厚涂型钢结构防火防腐涂料的研究与应用

现代化高层及大型建筑物的框架大多采用钢结构，虽然作为承重构件的钢材具有强度高、自重轻、负荷能力大、抗震性能好、易施工、无污染、可循环利用等优点，但是，其导热系数[52W/（m·K）]大，一旦遇到火灾，在10~15min内其温度可升至700℃，远远超过了自身的临界温度（540℃），此时，因钢材的屈服强度急剧下降至常温态的40%左右而失去承载力，会引起建筑物垮塌。目前，我国多采用钢结构防火涂料对其进行涂装保护。对于高层民用建筑的支撑柱，一般工业与民用建筑中支承多层的柱[1]，大跨度钢结构厂房、石油化工工程等，多采用耐火极限超过2h的厚质钢结构防火涂料进行保护。虽然钢构件在出厂前都进行过表面除锈并涂刷上了防锈底漆，但在运输、施工过程中，不可避免地会损坏漆膜，即使在施工现场进行二次补刷防锈漆，对于隐蔽处也会造成漏涂，为了防止钢结构因局部锈蚀而影响建筑物的使用寿命，防火涂料增加防锈、防腐功能是非常必要的。本研究以水泥与乳胶粉复合作为黏结剂，以多种轻质多孔无机材料为隔热填料，以有机-无机复合可膨胀材料为发泡剂，在防锈颜料和助剂的配合下，制备成具有黏结强度和抗压强度高、耐水性好、安全无毒、抗冷热循环、导热系数低、防火防腐性能优良的厚涂型钢结构防火防腐涂料。

2试验部分

2.1原材料的选择

⑴复合黏结剂：42.5R硅酸盐水泥；粉煤灰，Ⅱ级；灰钙粉，市售；可再分散乳胶粉。

⑵无机轻质隔热填料：海泡石粉、水镁石纤维、云母粉、膨胀蛭石；玻化微珠：空心玻璃微珠。

⑶复合发泡材料：聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇，北京巴特尼；重铬酸铵；可膨胀石墨。

⑷防锈颜料：纳米复合铁钛粉。

⑸助剂：高效减水剂、引气剂、保水剂、憎水剂、早强剂等。

2.2试验配方

通过大量试验，最终确定厚涂型钢结构防火防腐涂料配方，见表1。

2.3制备方法

⑴将无机轻质隔热材料（水镁石纤维除外）过筛，筛除粗颗粒，以免喷涂施工时堵塞喷枪嘴。

⑵将空心玻璃微珠、粉煤灰、可膨胀石墨加入封闭式干粉混合机内，搅拌中逐渐加入水镁石纤维，待无机纤维分散均匀后，再加入黏结剂、发泡剂、助剂、防锈颜料等，最后加入玻化微珠、膨胀蛭石等轻质填料，混合均匀后放料、装袋。

2.4性能检测

厚涂型钢结构防火防腐涂料系粉状混合物，施工时加适量水低速搅拌成浆料，喷或涂抹于钢材基层，加水比例为：m（粉状涂料）∶m（水）=1.0∶（1.0~1.2）。产品由国家固定灭火系统和耐火结构质量监督检验中心按GB14907—2002标准检测，结果见表2。

3结果与讨论

3.1不同黏结材料的搭配及用量对涂料性能的影响

厚质钢结构防火涂料一般是非膨胀型涂料。单纯由无机黏结剂构成的厚质防火涂料，存在着黏结强度较低（一般仅为0.1MPa）、耐水性较差、涂层硬而脆、易产生裂纹等缺陷，用可再分散乳胶粉对无机黏结剂进行改性，形成有机-无机复合黏结剂体系，制备成厚质防火涂料，可显著提高其黏结强度、抗压强度、防水抗渗性能、柔韧抗裂性、耐冷热循环性、耐火极限值等。

3.1.1乳胶粉用量的影响

在配方中其它因素不变的条件下，乳胶粉的不同用量对厚涂型钢结构防火防腐涂料性能的影响见表3。

由表3可知，配方中随着乳胶粉用量的增加，涂料的黏结强度、抗压强度、耐水性、耐冷热循环性和耐酸碱性均相应提高，尤其是黏结强度和耐水性提高显著，当乳胶粉用量达到2%时，各项性能都能达到或超过GB14907—2002标准中规定的指标。

3.1.2有机-无机复合胶黏剂的影响

作为主体黏结剂的水泥，由于密度较大，用量大时会增加防火涂料的干密度、减小其热阻、降低涂层的防火性能；用量小时，又会降低涂料的黏结强度、抗压强度及耐水性等指标。选用富含SiO2胶凝剂的粉煤灰替代部分水泥，可在一定程度上降低无机黏结剂的密度，并且增加涂层的孔隙率，提高热阻，增强防火性能，替代率控制在20%左右为好。为了激发粉煤灰颗粒表面的活性，提高无机黏结剂的早期强度，又添加了少量灰钙粉，由上述三种材料组成无机黏结剂。本研究优选的有机-无机复合胶黏剂的配比为：m（无机胶黏剂）∶m（乳胶粉）=100.00∶4.65。在配方中其它因素不变的条件下，有机-无机复合黏结剂的添加量对厚涂型钢结构防火防腐涂料性能的影响见表4。

由表4可知，随着复合黏结剂用量的增加，涂料的黏结强度、抗压强度、耐水性、耐冷热循环性、耐酸耐碱性相应提高，干密度增加，导热系数上升，耐火性趋降。当复合黏结剂用量达到55%时，涂料的干密度超标、导热系数较高、防火性能降低。按照综合性能评价选优的原则，复合黏结剂的添加量应控制在45%~50%。