關(guān)鍵詞：超薄型防火涂料；鋼結(jié)構(gòu)；水性；填料

    0 前 言

    近年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)在各種大型工程中得到了廣泛應(yīng)用。然而，鋼材在高溫火焰的直接灼燒下，會(huì)很快失去承載能力，將對(duì)整個(gè)建筑物造成災(zāi)難性的后果。因此，鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)問(wèn)題受到了重視。防火涂料按涂膜厚度分為厚涂型、薄涂型和超薄型三種，其中水性超薄型防火涂料成為研究的熱點(diǎn)。

    在研究中發(fā)現(xiàn)，除了阻燃劑及乳液對(duì)防火涂料性能的影響比較大外，填料的影響同樣是非常重要的。在普通涂料中，填料通常起降低成本、改善涂料理化性能的作用，而在防火涂料中，又兼具了阻燃的作用。由于每種填料的組成成分、形態(tài)、物理性質(zhì)等的差異，導(dǎo)致在防火涂料中發(fā)揮的作用也各不相同。本試驗(yàn)旨在比較幾種常用的填料對(duì)防火隔熱效果的影響。

    1 實(shí)驗(yàn)部分

    1.1 原材料及配方（見(jiàn)表 1 ）

    1.2 防火性能檢測(cè)

    1.2.1 火焰源

    參考標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》 GB14907-2002 中的指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)采用自制煤氣噴燈燃燒法檢測(cè)涂料的防火性能（該噴燈火焰溫度可達(dá) 900 ～ 1 000 ℃ ）。

    1.2.2 試驗(yàn)樣板制作

    在 18 cm × 25 cm 鋼板的一側(cè)涂有 2 mm 厚的涂層，室溫放置 7 d ，至涂層實(shí)干。

    1.2.3 耐火試驗(yàn)

    使涂層面朝下將實(shí)驗(yàn)樣板置于噴燈上方 10 cm 處。將測(cè)溫儀的熱電偶與鋼板背面接觸，記錄溫度儀顯示的溫度，用秒表記錄耐火時(shí)間。

表 1 原材料及參考配方

    2 結(jié)果與討論

    2.1 選取填料的標(biāo)準(zhǔn)

    隔熱效果好的膨脹型防火涂料的炭層應(yīng)該具有以下特點(diǎn) : 

    （1） 炭層應(yīng)具有一定高度，使火焰與鋼材之間產(chǎn)生一定的距離；

    （2） 炭層中間為均勻、密實(shí)、蜂窩狀的骨架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以延緩熱傳導(dǎo)的速度；

    （3） 炭層表面需有一定強(qiáng)度，防止火焰將其吹垮。

    2.2 單一填料對(duì)防火性能的影響

    在乳液量、助劑量、水量、阻燃助劑量、待考察填料用量及加料順序均相同的條件下分別考察了碳酸鈣、高嶺土、*、硅灰石和*不同填料對(duì)防火性能的影響。對(duì)比實(shí)驗(yàn)中主要組分用量見(jiàn)表 2 。

表 2 不同填料的對(duì)比實(shí)驗(yàn)

表 3 不同填料對(duì)耐火實(shí)驗(yàn)的影響

    按照表 2 以不同填料進(jìn)行五組實(shí)驗(yàn)，分別制板，進(jìn)行煤氣噴燈燃燒法實(shí)驗(yàn)，以板背面溫度達(dá)到 200 ℃ 為測(cè)試終點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3 。

    從表 3 可知，加入碳酸鈣的涂料雖然膨脹高度較高，增加了火焰與鋼板的距離，但由于中間為大泡狀，而不是均勻致密的蜂窩狀炭層，隔熱效果并不好，耐火時(shí)間短 , 所以配方中不宜采用碳酸鈣；*炭層的膨脹高度雖然比碳酸鈣的低，但是*炭層的質(zhì)量比碳酸鈣的好，含*的涂層耐火時(shí)間優(yōu)于碳酸鈣，說(shuō)明炭層質(zhì)量的好壞比膨脹高度更重要。

    將表 3 中炭層質(zhì)量情況相同的高嶺土、*、硅灰石進(jìn)行比較。膨脹高度zui高的為硅灰石，其次是高嶺土，*zui低。耐火時(shí)間的次序是硅灰石 > 高嶺土 > *。由此可以看出，耐火時(shí)間的好壞順序同膨脹高度的順序相同，這就說(shuō)明在炭層質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的情況下（即炭層中間為密實(shí)蜂窩狀）時(shí)，膨脹的高度越高，防火隔熱的效果越好。當(dāng)然，炭層也不能過(guò)高，否則會(huì)導(dǎo)致炭層與鋼板脫離，起不到防火的作用。

    由表 3 可見(jiàn)，含*涂層的發(fā)煙量zui少，雖然加入*后炭層的膨脹高度并不很高，但其耐火時(shí)間卻非常好。此結(jié)果與文獻(xiàn) [1] 相一致，即煙少，吸熱量大，耐火效果好。*是非常好的耐火阻燃添加劑。

    綜上所述，在上述所考察的五種無(wú)機(jī)填料中，硅灰石與*的效果，高嶺土、*次之，而碳酸鈣效果zui差。筆者認(rèn)為碳酸鈣不適宜應(yīng)用到防火涂料中。

表 4 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

表 5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    2.3 混合填料對(duì)防火性能的影響

    將表 3 中耐火效果較好的硅灰石、*結(jié)合在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使其發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。保持其余原料的比例不變， 只改變硅灰石、*的用量，采用 L 4 （ 2 2 ）正交法優(yōu)化配方。正交實(shí)驗(yàn)因素水平及結(jié)果見(jiàn)表 4 、表 5 。

    由表 5 煙量的多少可以看出*對(duì)耐火時(shí)間的影響較大，硅灰石對(duì)耐火時(shí)間的影響很小。實(shí)驗(yàn) 6 與實(shí)驗(yàn) 8 中，*均為 5 g ，煙量均較多，而實(shí)驗(yàn) 7 與實(shí)驗(yàn) 9 中，*均為 2 g ，煙量均較少。說(shuō)明*雖有抑煙作用，但如果加多了不僅不抑煙，還產(chǎn)生煙，同時(shí)還影響炭層膨脹高度，導(dǎo)致隔熱效果不好。由表 5 可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn) 9 的耐火效果，不但耐火時(shí)間長(zhǎng)而且煙量少，說(shuō)明硅灰石 5 g ，* 2 g 的搭配比例是*的。

    2.4 提高炭層強(qiáng)度的方法

    由于防火涂料中加入了大量的有機(jī)阻燃助劑，在高溫作用下，有機(jī)物分解成為氣體排出，使中間形成了許多微小的孔洞，造成炭層較軟，強(qiáng)度不夠。為了提高炭層強(qiáng)度，提高其抗氣體沖刷能力，避免出現(xiàn)炭層被火焰沖破或炭層脫落等現(xiàn)象，通常可采取兩種方法 : ①增加無(wú)機(jī)填料的用量（如高嶺土、*、硅灰石等）；②加入空心微珠、玻璃纖維、石棉纖維等 [2] 。但是炭層的高度是隨無(wú)機(jī)填料用量的增加而降低的，這就會(huì)影響到防火隔熱的效果，所以方法①不宜采用。本實(shí)驗(yàn)采用方法②，加入空心微珠。即在實(shí)驗(yàn) 9 的基礎(chǔ)上，多加入 4 g 空心微珠，配方見(jiàn)表 6 ，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 7 。

表 6 提高炭層強(qiáng)度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)配方 /g

表 7 空心微珠的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    由表 7 可見(jiàn)，空心微珠的加入不但沒(méi)有影響炭層的質(zhì)量和耐火時(shí)間，反而使炭層的強(qiáng)度有了明顯的提高，這樣火焰就不會(huì)輕易將炭層吹塌。外另，從表 7 中還可以看出，空心微珠的加入使耐火時(shí)間有了明顯的增加，筆者認(rèn)為，可能是因?yàn)榭招奈⒅楸旧砭褪嵌嗫椎慕Y(jié)構(gòu)，這種特殊的結(jié)構(gòu)使每一?？招奈⒅槎?nbsp;成為一個(gè)隔熱體。眾多的空心微珠在一起，就形成了一個(gè)密實(shí)的蜂窩狀骨架。同膨脹后的炭層骨架的作用相同。 

    綜上所述，實(shí)驗(yàn) 10 的配方為*的防火涂料配方，其綜合性能（煙量、炭層強(qiáng)度、炭層質(zhì)量、耐火 時(shí)間）均較優(yōu)異。

    3 實(shí)驗(yàn)舉例及與國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品比較

    按上述討論所得*配方制得防火涂料，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB14907-2002 《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》進(jìn)行性能檢測(cè)，并與國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表 8 、表 9 。

表 8 本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果

表 9 本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外水性防火涂料產(chǎn)品比較結(jié)果

    由表 8 、表 9 可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn) 10 的配方產(chǎn)品在性能上已達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB14907-2002 《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》的指標(biāo)。在耐火隔熱效果上已經(jīng)達(dá)到了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的性能，優(yōu)于國(guó)內(nèi)某產(chǎn)品的性能指標(biāo)。

    4 結(jié) 語(yǔ)

    （1） 在防火涂料中，填料的作用是同樣重要的，雖然填料在整個(gè)防火涂料中所占的比例不大，但對(duì)防火涂料的性能具有重要影響。 

    （2） 我們選用硅灰石、*、空心微珠為防火涂料的填料，在配方中各組分分別為 5g ， 2g ， 4g 。其中硅灰石起骨架的作用，*起抑煙、降溫的作用，空心微珠起增強(qiáng)炭層強(qiáng)度的作用。 

    （3） 高嶺土、*的作用同于硅灰石，但性能卻不及硅灰石。而碳酸鈣不適宜應(yīng)用到防火涂料中。 

    （4） 充分利用填料價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，配合其它阻燃助劑，可以制備出性能優(yōu)異的防火涂料。

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