膨脹型鋼結構防火涂層耐濕熱性能理論分析

劉玉雪

（哈爾濱空調股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

如今的膨脹型鋼結構防火涂層的老化現象十分嚴重，許多工程中的鋼結構在最初擁有非常好的防火能力，但在使用一段時間后，往往會出現比較明顯的隔熱效果減弱的現象。而由于防火涂層的老化機理又比較復雜，因此人們往往找不到正確的防老化途徑。而為了解決這種問題，就需要對防火涂層進行濕熱環境下的老化試驗，從而分析其老化理論與機理，找出有效的防老化方法。

一、膨脹型鋼結構防火涂層耐濕熱性能強弱的判斷依據

要準確地判斷膨脹型鋼結構防火涂層的耐濕熱性能，就必須要有準確的量化依據，才能更加具有說服力。而從防火涂層隔熱效果的角度進行分析，通常防火涂層的隔熱效果是由導熱系數λ來間接表示的，而要判斷防火涂層耐濕熱性能的強弱，則可以對防火涂層在一定外界環境的影響前后的導熱系數變化進行比較，如果前后導熱系數差別較小，那么可以認為防火涂層的耐濕熱性能較強，反之，則認為防火涂層的耐濕熱性能較弱。

根據國際上較為常用的導熱系數計算標準，以及防火涂層質量相對于膨脹型鋼結構質量可以忽略不計的理論依據，防火涂層的導熱系數λi可以表示為以下公式：

導熱系數

上式中，di為防火涂層的最初厚度，為防火涂層的截面參數，ρ 為膨脹型s鋼結構材料的密度，Tg（t）表示在時間為t的時候外界環境的溫度，Ts（t）表示在時間為t的時候鋼結構材料的溫度，另外，上式中△t的取值不超過三十秒。

而要判斷出膨脹型鋼結構防火涂層的耐濕熱性能，可以將防火涂層在每一環境影響下的一個時間點進行外界環境溫度以及鋼結構材料溫度的測試，結合相關涂層參數求出該時刻防火涂層的導熱系數，再將該導熱系數與防火涂層剛投入使用時的導熱系數相比較，就可以非常清晰地反映出防火涂層的耐濕熱性能。

二、試驗分析膨脹型鋼結構防火涂層耐濕熱性能

表1

為了比較不同類型的防火涂層的耐濕熱性能，選用了U型防火涂料以及A型防火涂料進行試驗，對其在相同的濕熱條件下進行老化操作，在經過了42個試驗周期之后，所得的導熱系數與試驗之前的導熱系數進行比較。為了考慮試驗的準確性，兩種涂層材料的其他因素都是相同的。另外，為了分析防火涂層厚度對其耐濕熱性能的影響，在兩組試驗組的基礎上還增設了A型防火涂料在厚度減半的條件下的導熱系數測定將該組涂層定義為X。在經過了一定時間的濕熱環境影響之后，三組試件導熱系數的大小如下表所示（表中數據：il單位均為Wm-1℃-1）。

從上表中可以看出，在相同的濕熱環境以及涂層厚度的條件下，A型涂料的初始導熱系數較低，具有較好的隔熱效果，但在經過濕熱環境影響之后，U型涂料的導熱系數更低，能具有較好的隔熱效果。因此相對來說，U型涂料防火涂層比A型涂料防火涂層具有更好的耐濕熱性能。而通過對相同濕熱條件下同類型涂料的不同厚度涂層的導熱系數比較可以發現，當涂層厚度減半時，涂層的初始導熱系數會增加將近一倍，并且在經過濕熱環境的影響之后，涂層厚度減半情況下，其導熱系數會發生非常大的變化，變化幅度相當于原涂層厚度的2倍。因此，同種類型的涂料條件下，防火涂層越厚，就具有越好的耐濕熱性能。對試驗結果進行綜合分析可以得出，影響膨脹型鋼結構防火涂層耐濕熱性能的主要因素為涂料類型以及涂層厚度，另外光照條件、人為施工也會對防火涂層的耐濕熱性能造成一定程度的影響。

三、膨脹型鋼結構防火涂層在濕熱條件下的變化機理

通過對防火涂層導熱系數試驗中的環境設計可以知道，之所以膨脹型鋼結構防火涂層在濕熱條件下容易發生老化，從而造成其隔熱效果的降低，是因為環境中的氧氣以及水分，在一定溫度的條件下與涂層材料發生了氧化反應，使材料中的一些物質被侵蝕掉或者變質，最后從“隔熱”變成了“導熱”。防火涂層中有效隔熱成分的變化造成了涂層難以挽回的老化，而對文中試驗結果的比較可以發現，之所以U型涂料比A型涂料的耐濕熱性能好，就是因為U型涂料采用的是多種成分組成，具有較強的抗氧化能力，而A型涂料采用的是單組分溶劑型涂料，非常容易與外界的氧氣以及水分發生反應，最終出現非常明顯的導熱系數變化。

隨著防火涂層與外界氧氣和水分的逐步反應，防火涂層老化次數的逐漸增加，隔熱成分中的親水性物質逐漸移動到涂層表面，導致了涂層內部有效成分的消失。因此，可以知道膨脹型鋼結構防火涂層在濕熱環境下主要是涂層的有效成分與氧氣和水分反應掉以及有效成分浮出表面兩方面造成了有效成分的消失，從而使防火涂層失去了隔熱效果，防火性能出現明顯下降的現象。而在膨脹型鋼結構的防火涂層施工過程中，為了提高其耐濕熱性能，一方面應該盡量選擇抗老化性能好的涂料，另一方面，還應該盡量加厚防火涂層并注意日常保護，延長其使用壽命。

結語

綜上所述，膨脹型鋼結構防火涂層在濕熱環境下發生的老化是其本質上的改變，具有很強的不可逆性，因此需要在施工時就嚴格控制涂料的類型以及涂層的厚度，使防火涂層在膨脹型鋼結構中真正發揮其效用。而隨著對新型防火涂料的逐漸開發與利用，我國的膨脹型鋼結構的防火施工必將更加可靠。

[1]王玲玲，李國強.超薄膨脹型鋼結構防火涂層的耐濕熱性能[J].建筑材料學報，2011，01:36-40.

[2]范方強.水性超薄型鋼結構防火涂料的制備及防火作用機理研究[D].華南理工大學，2013.