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MKPC防火板基本性能与耐火性能检测试验分析

2024-11-11 60 上传者：管理员

摘要：为了给建筑防火板材的应用提供一些参考，利用试验法制备了MKPC（磷酸钾镁）防火板，分析了不同配合比的MKPC防火板的抗压强度、抗折强度与耐火性能。结果表明：在磷酸二氢钾、氧化镁粉质量比为1:3，膨胀蛭石占比为20%、膨胀珍珠岩占比为5%时，MKPC防火板的抗压强度、耐火性能最佳，抗折强度较为优良，耐火极限时间增加。MKPC防火板基本性能与耐火性能受耐火膨胀材料含量的直接影响，科学配比，可以提高MKPC防火板的基本强度与耐火性能。

关键词：
MKPC防火板
抗折强度
氧化镁粉
磷酸二氢钾
耐火性能检测
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在社会大众消防意识日益增强的背景下，防火板材普遍应用于建筑行业，关于建筑防火板的研究不断深入。2020年，温婧、吴发红、杨建明等研究了硅灰和TiO2对磷酸钾镁水泥基钢结构防火涂料耐火时间、正拉粘结强度、吸水率等性能的影响[1]。2023年，罗丹霞、孟坤、刘学春等以型钢混凝土梁柱为对象，探究了新型混凝土复合包裹层防火性能，并确定了最佳防火板种类、厚度等参数[2]。2023年，陈远东、张海龙、包森布尔等根据地下电缆高等级防火要求，借助轻烧氧化镁-二氧化碳体系胶结剂，复合水菱镁石、膨胀蛭石，制备了新型防火隔板[3]。MKPC防火板是一种新的建筑防火材料，现有研究成果较少，无法为材料应用提供充足支持。因此，探究MKPC防火板的基本性能与耐火性能具有非常突出的学术意义和现实意义。

1、MKPC防火板基本性能与耐火性能检测试验材料设备

1.1 试验材料

1.1.1 粘结材料

试验粘结材料主要为工业级磷酸二氢钾（纯度超出98%）、一次煅烧氧化镁粉[4]。其中氧化镁粉化学成分见表1。

在900℃条件下，对氧化镁粉进行二次煅烧，煅烧时间为1.5h。

表1 试验用氧化镁粉化学成分

1.1.2 耐火膨胀材料

准备膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、空心漂珠等耐火膨胀材料[5]。局部物理性能见表2。

表2 试验用耐火膨胀材料物理性能（局部）

1.1.3 其他

在原材料的基础上，准备纯净水（纯度超出99.5%）、液化石油气（纯度超出95.20%）。

1.2 试验设备

试验设备主要为电热恒温干燥箱、高温煅烧电阻炉（25～1000℃）、PG8026防火涂料煅烧试验机（大板法）、STA200同步热分析仪等[6]。

2、MKPC防火板基本性能与耐火性能检测试验方法

2.1 MKPC防火板制备

MKPC防火板的制备流程：原材料配置→混合反应→晾晒→固化。

根据流程，准备MKPC防火板原材料磷酸二氢钾、氧化镁粉以及耐火膨胀材料，按设计配比加入反应容器，在适宜温度下均匀搅拌，混合反应生成黏稠磷酸镁钾水泥糊状物。获得糊状物后，倒入模具，进行晾晒，促使糊状物固化为防火板。

2.2 试验设计

MKPC防火板配合比见表3。

表3 MKPC防火板配合比

根据表3，在磷酸二氢钾、氧化镁粉质量比一定的情况下，调整不同耐火膨胀材料占比，配置MKPC防火板，并编号。

2.3 性能检测

2.3.1 抗压强度检测

根据《水泥胶砂强度检验方法》（GB/T 17671-2021）的相关规范，MKPC防火板抗压强度检测选择抗折试验后的断块，利用专业抗压夹具，紧夹断块两侧面并定位，在2400N/s速率范围内，测试断块接近破坏的强度[7]。计算公式如下：

式⑴中，Rc为抗压强度，MPa;Fc为破坏荷载，N;A为受压面积，mm2。

2.3.2 抗折强度检测

根据《水泥胶砂强度检验方法》（GB/T 17671-2021）的相关规范，MKPC防火板抗折强度测试方法需要在20℃、相对湿度超出50%的环境内，经振动台成型，在标准养护箱内养护。试件强度达标后，借助杠杆式抗折试验机，以中心施加荷载法（50N/s），对试件侧面施加荷载至试件折断。连续测试三次计算平均值，计算公式如下：

式⑵中，Rf为抗折强度，MPa;Ff为破坏荷载，N;L为支撑圆柱中心距，mm;b为试件断面边长，mm。

2.3.3 耐火性能检测

根据《饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法——大板法》（GB12441）的相关标准，在-5℃～30℃、相对湿度小于85%的环境内，以石油液化气为气源，制作900mm×900mm×5mm的试件，将试件放入PG8026防火涂料煅烧试验机（大板法）内，中心正对燃烧器，背面压盖。同时，在试件备火面对角线交叉点放置热电偶，依次开启测试系统、燃气调节阀与空气调节阀，自动测试并记录试验时间。重复试验3次，计算平均值为试件耐火时间[8]。

在MKPC防火板耐火时间检测的基础上，利用STA200同步热分析仪，在程序控温（25℃～1600℃）下，先后测试物质质量随温度（0℃/min～25℃/min）变化、样品与参比物热流差随温度的函数，以判定不同配比MKPC防火板的热稳定性、耐火性能。

3、MKPC防火板基本性能与耐火性能检测试验结果

3.1 抗压强度试验结果

不同配合比的MKPC防火板抗压强度试验结果见表4。

表4 MKPC防火板抗压强度试验结果

根据表4，随着膨胀珍珠岩掺量的增加，MKPC防火板抗压强度不断减小。单掺耐火膨胀材料的MKPC防火板抗压强度低于复掺MKPC防火板抗压强度。

3.2 抗折强度试验结果

不同配合比的MKPC防火板抗折强度试验结果见表5。

表5 MKPC防火板抗折强度试验结果

根据表5，复掺耐火膨胀材料时，空心漂珠掺量较少时，MKPC防火板抗折强度较高。随着空心漂珠掺量的增加，MKPC防火板成浆需水量显著增加，和易性随之下降，成型难度增加，造成抗折强度倒缩。因此，应优选单掺膨胀蛭石，或复掺膨胀蛭石与膨胀珍珠岩的MKPC防火板。

3.3 耐火性能试验结果

不同配合比的MKPC防火板耐火性能试验结果见表6。

表6 MKPC防火板耐火性能试验结果

根据表6，单掺25%膨胀珍珠岩、25%膨胀蛭石的MKPC防火板28天耐火极限分别为33.1min、33.2min，复掺20%膨胀珍珠岩与5%空心漂珠的MKPC防火板28天耐火极限最大为36.1min，复掺20%膨胀蛭石与5%膨胀珍珠岩的MKPC防火板28天耐火极限最大为36.6min。单纯考虑耐火极限时间，复掺20%膨胀蛭石与5%膨胀珍珠岩的MKPC防火板耐火性能最佳。

表6中的第一个失重阶段，单掺25%膨胀珍珠岩的MKPC防火板失重量最大，达到38.5%。这主要是由于膨胀珍珠岩多孔，易吸水并在内部空隙存储水分，导致MKPC防火板自由水分含量较高，自由水与结晶水受热蒸发，质量大量损失。单掺25%膨胀蛭石的MKPC防火板失重量最小，为10.1%。这主要是由于膨胀蛭石的吸水、存水能力较差，MKPC防火板中自由水含量少，首次受热蒸发质量损失小。复掺膨胀珍珠岩与膨胀蛭石的MKPC防火板失重量在22.1%～25.6%之间，MKPC防火板自由水含量相对较少，纤维用量少，整体质量损失变化较小。

第二个失重阶段是MKPC防火板内自由水、结晶水完全失去后其他成分分解造成的重量损失，包括未完全反应的氢氧化镁、膨胀珍珠岩与膨胀蛭石中部分成分脱去结晶水等，因部分物质含量较低，分解造成质量损失较小。在失重量过程中，MKPC防火板将吸收较多的热量，提升隔热能力，延长耐火极限时间。

4、结语

综上所述，通过对比试验对比不同配合比的MKPC防火板抗压强度、抗折强度、耐火极限，得出：耐火隔热材料对MKPC防火板抗压强度、抗折强度具有直接的影响，耐火隔热材料用量越大，MKPC防火板抗折强度越小。

MKPC防火板耐火性能受耐火隔热材料用量的较大影响，随着耐火隔热材料用量的增加，MKPC防火板耐火极限能力和稳定性显著上升。从耐火性能视角来看，应优选膨胀珍珠岩与膨胀蛭石复掺方式，膨胀珍珠岩用量为5%，膨胀蛭石用量为20%。

建议在MKPC防火板制备时，应在科学设计膨胀珍珠岩、膨胀蛭石配比的基础上，根据基本抗压、抗折以及耐火稳定性要求，添加适量硅灰或纤维，进一步改善MKPC防火板性能。

参考文献:

[1]温婧,吴发红,杨建明,等.硅灰和TiO2对磷酸钾镁水泥基钢结构防火涂料性能的影响[J].硅酸盐通报,2020,39(11):3701-3708.

[2]罗丹霞,孟坤,刘学春,等.型钢混凝土梁柱防火板混凝土复合包裹层防火性能试验研究[J].建筑科学,2023,39(07):144-153.

[3]陈远东,张海龙,包森布尔,等.水菱镁石-蛭石质防火隔板制备及防火性能研究[J].非金属矿,2023,46(01):6-10.

[4]宫志群,马占国,许锋,等.磷酸钾镁水泥砂浆界面黏结性能强化试验研究[J].工业建筑,2023,53(S1):633-636.

[5]王玮,方忠年.膨胀结晶型防火材料对混凝土耐火性能的影响[J].消防科学与技术,2021,40(08):1137-1141.

[6]梁效诚,冯雨,刘中飞,等.预合成CaZrO3对镁锆质耐火材料性能的影响[J].耐火材料,2024,58(03):213-217.