基于膨脹特性的鋼結(jié)構(gòu)防火層防水耐熱性能研究分析

曹丁

摘 要：防火涂料的研究在我國(guó)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展歷史，目前越來(lái)越標(biāo)準(zhǔn)，并且進(jìn)入了系列化的發(fā)展階段。至今，國(guó)內(nèi)有數(shù)百家的廠(chǎng)家都在專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)防火涂料，但是并不能保證每一個(gè)廠(chǎng)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(jià)值的參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：膨脹特性；鋼結(jié)構(gòu)；防火層

中圖分類(lèi)號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）07-0022-01

有很多因素都會(huì)影響到膨脹型防火涂料的老化進(jìn)程，比如涂料類(lèi)型、環(huán)境類(lèi)型等，它有著十分復(fù)雜的老化機(jī)理；近些年來(lái)，研究人員深入研究了膨脹型防火涂料的老化機(jī)理。有專(zhuān)家認(rèn)為，防火土層耐久性會(huì)在很大程度上受到水的影響；有專(zhuān)家則在經(jīng)過(guò)濕熱老化的土層表明檢測(cè)出了聚磷酸銨。本文主要研究了防火涂料的老化機(jī)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(jì)算方法

本文在評(píng)價(jià)涂層的防火隔熱性能時(shí)，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(gè)固定的公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

（1）

其中，t表示的是受火時(shí)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(gè)公式，就可以得出防火涂料保護(hù)層鋼結(jié)構(gòu)的升溫表達(dá)式。通常情況下，我們將 △t控制在30s以?xún)?nèi)，這是因?yàn)槿绻鱰較大的話(huà)，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性就會(huì)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(lái)對(duì)涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，會(huì)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(huì)采用這個(gè)公式：

（2）

本文采用文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]中的方法對(duì)U型和A型兩種涂層部分試件的等效導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算和對(duì)比，得出了這樣一個(gè)結(jié)果，如果鋼板溫度沒(méi)有達(dá)到400℃，那么這兩種計(jì)算方法就有較大差異的計(jì)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(jì)算結(jié)果。通常情況下，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的溫度控制在500～600℃之間。我們采取了兩種計(jì)算方法鋼板溫度為500～600℃時(shí)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(gè)系數(shù)來(lái)對(duì)鋼板的溫度進(jìn)行計(jì)算，那么我們就可以了解到，如果Ts低于350℃，那么總體上計(jì)算結(jié)果就低于試驗(yàn)結(jié)果；如果Ts高于350℃，那么計(jì)算結(jié)果就正好吻合于試驗(yàn)結(jié)果，這個(gè)結(jié)果就說(shuō)明了可以推廣應(yīng)用公式（2）。

2 濕熱老化對(duì)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(lái)對(duì)各試件涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，同組試件計(jì)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(gè)試件涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)，對(duì)老化對(duì)其的影響進(jìn)行考察。

沒(méi)有經(jīng)過(guò)濕熱老化試驗(yàn)時(shí)，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(guò)了一段時(shí)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(lái)講，U型涂層的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)，呈遞增的發(fā)展趨勢(shì)。

可以用涂層濕熱老化機(jī)理來(lái)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(yàn)，主要是對(duì)環(huán)境參數(shù)中溫度和濕度的變化進(jìn)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(shù)脂發(fā)生了氧化反應(yīng)，并且涂層表面還會(huì)積聚阻燃體系中的親水性物質(zhì)，這樣就會(huì)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?cè)谧枞歼^(guò)程中應(yīng)該發(fā)揮出來(lái)的功能和作用也會(huì)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(huì)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(huì)呈現(xiàn)較大幅度的增長(zhǎng)。有一個(gè)非常有力的證據(jù)就是老化試驗(yàn)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(jì)的角度分析，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)中一個(gè)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(chǎng)分析的精度會(huì)在很大程度上受到等效導(dǎo)熱系數(shù)準(zhǔn)確度的影響；從涂料的角度上來(lái)講，涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)就是一個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，來(lái)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?yàn)樵诟邷氐沫h(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?yàn)橥獠繚駸岘h(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(yǔ)

通過(guò)實(shí)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(huì)在很大程度上受到使用時(shí)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(shí)間越長(zhǎng)，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(jì)算方法，然后探討了濕熱老化對(duì)涂層等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響，希望可以提供一些有價(jià)值的參考意見(jiàn)。

參考文獻(xiàn)

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