酸钠:采用上海埃彼化学试剂有限公司生产的无水硫酸钠，为颗粒状，纯度为99%o水玻璃:采用的水玻璃（Na2SiO3）由品杰仪器有限责任公司提供，其中NaSiO3固体含量为36.0%,SQ含量为27.22%,NazO含量为8.78%。矿渣:来自福州泰宁混凝土厂，S95级别，化学成分见表1。可再分散乳胶粉：可再分乳胶粉主要作为辅助黏结材料，试验中所采用的可再分乳胶粉为英国康凯尔公司生产，型号COnCare1A4500。其主要理化性能指标见表2。聚乙烯醇（PVA）：为福州四方化工有限公司生产的粉末聚乙烯醉，型号为：1788-125,白色粉末状，无臭、无味，细度为160目。聚丙烯纤维：用于提高涂料抗裂性能。试验采用聚丙烯纤维为滨州恒泰化纤制品有限公司产品。主要技术指标如表3。表1矿渣各组分含量（）成分SiO2A12O3Fe2O3CaOMgOSO3TiO2Na2O烧失量含量32.8513.010.2937.4410.781.912.150.320.2注：样品在105C下干燥2小时后进行检测，烧失温度为950C。表2可再分散乳胶粉理化性能固含量（）灰分（）玻璃化温度（）粒径（目）粘度(cps)99±110±2-4125IOs(1%)表3聚丙烯纤维主要技术指标项目名称技术指标项目名称技术指标纤维直径抗拉强度30m纤维长度>350MPa断裂拉伸强度6mm>15%熔点I65-I75°C燃点590°C密度0.91kgm3分散性优抗酸碱性强抗老化性强导电性低安全性无毒材料膨胀珍珠岩：采用福州友程耐火材料有限公司的产品，粒径约为3mm,容重：830Nm具有质轻、绝热、无毒、吸声、无味、不燃等特点，耐高温性可达13(XrC。膨胀蛭石：采用福州友程耐火材料有限公司的产品，粒径小于2mm,褐红色，容重：5300Nm3o海泡石:采用的海泡石为南阳市卧龙区磊宝海泡石加工有限公司产品，容重:6518Nm3,耐高温可达1700eCo空心漂珠：采用的空心漂珠为河南信阳天梯矿业开发总公司生产的产品，粒径小于0.9mm,容重：3385Nm常温导热系数0.035W(mK),耐高温可达1360。氢氧化铝：采用天津市福晨化学试剂厂产品，主要参数指标如表4所示。氢氯化镁：采用天津市福晨化学试剂厂产品，主要参数指标如表5所示。表4氢氧化铝主要技术指标项目名称技术指标项目名称技术指标A1(OH)3含量>70%吸热温度230灼烧减量34±0.5%平均粒径15mSiOz含量0.05%表面颜色白色粉末Fe2Ch含量0.02%PH值7.5-9.8附着水1%比重24Ncm3表5氢氧化镁主要技术指标项目名称技术指标项目名称技术指标Mg(OH)2含量63%吸热温度320灼烧减量>30%平均粒径75mCaOMn>Fe含量<2%表面颜色白色粉末盐酸不容物含量3.0%比重23.9Ncm33试验配合比及方法3.1 试验配合比为了研究激发剂对碱矿渣隧道防火涂料抗振动风吸耦合性能的影响，在表6中的NH组的基础上改变激发剂，采用不同的激发剂配制成复合碱溶液研究其对碱矿渣隧道防火涂料抗振动风吸耦合性能的影响。配合比见表6,表6中各成分为质量百分比(),用水量为除激发剂以外的干料重量的70%o先将除激发剂以外的干料搅拌均匀，再将激发剂溶于水，最后将激发剂溶液倒入到已混合均匀的干料中搅拌均匀。ZX激发剂为硫酸钠：P.O425普通硅酸盐水泥=6：4。NH中的激发剂是NaOH,FHO-FHIO中的激发剂是指ZX激发剂与水玻璃质量比分别为100:0、80:20、60:40、40:60、20:80、0:100。表6隧道防火涂料配合比(%)可再空氢氢ZX水聚膨胀海PV矿渣丙烯膨胀心氧氧编号分散NaOH激发玻蛇石珍珠泡漂化化A乳胶剂璃纤维岩后珠镁铝NH1.34.238.92.8OO0.615.613.17.82.53.210.0FHO1.34.238.9O2.8O0.615.613.17.82.53.210.0FH21.34.238.9O2.240.560.615.613.17.82.53.210.0FH41.34.238.9O1.681.120.615.613.17.82.53.210.0FH61.34.238.9O1.121.680.615.613.17.82.53.210.0FH81.34.238.9O0.562.240.615.613.17.82.53.210.0FH1O1.34.238.9OO2.80.615.613.17.82.53.210.03.2 粘结强度的试验方法粘结强度按照合成树脂乳液砂壁状建筑涂料JG/T24-2000U6中进行。粘结强度按以下式计算：。=夕式中：(7为粘结强度，Pa；P为拉伸时荷载，N：A为黏胶面积，单位：m2o3.3 振动风吸耦合的试验方法振动风吸耦合试验方法由课题组自行研发，采用外挂配重块代表风吸力，在经改装过的电磁式垂直振动台上振动，模拟隧道防火涂料在隧道中的振动风吸环境，进行振动风吸耦合试验。测试碱矿渣隧道防火涂料的破坏时间以及不同振动时间下碱矿渣隧道防火涂料的粘结强度的损伤规律，以此来评价碱矿渣隧道防火涂料的抗振动风吸耦合性能。振动风吸试验的试验参数和方案如下：(1)风吸力：18N。田红旗I研究结果表明，在列车最高车速IIIm(即400km/h)的车速下，其压力波平均幅值约为2250Pa,如果该幅值作用在面积为4x4Cm的隧道防火涂料上，其作用产生的理论作用力大小约为1.8N。以此作为参考，在试验过程中为了在较短时间内得到较为显著的试验效果，选取10倍的理论作用力18N(实际为18±0.1N)为振动风吸耦合作用中风吸力的大小。(2)破坏时间：将表6各试验配方进行破坏性试验，记录由试验开始至试件振动破坏所需时间。(3)振动风吸耦合作用时间下的粘结强度：为了对各组试件的振动风吸性能进行合理评价，并利于各组试件之间的横向比较，测试每个试验配合比进行振动风吸耦合试验Omia5min>10min>20min>30min后的粘结强度。(4)振动频率：1030Hz0交通引起的环境振动的显著特点是低频、微振动，这与地震、建筑施工、工厂动力设备等其他类型的振源是完全不同的。调查表明，铁路和公路交通引起的环境振动频率范围在几个赫兹到约30HZ之间。因此采用1030Hz扫频振动。(5)振动幅度：3mm。在实际工程中，铁路和公路交通环境引起振幅非常小，引起的地基土动应变一般为IO-或更小，完全属于弹性变形阶段，因此交通环境振动及防治措施的研究范围常常是在振幅小于ImmU1考虑到仪器的限制，和为了能在较短时间内得