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    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

    2013-04-29 14:05:44曹丁
    關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)

    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)

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

    [2] 李國(guó)新,梁國(guó)正,周文英.防火涂料熱降解的測(cè)試研究技術(shù)[J].涂料工業(yè),2007,37(4):123-125.

    [3] 王鐵寶,王國(guó)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.

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