以下是鋁酸鹽類速凝劑在石膏基非室內(nèi)膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中的作用機理:
一、化學(xué)反應(yīng)方面
1.與石膏的反應(yīng)
?。?)石膏的主要成分是硫酸鈣(CaSO4·2H2O或CaSO4)。鋁酸鹽類速凝劑(如鋁酸鈉NaAlO2)加入到石膏基防火涂料中后,鋁酸鹽在水溶液中電離出鋁酸根離子(AlO2-)。
?。?)鋁酸根離子會與石膏中的鈣離子(Ca2+)發(fā)生反應(yīng),形成鈣鋁酸鹽類化合物。例如:
這種鈣鋁酸鹽類化合物的形成是促使石膏快速凝結(jié)的重要化學(xué)過程,它改變了石膏原本的結(jié)晶過程,加速了晶體的成核和生長。
2.對石膏結(jié)晶的影響
?。?)在沒有鋁酸鹽速凝劑時,石膏的結(jié)晶過程相對緩慢,硫酸鈣晶體按照其自身的溶解--結(jié)晶平衡逐漸生長。而鋁酸鹽速凝劑的加入,提供了新的成核位點,使石膏晶體圍繞這些位點快速生長。
?。?)生成的鈣鋁酸鹽類晶體與石膏晶體相互交織,形成一種更為致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在早期就具有一定的強度,能夠快速固定在鋼結(jié)構(gòu)表面,為后續(xù)的防火涂料功能發(fā)揮奠定基礎(chǔ)。
二、對涂料物理性能的影響
1.提高早期強度
?。?)由于鋁酸鹽速凝劑促使石膏快速結(jié)晶形成交織的晶體結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)在早期就能夠承受一定的外力。在石膏基防火涂料涂抹到鋼結(jié)構(gòu)表面后的短時間內(nèi),快速形成的強度可以防止涂層因自重或外界輕微干擾(如氣流、施工過程中的輕微碰撞等)而發(fā)生變形或脫落。
?。?)從微觀結(jié)構(gòu)上看,鈣鋁酸鹽晶體和石膏晶體的相互連接,使得涂層內(nèi)部的顆粒間摩擦力增大,從而提高了早期的抗壓、抗剪等強度指標(biāo)。
2.改善粘結(jié)性
鋁酸鹽類速凝劑的加入有助于改善石膏基防火涂料與鋼結(jié)構(gòu)表面的粘結(jié)性。一方面,速凝劑參與反應(yīng)生成的新化合物能夠填充在鋼結(jié)構(gòu)表面的微觀孔隙中,增加了涂料與鋼結(jié)構(gòu)的接觸面積;另一方面,快速凝結(jié)的石膏晶體能夠更好地包裹在鋼結(jié)構(gòu)表面的凸起和凹陷處,形成機械咬合作用,從而增強了涂料與鋼結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)力。
三、對防火性能的影響
1.形成阻隔層
?。?)在火災(zāi)發(fā)生時,石膏基防火涂料中的鋁酸鹽類速凝劑促使形成的致密結(jié)構(gòu)能夠有效地阻擋熱量的傳遞。這種致密結(jié)構(gòu)減少了熱量通過涂層的傳導(dǎo)路徑,延緩了鋼結(jié)構(gòu)溫度的升高。
?。?)同時,鈣鋁酸鹽等化合物在高溫下可能會發(fā)生一些物理和化學(xué)變化,如脫水、相變等,這些變化可能會吸收部分熱量,進(jìn)一步提高防火涂料的隔熱性能。
2.穩(wěn)定涂層結(jié)構(gòu)
火災(zāi)過程中,鋼結(jié)構(gòu)會發(fā)生膨脹、變形等情況。由于鋁酸鹽速凝劑提高了石膏基防火涂料的早期強度和整體結(jié)構(gòu)的致密性,使得涂層在鋼結(jié)構(gòu)變形過程中能夠保持較好的完整性,不易出現(xiàn)開裂、剝落等情況,從而持續(xù)發(fā)揮防火作用。