超薄型钢结构防火涂料现场快速检测方法研究*

张文彬 齐楸 张国顺 王同喜 李树超 陶鹏宇

(应急管理部天津消防研究所 天津 300381)

0 引言

钢结构喷刷防火涂料是一种可靠、经济的方法，广泛应用于钢结构的保护，首都机场航站楼、上海东方明珠电视塔等大型建筑都采用了涂刷钢结构防火涂料来提高建筑物耐火极限的做法[1]。目前，测试钢结构防护涂料防火性能的方法是采用《钢结构防火涂料》(GB 14907—2018)规定的方法，这种模拟试验方法成本高，且具有较大局限性，与防火涂料实际使用状态有一定的差距，不利于提高产品质量，同时也留下了火灾隐患[2]。

近期，时有报道发现钢结构防火涂料抽检质量不合格，这主要是无法对钢结构防火涂料生产现场或使用中的防火涂料进行现场快速检测，随着《消防产品现场检查判定规则》(GA 588—2012)标准的发布，意味着国家对消防产品的检测进入了现场检查时代[3-6]。因此，十分有必要针对钢结构防火涂料现场快速检测开展相关研究试验，并总结出钢结构防火涂料耐火性能参数现场快速检测方法。

本课题对典型钢结构防火涂料相关耐火性能参数进行研究，自主研发调试适用于现场耐火性检测的温控加热装置,模拟标准温升曲线对防火涂料的耐火性能进行检测，通过与实验室标准炉耐火性试验进行比对，总结典型钢结构防火涂料耐火性能参数现场快速检测方法，为工程验收提供技术支持。

1 前期准备

随机抽取6种市场销售的CB型钢结构防火涂料作为试验样品。清除试件上的锈迹后，喷涂环氧防锈漆。标准规定涂层厚度为CB型(2.0±0.20)mm；养护期不低于7 d。本试验试件养护期为10 d。

2 试验

2.1 外观观测及物理测试

2.1.1 外观观测及涂料厚度的测量

涂料完全干燥并达到养护期后，将6种涂料与厂方规定的样品相比较，并按图1测量涂料厚度。

2.1.2 粘结强度的测量

试验在6种样品钢板上分别按图1所示选择5个试验点，用AB胶粘接剂将仪器配套锭子粘在被测试件上，24 h后沿锭子周边切割涂层至钢板底面，连接锭子与附着力检测仪进行粘结强度测试，结果以5个试验值中剔除粗大误差后的平均值表示。

图1 防火涂料钢板试件测点

2.2 现场耐火性检测与实验室标准炉耐火性试验对比试验

试验采用控制变量法，分别对6种样品钢板进行对比试验，实验室标准炉试验如图2所示。

图2 实验室标准炉试验

3 结果分析

3.1 外观观测及物理测试结果对比

3.1.1 试验结果

涂料厚度测量结果见表1。

表1 试件情况及测厚结果

实验总结出粘结强度测试结果现场检测记录表，见表2，CB-02粘结强度试验平均值小于0.20 MPa,不合格。

表2 粘结强度测试结果现场检测记录

其中,附着破坏：涂层与底材界面的破坏，以A表示；被粘物的内聚破坏：涂层自身破坏，以B表示；粘接剂的内聚破坏：粘接剂层自身破坏，以C表示；黏附破坏：在粘接剂和被粘物界面上的破坏，粘接剂与被粘物脱开，以D表示。如果出现两种或两种以上的破坏形式，则应注明破坏面积的百分数。A或B类破坏面积≥70%时，其测量结果符合粘结强度测试要求；C或D类破坏面积≥70%时，为粗大误差，数据予以剔除；C破坏形式频繁发生时，则表明粘接剂的强度不能满足要求，可以更换强度更高的粘接剂；D破坏形式频繁发生时，应对粘接剂的选用、工艺和质量进行检验或更换。

3.1.2 结果分析

(1)现场检测涂料的质量好坏，可以从与涂料样品的差异性、明显裂纹、喷涂平整度、气泡和孔洞痕迹、平均喷涂厚度(C，B类为2.0±0.20 mm)、粘结强度(C，B类≥0.20 MPa)等6个方面进行初步判断。

(2)粘结强度测试结果现场检测记录表可满足现场检测的需求。

(3)外观观测及物理测试只能初步排除少部分不合格涂料(如CB-02)。

3.2 现场耐火性检测与实验室标准炉耐火性试验结果对比

《建筑构件耐火试验方法》(GB/T 9978.1—2008)规定：当试件温升超过初始温度180 ℃时，认为试件丧失隔热性；试验中只有CB-05在1 h内背火面温升未超过初始温度180 ℃，未丧失隔热性(试验初始温度T0=29 ℃)。

3.2.1 试验结果

现场快速耐火性测试要求检测时间不宜过长，经试验发现升温1 200 s内，现场耐火性检测与实验室标准炉耐火性试验背火面温升曲线逐渐趋于稳定。将所得数据进行对比，燃烧残留物及背火面温度对比见图3～图4。

(a)CB-01 (b)CB-03 (c)CB-04 (d)CB-05 (e)CB-06

图4 背火面温度对比

加热试验完成后，将燃烧残留物冷却至室温，试验现象及结果见表3。

表3 模拟现场和实验室耐火性检测试验结果

3.2.2结果分析

(1)外观观测及物理测试只能初步排除少部分不合格涂料，而另一部分不合格涂料需结合现场温控加热装置耐火性试验进行分析。

(2)加热初期，现场耐火性检测条件比实验室标准炉耐火性试验条件下的背火面温升速率快，之后温升速率逐渐反超。这是因为实验室标准炉内部空间较大，所以开始阶段温升较慢，随着炉内温度的升高，由于实验室标准炉密封性更好，散热损失更少，所以温升稍快。

(3)现场耐火性检测与实验室标准炉耐火性试验的背火面温升曲线型式及温升趋势相同。升温1 200 s时，两者背火面温差约为30 ℃。

(4)升温1 200 s时，只有CB-05背火面温度未超过初始温度135 ℃，现场测定时推荐以1 200 s背火面温度不超过初始温度135 ℃作为参考性能指标(本试验的初始温度T0=29 ℃)。

(5)升温1 200 s时，实验室标准炉耐火性试验残留物膨胀倍率约是现场耐火性检测条件残留物膨胀倍率的2倍，CB-01和CB-03膨胀倍率低于3倍，背火面温升明显过高，耐火性较差。

(6)现场耐火性检测条件与实验室标准炉耐火性试验燃烧残留物的膨胀均匀程度、裂纹宽度、有无明显凸起等外观状态相似。

4 结论

经过上述试验论证，发现模拟温控加热试验与实验室标准炉耐火性试验在外观观测、粘结强度、膨胀倍率、背火面温度和燃烧残留物状态等方面存在相关性，现场模拟温控加热试验可作为CB型钢结构防火涂料现场快速检测的一种方法。

(1)外观观测及物理测试方法(初步筛选不合格产品)：①检查钢结构防火涂料与涂料样品的差异性、有无明显裂纹、喷涂平整度、有无气泡和孔洞痕迹；②通过测厚仪采用多点测量法测量钢结构防火涂料平均喷涂厚度是否满足喷涂厚度；③采用拉拔式附着力检测仪测量钢结构防火涂料的粘结强度(C，B类≥0.20 MPa)，分析拉拔试件的破坏形式并填写粘结强度测试结果现场检测记录表。此检测方法是对《钢结构防火涂料》中粘结强度试验方法的有效补充，更符合实际现场检测的需求。

(2)现场温控加热装置耐火性检测方法：①根据现场的实际检测环境确定加热方向、加热位置和是否存在测量钢结构背火面温度的客观环境；②利用红外测温仪测量被测试件的初始温度T0并输入至现场温控加热装置中；③安装现场检测温控加热炉及配套标准火源温升曲线控制监测设备加热至1 200 s停止，现场环境允许的情况下利用数据采集设备记录钢结构背火面温升曲线；④观测燃烧残留物，利用游标卡尺测量并计算涂料膨胀倍率；⑤不满足以下3个判定条件中的任意两条，即可判定CB型钢结构涂料为不合格产品：观测燃烧产物出现明显的膨胀不均匀、有宽裂纹(≥2.00 mm)、空心凸起、涂料底层不存在未膨胀的涂料等现象；升温1 200 s时，膨胀倍率低于3倍；升温1 200 s时，背火面温度超过初始温度135 ℃。