摘 要：為了在鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工應(yīng)用中選擇合適的防銹底漆，選用了室內(nèi)膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、室內(nèi)非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，探討了5種防銹底漆在不同環(huán)境條件下對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料粘結(jié)強(qiáng)度的影響，并對施涂5種不同防銹底漆的室內(nèi)用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行了測試分析。結(jié)果表明，不管是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下還是經(jīng)過環(huán)境條件處理后，施涂環(huán)氧磷酸鋅底漆的粘結(jié)強(qiáng)度表現(xiàn)較優(yōu)，施涂環(huán)氧富鋅底漆次之，施涂醇酸防銹底漆和水性丙烯酸樹脂底漆的粘結(jié)強(qiáng)度表現(xiàn)較為遜色。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)防火涂料；防銹底漆；粘結(jié)強(qiáng)度

中圖分類號：TQ632.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0017-04

Study on the effect of anti-rust primer on the adhesionstrength of fireproof coatings for indoor steel structures

TIAN Ruixia，ZHANG Yu，CHEN Xuejun，SHENG Manji，CUI Shufeng

（Beijing Building Materials Testing Academy Co.，Ltd.，Beijing 100041，China）

Abstract：In order to select the appropriate anti-rust primer in the construction and application of steel structurefireproof coatings，indoor intumescent steel structure fireproof coatings and indoor non-intumescent steel structurefireproof coatings were selected，and the effects of five kinds of anti-rust primers on the bonding strength of steelstructure fireproof coatings under different environmental conditions were discussed，and the adhesion strength of in?door steel structure fireproof coatings with five different anti-rust primers was tested and analyzed. The results indi?cated that，whether under standard conditions or after environmental treatment，the adhesion strength of the epoxyzinc phosphate primer was superior. The epoxy zinc-rich primer ranked second. The adhesion strength of the alkydrust-proof primer and the waterborne acrylic resin primer was relatively inferior.

Key words：fireproof coatings for steel structure；anti-rust primer；bonding strength

鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于體育館、展覽館、工業(yè)廠房等大型建筑 [1-2] 。但由于鋼結(jié)構(gòu)本身的抗火性能較差，鋼結(jié)構(gòu)的防火性能是無法滿足防火技術(shù)規(guī)范要求的 [3] 。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是用以提高被涂材料耐火極限的一種功能涂料 [4] ，在鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷防火涂料，不但能夠增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防火性能，還能有效緩解鋼材料的腐蝕速度 [5] 。研究人員對于鋼結(jié)構(gòu)防火涂料展開了大量的研究，通過正交實(shí)驗(yàn)研究了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料各組分對耐火性能的影響 [6] ；研究了膨脹阻燃體系對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料性能的影響 [7] ；研究了樹脂對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料性能的影響 [8] ；通過正交設(shè)計(jì)制備了具有較好應(yīng)用性能的水性膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 [9] ；設(shè)計(jì)開發(fā)了兼具防火防腐性能的水性膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火防腐涂料 [10] 。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料除了要求具備優(yōu)良的耐火性能外，粘結(jié)強(qiáng)度 [11] 是一項(xiàng)重要的理化性能。為了在鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工應(yīng)用中選擇合適的防銹底漆，選用了室內(nèi)膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料（以下簡稱NP）、室內(nèi)非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料（以下簡稱NF）2種鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，探討了環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧磷酸鋅底漆、醇酸防銹底漆、水性丙烯酸樹脂底漆、水性環(huán)氧樹脂底漆5種防銹底漆在不同環(huán)境條件下對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要材料

室內(nèi)膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料（GT-NSP-Fp1.50）、室內(nèi)非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料（GT-NSF-Fp2.00），河 北 某 涂 料 生 產(chǎn) 企 業(yè) 提 供 ；環(huán) 氧 富 鋅 底 漆（BGEZ-60）、環(huán)氧磷酸鋅底漆（BGST-1055）、醇酸 防 銹底漆（BGAK-10）、水性丙烯酸樹脂底漆（BGWA-50）、水性環(huán)氧樹脂底漆（BGEP-20W），河北某工業(yè)漆生產(chǎn)企業(yè)提供；環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，南通星辰合成材料有限公司；底材：Q235鋼板，70 mm×70 mm×6 mm，標(biāo)格達(dá)精密儀器（廣州）有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

HP-850 結(jié)合力試驗(yàn)機(jī)，德國 HERION 公司；HFW-75恒溫恒濕機(jī)，北京中科世恒科技有限公司；DGG-101-1BS電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津天宇機(jī)電公司；DXF40-100低溫試驗(yàn)箱，北京低溫設(shè)備廠；HBY-60B恒溫養(yǎng)護(hù)水箱，蘇州市東華實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 試件制備

按照GB 14907—2018《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》進(jìn)行未施涂底漆，分別對施涂不同底漆粘結(jié)強(qiáng)度試件制備、養(yǎng)護(hù)。底漆采用刷涂方式施涂，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料采用刮涂方式施涂。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)條件為溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%。

1.3.1 未施涂底漆粘結(jié)強(qiáng)度試件的制備

將金屬型框置于底材上面，用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料填滿型框，NP 厚度為（1.50±0.20）mm，NF 厚度為（15±2）mm，用刮刀平整表面，除去型框。將試件涂層面向上水平放置在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，NP養(yǎng)護(hù)10 d，NF養(yǎng)護(hù)28 d。每組試驗(yàn)制備5個(gè)試件。

1.3.2 施涂底漆粘結(jié)強(qiáng)度試件的制備將底漆施涂于基材表面，濕膜厚度控制在80 μm，經(jīng)24 h干燥后，將金屬型框置于底漆上面，將鋼結(jié)構(gòu)防火涂料填滿型框，厚度同1.3.1，用刮刀平整表面，除去型框。將試件涂層面向上水平放置在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，NP養(yǎng)護(hù)10 d，NF養(yǎng)護(hù)28 d。每組試驗(yàn)制備5個(gè)試件。

1.3.3 用于環(huán)境處理粘結(jié)強(qiáng)度試件的制備預(yù)處理：制備好的試件到達(dá)養(yǎng)護(hù)時(shí)間后，用石蠟與松香溶液（二者比例為1∶1）進(jìn)行封邊，封邊寬度不得小于5 mm，在標(biāo)準(zhǔn)條件下調(diào)節(jié)24 h后進(jìn)行不同環(huán)境條件處理試驗(yàn)。

耐水處理：將預(yù)處理后的試件浸泡于自來水中處理24 h，試件取出放在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)干燥后，進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度的測試。

耐冷熱循環(huán)處理試驗(yàn)：將預(yù)處理后的試件在（23±2）℃的環(huán)境中放置18 h后，再在（-20±2）℃低溫箱中放置3 h，然后將試件移入（50±2）℃的恒溫箱中放置3h，此為1次循環(huán)。按此循環(huán)反復(fù)15次后，并在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行干燥調(diào)節(jié)完畢后進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度的測試。

1.4 粘結(jié)強(qiáng)度的測試

按照GB 14907—2018《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度的測試。將在 1.3 制備的試件涂層中央40 mm×40mm面積內(nèi)，均勻涂刷高粘結(jié)力的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑 [12-13] ，然后將鋼制聯(lián)結(jié)件粘上并壓上1 kg重的砝碼，小心除去聯(lián)結(jié)件周圍溢出的粘結(jié)劑，在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置 3 d 后去掉砝碼，沿鋼制聯(lián)結(jié)件的周邊切割涂層至板底面，然后將粘結(jié)好的試件安裝在試驗(yàn)機(jī)上；在沿試件底板垂直方向施加拉力，以1 500～2 000 N/min的速度施加荷載，測得最大的拉伸荷載（要求鋼制聯(lián)結(jié)件底面平整與試件涂覆面粘結(jié)）。每一試件的粘結(jié)強(qiáng)度按照式（1）計(jì)算：

f b = F A （1）

式中： f b 為粘結(jié)強(qiáng)度，MPa； F 為最大拉伸荷載，N； A為粘結(jié)面積，mm 2 。

5個(gè)試件的測試結(jié)果剔除最大誤差后的平均值做為粘結(jié)強(qiáng)度的最終值。

2 結(jié)果與討論

2.1 施涂不同底漆標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的防火涂料粘結(jié)強(qiáng)度

為考查標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下底漆對粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果的影響，選取未施涂底漆、施涂不同底漆的試件測試標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行對比 [14] ，NP、NF測試結(jié)果分別見表1和表2。

由表1可以看出，對于NP來說，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，施涂環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧磷酸鋅底漆的粘結(jié)強(qiáng)度均比未施涂底漆的粘結(jié)強(qiáng)度高很多，施涂醇酸防銹底漆、水性丙烯酸樹脂底漆、水性環(huán)氧樹脂底漆與未施涂底漆的粘結(jié)強(qiáng)度相比未表現(xiàn)出太多優(yōu)勢。這是因?yàn)榄h(huán)氧富鋅底漆中鋅的陰極保護(hù)機(jī)理 [15-16] 、環(huán)氧磷酸鋅底漆中的磷酸鋅基團(tuán)與底材間磷化反應(yīng)及與防火涂料之間發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的特殊防腐機(jī)理 [17] ，導(dǎo)致層間結(jié)合力增強(qiáng)，粘結(jié)強(qiáng)度較高。

由表2可以看出，對于NF來說，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，施涂環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧磷酸鋅底漆的粘結(jié)強(qiáng)度略高，施涂水性丙烯酸樹脂底漆、水性環(huán)氧樹脂底漆與未施涂底漆的粘結(jié)強(qiáng)度相比變化不大，施涂醇酸防銹底漆的粘結(jié)強(qiáng)度最低。這是因?yàn)樗檬覂?nèi)非膨脹型防火涂料是水性的，而醇酸防銹底漆是溶劑型的，同時(shí)也沒有與它同樣是溶劑型底漆的環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧磷酸鋅底漆特殊的防腐機(jī)理，導(dǎo)致各涂層之間的相容性變差，粘結(jié)強(qiáng)度降低，甚至還不如未施涂底漆的粘結(jié)強(qiáng)度，未施涂底漆時(shí)基材上的鐵銹與防火涂料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度增加。

2.2 施涂不同底漆耐水處理后的防火涂料粘結(jié)強(qiáng)度

為考查耐水處理后不同底漆對粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果的影響，選取未施涂底漆、施涂不同底漆的試件測試耐水處理后的粘結(jié)強(qiáng)度，NP、NF測試結(jié)果分別見表3和表4。

由表3可以看出，施涂不同底漆耐水處理后的NP粘結(jié)強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下粘結(jié)強(qiáng)度相比都有下降，不同底漆的影響與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下類似。

由表4可以看出，施涂不同底漆耐水處理后的NF粘結(jié)強(qiáng)度，底漆對粘結(jié)強(qiáng)度的影響與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下類似，而環(huán)氧富鋅底漆和環(huán)氧磷酸鋅底漆由于二者特殊的防腐機(jī)理，對NF粘結(jié)強(qiáng)度的保持表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢，尤其是環(huán)氧磷酸鋅底漆，粘結(jié)強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的還高。

2.3 施涂不同底漆耐冷熱循環(huán)處理后的防火涂料粘結(jié)強(qiáng)度

為考查耐冷熱循環(huán)處理后不同底漆對粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果的影響，選取未施涂底漆、施涂不同底漆的試件測試耐冷熱循環(huán)處理后的粘結(jié)強(qiáng)度，NP、NF測試結(jié)果分別見表5和表6。

由表5和表6可以看出，未施涂底漆、施涂不同底漆耐冷熱循環(huán)處理后的NP和NF粘結(jié)強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下粘結(jié)強(qiáng)度相比都有下降。其中施涂醇酸防銹底漆、水性丙烯酸樹脂底漆的粘結(jié)強(qiáng)度下降比較明顯，而其他環(huán)氧樹脂類底漆，不管是水性還是溶劑型的底漆下降都不是太多。這是因?yàn)榇妓岱冷P底漆、水性丙烯酸樹脂底漆，遇冷、熱循環(huán)后自身強(qiáng)度下降，與其他材料結(jié)合力變?nèi)?；環(huán)氧樹脂屬于熱固性樹脂 [18] ，遇熱自身強(qiáng)度會(huì)增加，與其他材料之間的粘結(jié)強(qiáng)度也會(huì)增加；尤其是施涂環(huán)氧富鋅底漆和環(huán)氧磷酸鋅底漆對粘結(jié)強(qiáng)度的保持依然表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢，同樣是與環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧磷酸鋅底漆的特殊防腐機(jī)理分不開的。

3 結(jié)語

不論何種防火涂料，如果防火涂料本身沒有防腐性能，施涂配套的防銹底漆才能保證與底層之間較好的粘結(jié)強(qiáng)度；研究的5種防銹底漆中，不管是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下還是經(jīng)過耐水處理、耐冷熱循環(huán)處理后，施涂環(huán)氧磷酸鋅底漆的粘結(jié)強(qiáng)度表現(xiàn)較優(yōu)，施涂環(huán)氧富鋅底漆次之，施涂醇酸防銹底漆和水性丙烯酸樹脂底漆的粘結(jié)強(qiáng)度表現(xiàn)較為遜色。

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（責(zé)任編輯：蘇 幔）