0 引言

鋼結構與其他結構相比, 具有綜合造價低、抗震性能好、施工工期短、增加使用面積、質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。為了提高鋼結構的耐火極限, 一般都需要對鋼結構建筑構件進行防火保護, 提高鋼結構抗火性能的主要方法有: 單面屏蔽法、水冷卻法、澆筑混凝土、采用耐火輕質(zhì)板材作為防火外包層、涂抹防火涂料。最具典型的防火保護措施是涂敷防火涂料減緩火災下的升溫, 從而增加鋼結構構件的耐火極限。這種方法施工簡便、重量輕、耐火時間長, 而且不受鋼構件幾何形狀限制, 具有較好的經(jīng)濟性和實用性。我國大概有80I左右的鋼結構采用防火涂料保護, 每年鋼結構防火涂料在北京市場使用量為3 X104 t 以上, 因此檢測帶防火涂層的鋼結構耐火極限不但是鋼結構設計的重要依據(jù), 也是對鋼結構防火涂料性能的最重要的評價標準。

 

1 鋼結構防火涂料的類型和特點

鋼結構防火涂料品種較多, 通常根據(jù)高溫下的涂層變化分為膨脹型和非膨脹型兩大系列。膨脹型防火涂料又稱為薄型防火涂料, 厚度一般為2 mm~ 7 mm。涂層厚度在3 mm 以下的為普通型; 涂層厚度在3 mm ~ 7 mm 的為超薄型。其基料為有機樹脂, 配方中還含有發(fā)泡劑、碳化劑等成分, 遇火后自身會發(fā)泡膨脹, 形成比涂層厚度大十幾倍到數(shù)十倍的多孔碳質(zhì)層。多孔碳質(zhì)層可以阻擋外部熱源對基材的傳熱, 如同絕熱屏障, 用于鋼結構防火, 耐火極限可以達到0. 5 h~ 1. 5 h。非膨脹型防火涂料又稱為厚型防火涂料, 其涂層厚度為7 mm~ 50 mm。
厚型防火涂料又分兩類: 1) 以礦物纖維為骨料采用干法噴涂施工; 2) 以膨脹蛭石、膨脹珍珠巖等顆粒材料為主的骨料, 采用濕法噴涂施工。主要成分為無機絕熱材料, 遇火不膨脹, 涂層自身具有良好的絕熱性, 并且通過高溫下部分成分的蒸發(fā)和分解等燒蝕反應而產(chǎn)生的吸熱作用, 來阻隔和消耗火災熱量向基材的傳遞, 從而延緩鋼構件達到臨界溫度的時間。對應耐火極限可達到0. 5 h~ 3 h。20 世紀90 年代以來, 我國鋼結構防火涂料的研制發(fā)展迅速,產(chǎn)品類型由最初的厚涂型發(fā)展到薄涂型、超薄型。

 

2 國內(nèi)外現(xiàn)行鋼結構防火涂料的耐火性能檢測

2. 1 建筑構件的耐火極限及判定條件

建筑構件的耐火極限是指按標準升溫曲線進行耐火試驗, 從構件受到火作用開始到達極限狀態(tài)( 構件失效) 時所經(jīng)歷的時間,一般以小時計。

所謂構件的失效, 是指構件無法繼續(xù)承擔其使用功能。對于有承載要求的結構構件, 在規(guī)定的耐火時間內(nèi)應保證其穩(wěn)定性;對于起分隔、防止火災擴散作用的構件, 在規(guī)定的耐火時間內(nèi)應保證其完整性與隔熱性。結構構件的穩(wěn)定性是指在標準試驗條件下, 承重構件在一定時間內(nèi)能承受試驗荷載作用而不出現(xiàn)坍塌或破壞的能力。當試件無法支撐荷載作用或者試件的變形速率超出如下規(guī)定的數(shù)值時, 則判定構件失去穩(wěn)定性。

1) 水平承重構件( 主要承受彎矩作用, 如梁、板) 。

最大撓度: δ≥L / 20。

最大撓度的變形速率: dδ/ d t ≥ L 2 / 900 h( 當δ≥ L / 30 后適用) 。

其中, 變形速率從試驗開始1 min 后使用計算, 計算時間間隔為1 min。這個判定條件為ISO 834-1990, BS 476-20:1987 等標準所采用, 我國標準只采用最大撓度作為判定條件。

2) 豎向承重構件( 主要承受軸力作用, 如承重墻、柱等) 。

軸向壓縮變形: δ≥H / 100。

軸向壓縮變形速率: dδ/ d t ≥3H / 1 000。

上述兩個判定條件為ISO 834-1990, GB/ T 9978-1999 等標準所采用。BS 476-20:1987 只采用變形判定條件。規(guī)定最大壓縮變形限值為120 mm。

隔熱性-- 試件背火面平均溫升超過試件表面初始平均溫度140 ℃ 或背火面上任何一點的溫升超過該點初始溫度180 ℃時, 則認為試件失去隔熱性。

完整性-- 棉簽試驗時棉簽被點燃或背火面竄火達10 s 以上時, 或當時間背火面出現(xiàn)貫通至試驗爐內(nèi)的裂縫, 直徑6 mm 的探棒可以沿裂度方向移動不小于150 mm 或直徑25 mm 的探棒可以穿過裂縫進入爐內(nèi)時, 則認為試件失去完整性。

2. 2 現(xiàn)行鋼結構防火涂料的耐火性能試驗

我國現(xiàn)行鋼結構構件的耐火性能試驗是在一種可以按照標準升溫曲線升溫的模擬火災的試驗裝置中進行的。GB/ T 9978-1999一般采用燃氣或輕柴油作為熱源, 試驗時要求火焰不得直接作用在構件上, 爐溫的測量點應與試件保持一定的距離, 這種試驗是一種大型的破壞性試驗, 對于承重構件在受火時間時還應按照構件設計荷載的要求施加相應的載荷, 由于邊界條件的模擬較為困難, 一般只進行簡支構件的測試?，F(xiàn)有規(guī)范構件的耐火極限值,也均以這類構件的試驗結果作為參考。

我國鋼結構防火涂料耐火性能檢測GB 14907-2002, 采用水平承重構件的耐火性能試驗方法。一般選用國家標準中規(guī)定材質(zhì)為Q235、型號為I 36b 或I 40b 的工字鋼梁作為基材, 除銹后,涂刷防銹漆( 有的涂料本身為防銹型) , 再涂刷該涂料至試驗厚度, 經(jīng)養(yǎng)護達到試驗狀態(tài), 加載方式為模擬垂直均布荷載, 按國家標準規(guī)定的設計荷載加載, 荷載在試驗過程中為定值。鋼梁兩側和底面三面受火, 試驗爐點火后, 以超薄型膨脹涂料為例, 隨著溫度升高, 涂料逐層發(fā)泡, 隨著時間的增長和溫度的升高, 由于火焰的熱輻射, 熱量經(jīng)過涂料發(fā)泡層逐漸向鋼梁基面?zhèn)鬟f, 當鋼梁達到臨界溫度時, 承載能力開始下降, 以緩慢的速度開始變形, 此時為彈性變形。隨后逐漸為塑性變形, 隨即變形速率迅速增大, 鋼梁的撓度達到撓度極限L / 20 時, 以此時的耐火時間作為涂料的耐火極限。
 

3 存在的問題及研究方向

鋼結構防火涂料作為一類功能性涂料, 其性能主要由理化和耐火兩方面組成, 現(xiàn)行的防火檢測方法還存在一定的問題。如國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范對同種防火涂料只規(guī)定一種涂層厚度的檢驗報告, 實際工程中由于鋼梁、鋼柱、鋼樓板所要求的耐火極限各不相同, 并且防火涂料因其應用環(huán)境不同、受火類型不同, 對基材的保護作用也不同, 因此對鋼板鋼柱采用何種厚度的防火涂料進行保護,目前從理論上或是實際工程中都缺乏相應的研究。

耐火極限檢驗中使用的基材是Q235 的標準I 36b 或I 40b熱軋普通鋼梁, 而實際工程中, 鋼構件的截面尺寸各種各樣。同種防火涂料在具有不同截面系數(shù)的鋼構件上耐火性能的差異較大。檢驗報告中描述的鋼梁與實際工程中的構件并無完全對應關系, 實際使用的鋼構件和實際標準鋼梁間應如何進行換算, 如何確定實際使用鋼構件的涂層厚度, 國家尚無規(guī)定。我國現(xiàn)有方法檢測防火涂料耐火極限需要較多的原材料、較大的鋼構件和較大的設備, 無法用人工的辦法加快涂后工件的養(yǎng)護, 也無法在較短的時間得出可以參考的結果, 這就給許多假冒偽劣產(chǎn)品有了可乘之機。

防火涂料工程中常出現(xiàn)試驗涂料與現(xiàn)場涂料不符的情況, 造成防火涂料工程質(zhì)量難以控制的局面。雖然北京現(xiàn)已頒布了對于鋼結構防火涂料進行質(zhì)量控制的地方標準DBJ 01-616-2004 建筑防火涂料( 板) 工程設計、施工與驗收規(guī)程, 其中也僅提出現(xiàn)場檢測涂層厚度的要求等, 防火涂料厚度并不能完全反應涂料的防火保護效果, 因此即便是進行了現(xiàn)場的涂料厚度檢測, 也不能杜絕使用假涂料或以次充好的現(xiàn)象發(fā)生。由于現(xiàn)有方法檢測鋼結構防火涂料耐火性能需要較多的財力、物力, 且檢測周期長, 這給質(zhì)量監(jiān)督工作帶來諸多不便, 使實際工程中存在很多隱患。

 

4 結語

鋼結構防火涂料是目前最理想、可靠、經(jīng)濟實用的鋼結構防火措施, 采用科學、便捷的檢測手段進行鋼結構防火涂料耐火性能的檢測是保證防火涂料領域健康、有序發(fā)展的重要手段。