曹丁

摘 要：防火涂料的研究在我國經(jīng)過了幾十年的發(fā)展歷史，目前越來越標準，并且進入了系列化的發(fā)展階段。至今，國內(nèi)有數(shù)百家的廠家都在專業(yè)生產(chǎn)防火涂料，但是并不能保證每一個廠家生產(chǎn)的防火涂料都有著可靠的性能。本文在膨脹特性的基礎(chǔ)上，分析了鋼結(jié)構(gòu)防火層防水耐熱性能，希望可以提供一些有價值的參考意見。

關(guān)鍵詞：膨脹特性；鋼結(jié)構(gòu)；防火層

中圖分類號：TU391 文獻標識碼： A 文章編號：1671-3362（2013）07-0022-01

有很多因素都會影響到膨脹型防火涂料的老化進程，比如涂料類型、環(huán)境類型等，它有著十分復(fù)雜的老化機理；近些年來，研究人員深入研究了膨脹型防火涂料的老化機理。有專家認為，防火土層耐久性會在很大程度上受到水的影響；有專家則在經(jīng)過濕熱老化的土層表明檢測出了聚磷酸銨。本文主要研究了防火涂料的老化機理和隔熱性能。

1 膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火特曾等效導(dǎo)熱系數(shù)計算方法

本文在評價涂層的防火隔熱性能時，依據(jù)的是等效導(dǎo)熱系數(shù)。膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)有一個固定的公式來進行計算：

（1）

其中，t表示的是受火時間；Csρs表示的是鋼板底材和涂層的比熱；dp表示的是涂層的初始厚度。

依據(jù)這個公式，就可以得出防火涂料保護層鋼結(jié)構(gòu)的升溫表達式。通常情況下，我們將 △t控制在30s以內(nèi)，這是因為如果△t較大的話，計算結(jié)果的準確性就會受到很大的影響。此外，需要注意的是，采用上文所述的公式來對涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)進行計算時，會存在著一些跳躍現(xiàn)象，那么就需要人們特別的注意，通常會采用這個公式：

（2）

本文采用文獻[1]和文獻[2]中的方法對U型和A型兩種涂層部分試件的等效導(dǎo)熱系數(shù)進行了計算和對比，得出了這樣一個結(jié)果，如果鋼板溫度沒有達到400℃，那么這兩種計算方法就有較大差異的計算結(jié)果；如果鋼板溫度>400℃，那么兩種方法就有著十分接近的計算結(jié)果。通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計中鋼結(jié)構(gòu)的溫度控制在500～600℃之間。我們采取了兩種計算方法鋼板溫度為500～600℃時涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)的平均值作為該試件涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)，依據(jù)這個系數(shù)來對鋼板的溫度進行計算，那么我們就可以了解到，如果Ts低于350℃，那么總體上計算結(jié)果就低于試驗結(jié)果；如果Ts高于350℃，那么計算結(jié)果就正好吻合于試驗結(jié)果，這個結(jié)果就說明了可以推廣應(yīng)用公式（2）。

2 濕熱老化對涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響

我們將鋼板的溫度設(shè)置為500～600℃，采用公式（2）來對各試件涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)進行計算，同組試件計算結(jié)果具有較好的重復(fù)性；本文取同組試件涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)的算數(shù)平均值，并且比較各個試件涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)，對老化對其的影響進行考察。

沒有經(jīng)過濕熱老化試驗時，A型涂層的防火隔熱性能要比U型涂層好很多，但是在濕熱的環(huán)境中，經(jīng)過了一段時間的使用之后，A型涂層卻有著較快的防火隔熱性能退化速度。從總體上來講，U型涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨老化時間的延長，呈遞增的發(fā)展趨勢。

可以用涂層濕熱老化機理來解釋涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)隨濕熱老化循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律。本文中的人工加速老化試驗，主要是對環(huán)境參數(shù)中溫度和濕度的變化進行控制，那么主要是高濕度下的水和氧氣等兩種因素影響到了涂層老化。在這樣的環(huán)境下，在水汽和氧氣的侵蝕作用下，涂層的基體樹脂發(fā)生了氧化反應(yīng)，并且涂層表面還會積聚阻燃體系中的親水性物質(zhì)，這樣就會流失掉一部分的有效組分，改變防火阻燃體系中三組分的配比，它們在阻燃過程中應(yīng)該發(fā)揮出來的功能和作用也會受到很大程度的影響，高溫下炭質(zhì)層的內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)和炭質(zhì)層的膨脹厚度也會受到很大的影響，最終改變涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)。而老化程度則關(guān)系著涂料的組分，老化程度也就是涂層導(dǎo)熱系數(shù)，A型涂料是單組分溶劑型涂料，有著較差的耐水性，那么導(dǎo)熱系數(shù)就會呈現(xiàn)較大幅度的增長。有一個非常有力的證據(jù)就是老化試驗結(jié)束之后涂層表面所出現(xiàn)的起泡現(xiàn)象以及凹凸不平現(xiàn)象。

從結(jié)構(gòu)防火設(shè)計的角度分析，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計中一個非常重要的參數(shù)就是涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫度場分析的精度會在很大程度上受到等效導(dǎo)熱系數(shù)準確度的影響；從涂料的角度上來講，涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)就是一個綜合評價指標，來有效的反應(yīng)涂層防火隔熱性能，它是涂層在高溫條件下一系列反應(yīng)的最終體現(xiàn)，比如吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)和分解反應(yīng)等等。涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)的變化是因為在高溫的環(huán)境下，改變了炭化層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比如膨脹高度、內(nèi)部泡孔尺寸等，炭化層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化是因為外部濕熱環(huán)境下涂層內(nèi)的組分及各組分的配比發(fā)生了變化。

3 結(jié)語

通過實踐研究表明，A型防火涂料的耐濕熱性能要弱于U型防火涂料的耐濕熱性能。并且在某一特定使用環(huán)境下，涂層的耐濕熱性能會在很大程度上受到使用時間和涂層厚度的影響。如果涂層有著相同的厚度，那么使用時間越長，涂層的防火隔熱性能就越差，導(dǎo)熱系數(shù)也就越大。本文首先介紹了膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火特曾等效導(dǎo)熱系數(shù)計算方法，然后探討了濕熱老化對涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響，希望可以提供一些有價值的參考意見。

參考文獻

[1] 李國強，韓林海，樓國彪，等.鋼結(jié)構(gòu)及鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006：55-57.

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[3] 王鐵寶，王國建，劉琳.室外用超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐濕熱性能研究[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2003，2（6）：14-23.