膨胀型钢结构防火涂层的耐老化性能及设计方法研究

Intumescent coating is becoming more widely used as the fire protection material to steel structures because it has many advantages such as convenient construction, lightweight and attractive architectural appearance. Nevertheless, research on insulative properties of intumescent coating and its aging problem is rare, which is a potential safety hazard for fire resistance design of steel structures. Terefore, the following issues are researched by experiment and theoretical analysis: the aging mechanism of intumeseng coating is clarified when exposed to hydrothermal environment and UV-irradiation, the effect of top coating on anti-aging properties of intumescent coating is discussed, how the insulative properties of intumesent coating degrade with time is revealed; the effect of fire type and thickness of coating and steel substrate on insulative properties of intumescent coating is studied, design mehthod of intumescent coating under realistic fire is proposed. Such a comprehensive study will make important contribution to improving long-term safety and economy of steel structure and the development of durable intumescent coating.

喷涂膨胀型防火涂料因其具有施工简便、重量轻、装饰性好等优点，已成为钢结构主要的防火保护措施。目前，对膨胀型防火涂层使用后出现的老化问题以及火灾下涂层的实际性能研究甚少，给钢结构抗火设计留下了安全隐患。为此，本项目拟通过试验研究和理论分析，阐明膨胀型钢结构防火涂层在温度、湿度、紫外照射等环境因素同时作用时的老化机理，探讨保护面层对膨胀型防火涂层耐老化性能的影响，揭示膨胀型钢结构防火涂层隔热性能随使用时间的退化规律；研究火灾类型、涂层厚度及钢板厚度对膨胀型防火涂层隔热性能的影响，建立实际火下膨胀型钢结构防火涂层等效导热系数计算模型，最后提出实际火下膨胀型钢结构防火涂层设计方法。项目研究成果将为量化膨胀型防火涂层的老化对钢结构抗火性能的影响提供依据，并将弥补现有钢结构防火涂层设计方法的不足，对降低火灾风险、提高火灾下钢结构建筑的安全性具有重要意义，同时对钢结构防火涂料的应用与发展亦具有推动作用。

钢结构建筑耐火性能差，被动防火保护是保证钢结构建筑在火灾中规定时间内完成预定功能的必要措施，设计被动防火保护是结构抗火设计的内容之一。喷涂膨胀型防火涂料因其具有施工简便、重量轻、装饰性好等优点，已成为钢结构主要的防火保护措施。目前，对膨胀型钢结构防火涂层使用后出现的老化问题及实际工况下涂层的工作性能研究甚少，给钢结构抗火设计留下了安全隐患。本醒目采用试验研究和理论分析的方法，开展了如下两个方面的研究⑴对膨胀型钢结构防火涂层在使用过程中的老化问题进行研究，揭示了涂层在温度、湿度、紫外线照射等环境因素同时作用时的老化机理，明确了膨胀型钢结构防火涂层的隔热性能随使用时间的退化规律，分析了面漆对防火涂层耐老化性能的影响。研究表明，湿热环境下，涂层阻燃体系中的亲水性物质向涂层表面迁移和析出，阻燃体系中有效组分的配比发生变化，紫外线照射引起高分子链的断裂，最终结果是涂层的隔热性能下降，耐火时间减少。面漆虽然能延缓涂层的老化，但会影响涂层的膨胀效果；⑵对膨胀型钢结构防火涂层在实际工况下的隔热性能进行研究，明确了火灾类型、涂层厚度及钢板厚度对膨胀型钢结构防火涂层隔热性能的影响机理及规律，建立了实际工况下膨胀型钢结构防火涂层导热系数的计算模型，并在此基础上提出膨胀型钢结构防火涂层的设计方法。研究表明，防火涂层是否反应完整取决于火场的最高温度，升温速率影响膨胀-固化阶段涂层的发泡程度。升温历史不同，膨胀层的膨胀倍率和泡孔结构不同，最终表现为防火涂层隔热性能的差异。防火涂层在标准火下的隔热性能优于非标准火下的隔热性能，导热系数代表值的最大差异可达65%。项目研究成果将为量化膨胀型防火涂层的老化对钢结构抗火性能的影响提供依据，并将弥补现有钢结构防火涂层设计方法的不足，对降低火灾风险、提高火灾下钢结构建筑的安全性具有重要意义，同时对钢结构防火涂料的应用与发展亦具有推动作用。