钢结构防火涂料耐火性能分析

   钢结构防火涂料耐火性能分析

李良斌 ,沈强 ,陈堃 ,杨顺 ,袁承志

中建八局第四建设有限公司  山东省青岛市 266000

摘要：随着我国社会主义进程的不断推进，各行各业都在以迅猛蓬勃的姿态不断发展，钢结构作为我国几种重要建筑形式中的一种，在新建建筑中的占比越来越高，虽然钢结构强度极高、质量小、柔韧延展性能良好，但耐高温性能却不佳。本文将围绕钢结构防火涂料耐火性能开展分析讨论，探究防火涂料温升情况及耐火原理，根据试验结果显示，在试验中的第一阶段与第三阶段表现为易挥发物、生石膏结晶水吸热，因此升温速率相对较慢。故适当延长上述阶段时间，有助于增加涂料的耐火性能。

关键词：热电偶；纤维材料；钢结构涂料耐火性能

引言：钢结构虽然强度极强、柔韧性延展性能良好、质量小、易于批量制作，可以广泛应用在建筑工程，但存在耐高温性不佳的问题，容易在高温环境下出现力学性能削减。为解决此类问题，可将防火材料涂覆在钢结构上，以此起到防火作用。而石膏基钢结构防火涂料作为市场中应用广泛的新型防火涂料，不仅具有更小的密度，且粘接强度高、低碳节能。因此笔者将其作为研究对象，分析其耐火原理，找出提高防火涂料耐火性能的方法。

一、耐火性能试验

（一）样品制备

试验过程中的所涉及的样品制备需充分遵循我国“建筑钢结构防火规范”中的各项要求，将热轧工字钢作为试验基材，在钢梁完成热电偶的预埋处理，以便后续测试基材温度的变化状况，从而准确评价防火涂料的保护效果。钢材的长度控制在500mm，每组试样需配备4根热电偶，藕丝为0.5mm。之后将试验样品依照工艺要求涂覆在试验基材上，进行相应的养护工作。具体的工艺流程为：清除工字钢上的油污、灰尘、锈蚀；在钢梁表面刷涂防锈漆，并在底漆实干后涂抹涂料；每次涂抹厚度要控制在9～13mm，施工间隔为24小时。而在施工完成后需要在温度5~30°，湿度不超过80%的环境下进行一个月左右的养护时间。至于涂层厚度则要使用测厚仪完成测量，测量截面则以钢梁中间截面为主，并设置好涂层厚度测量点；取下全部测量点，取平均值，保证精确度达到1mm[1]。

钢结构防火涂料耐火性能试验需制备4组样品，涂层厚度在25mm左右，要求制备后的试件完整无裂缝，且质地坚硬。

（二）试验设备与方法

    本次试验采用的设备以耐火试验炉为主，该设备可以实现建筑纤维火灾升温曲线的绘制，操作人员能够在试验过程中获取试样温度的实际变化信息。至于试验方法则要遵循“建筑构件耐火试验方法第七部分：柱的特殊要求”，对试件进行加载控制，控制好试验炉的温度与压力，之后进行测量与观察，判断试件是否满足承载力要求。同时要注意本次试验中，试样四面受火、不加载。

（三）试验流程

将养护后的试样放置在耐火试验炉中，至于升温条件则要根据“建筑构件耐火试验方法第一部分：通用要求”中规定进行设置，具体的炉内温度计算方法为：

    其中t表示时间，单位为min，T代表炉内平均温度，单位为°。在试验过程中需要每分钟记录一次耐火试验炉内热电偶的温度状况。在此过程中，试验人员需要做好一系列预防工作和保护措施，避免因突发问题而导致影响试验的顺利开展。

二、试验数据分析

试验时间共计150min，根据观察发现，试验后的试件涂料质地相对松软，呈现淡黄色，无明显裂缝，也不存在破损问题。且试验中每组样品获取的热电偶平均值应作为样品内部温度值，将其制作为试样内部温升曲线图与温升速率图。根据分析显示，4组样品的升温变化情况基本一致，证明试样稳定，结果具有研究价值。之后进一步探究升温速率可发现，耐火试验可分为以下几个阶段：第一阶段，平缓升温阶段，温升幅度较小，温度最终上升至40°，最大升温速率大约在2°C/min；第二阶段，快速升温阶段，温度由40°提升至100°，升温速率则由2°C/min提高至4°C/min；第三阶段，平缓升温阶段，温升幅度较小，该阶段的升温速率变化存在一定起伏，最终定格在1°C/min；第四阶段，快速升温阶段，最大升温速率为6°C/min，最终定格在5.5°C/min。

石膏基材料以石膏粉、膨胀珍珠岩为主，在施工过程中需要添加适量的水与乳液进行混合处理。根据以上材料组分以及化学结构分析，可进一步探究试样内部温升情况。第一阶段的平缓升温主要是因为，涂料内的水大量吸热，且易挥发物挥发时也会吸走一定热量。第二阶段中，水与易挥发物吸热结束，借助膨胀珍珠岩隔热效果优良的特点，产生快速升温。第三阶段属于热解吸热环节，由于二水石膏的结构组成中具有结晶水，因此在受热过程中会发生晶格转变，进而将结晶水转变为自由水，水分子受热挥发进而大量吸热，因此该阶段的升温相对缓慢。第四阶段，由于内部温度已提升至300°左右，二水石膏内的结晶水已挥发完毕，因此之后只存在石膏吸热的流程，所以升温速率出现大幅度增长[2]。

结论：综上所述，通过对石膏基钢结构防火涂料耐火性能进行试验发现，四个试验阶段中的第一阶段以及第三阶段升温速率相对缓慢，因此将其作为介入点，适当延长时间，可以进一步增强防火涂料的耐火性能。

参考文献：

[1]武珊羽,黎子昂,彭洪均.水性膨胀型钢结构防火涂料的设计与耐火性能研究[J].中国涂料,2022,37(03):36-40.

[2]顾非,赵东拂.丰台站膨胀型防火涂料保护十字钢管柱耐火性能分析[J].建筑结构,2021,51(S2):915-920.