新型化工材料防火性能测试技术_刘国雄.pdf

中国科技信息 2023 年第 8 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-84-两星推荐和老化性能。四种新型化工防火材料的对比为了提升石化钢结构的防火性能，需要在其表层涂敷防火材料。从目前的工艺来看，涂敷材料不仅具有防火性能，而且会在火灾发生后随温度的升高迅速膨胀，形成一层密集发泡组合的保护层，这一保护层不仅耐火而且绝热，可以对内部的石化钢结构起到很好的保护作用。这里需要注意的是，涂敷材料的厚薄要适中，过厚和过薄都不可取。过厚，正常状态下就会加重石化结构钢本身的重量，从而使其质量轻的优势丧失。而且，过厚的土层在火灾高温炙烤下会形成非常致密的保护层，影响后续使用。过薄，承受火灾高温炙烤时，发泡会因为不均匀收缩导致保护层厚薄不一，某些局部会出现石化钢结构裸露的情况，导致石化钢结构损毁。为了选择更加优良的防火材料，本文对四种新型的化工材料进行比对。这四种新型的化工材料，分别称为 A 型防火材料、B 型防火材料、C 型防火材料、D 型防火材料。为了使比对效果具有实验过程的一致性，四种材料涂敷在统一规格的石化钢结构上，这种规格的长度是 150mm、宽度是150mm、高度时 600mm。四种新型化工材料的涂敷厚度，全都统一设定为 2mm，喷涂在实验件的表面以后，在同样的空间内、在同样的室温条件下养护两个星期。待防火材料与内部石化钢结构稳定黏结后，进行燃烧测试，观察四种材料的发泡现象和防火效果。对于 A 型防火材料，其涂敷前的自由状态就具有较好的流动性、不黏稠，便于在石化结构钢表面进行喷涂，并且可以形成均匀的涂层。静止两个星期后，A 型防火材料形成的涂层呈现出光滑的纯白色，外表美观。经过燃烧测试之后，A 型防火材料形成的发泡均匀细密，保护层的厚度大致分布在 80mm 到 85mm 之间。对于 B 型防火材料，其涂敷前的自由状态就具有较强的流动性，这就导致干燥的时间要比 A 型防火材料更长。B 型防火材料形成的涂层呈现出光滑的纯白色，外表美观。经过燃烧测试之后，B 型防火材料形成的发泡均匀细密，保护层的厚度大致分布在 75mm 到 85mm 之间，其厚度跨度比 A型防火材料要大。对于 C 型防火材料，其涂敷前的自由状态就具有较好的流动性、不黏稠，便于在石化结构钢表面进行喷涂，并且可以形成均匀的涂层。但静止两个星期后，C 型防火材料形成行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度新型化工材料防火性能测试技术刘国雄刘国雄上海市松江区消防救援支队防火监督一科刘国雄（1984），湖南娄底新化，本科，初级专业技术职务，防火监督。在现代建筑中，石化钢结构被大量使用。石化钢结构与一般的钢材料不同，它是石化生产过程中得到的附属品，但其强度高于普通钢材并且密度低、质量轻，从而在很多生产类型的建筑中得到了广泛应用。但是，石化钢结构中含有占比较高的烃类物质，是可燃的。这就给石化钢材料的使用留下了巨大的安全隐患。为了提升石化钢结构使用的安全性，一般要在其表面喷涂特殊的防火材料，达到在火灾发生时对内部石化钢结构保护的作用。本文中，从新型的化工材料中选出四种具有较好防火性能的材料，通过对比再选出两种最为适用于石化钢结构表层喷涂的，通过实验验证其防火性能-85-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023中国科技信息 2023 年第 8 期两星推荐的涂层中间杂着数量较多的黑色斑点，外表不美观。严重时，涂层上还会显现出细小的裂缝。经过燃烧测试之后，C 型防火材料形成的发泡也呈现出黑色，保护层的厚度大致分布在15mm 到 30mm 之间。对于 D 型防火材料，其涂敷前的自由状态就具有较好的流动性，但硬化过程十分迅速，这给喷涂操作过程中形成更好的均匀性造成了困难。喷涂在石化钢结构表面，形成纯白色的涂层，外表美观。经过燃烧测试之后，D 型防火材料形成的发泡不理想，并且形成的保护层上显现出很多裂纹，保护层的厚度大致分布在 25mm 到 35mm 之间。通过上述对比可知，A 型防火材料和 B 型防火材料的综合性能更好，留下备用。C 型防火材料和 D 型防火材料直接舍弃。防火材料在石化钢结构表面的喷涂处理为了进一步比较 A 型防火材料和 B 型防火材料，哪一个更加适合于石化钢结构的防火保护，进一步加以比对。比对过程中，需要制备石化钢结构的喷涂实验件，并进行一定周期的养护处理，以确保防火材料涂层的稳定性。石化钢结构喷涂实验件的制备本文当中，选用的石化钢结构的形状为长方体条状件，其长度为 150mm、宽度为 150mm、高度为 600mm。实验件出厂时表面有防锈处理，因此直接进行防火材料喷涂效果不理想，为此首先需要对其表面进行打磨和除锈。当实验件表面打磨光亮整洁以后，再进行喷涂。喷涂过程中，为了实现涂层的均匀需要多次喷涂来达到规定的涂层厚度。理论上讲，为了形成 1mm 厚度的防火材料涂层，需要喷涂 4 遍到 5 遍，单次的喷涂厚度介于 0.20mm 到 0.25mm 之间。为了形成 2mm 厚度的防火材料涂层，需要喷涂 7 遍到 8 遍，其中前 5 次喷涂单次的喷涂厚度介于 0.20mm 到 0.25mm之间。后面 23 次喷涂单次的喷涂厚度介于 0.35mm 到0.50mm 之间。根据上述分析，石化钢结构实验件防火材料的喷涂处理流程，如图 1 所示。石化钢结构喷涂实验件的养护A 型防火材料和 B 型防火材料喷涂在石化钢结构实验件表面形成规定厚度的涂层以后，不能直接用于老化性能的测试，还需要通过两周以上的时间养护，防火材料涂层才能达成稳定。根据经验，A 型防火材料和 B 型防火材的最佳养护条件，是在室温 20左右，湿度 60左右的环境下。经过这样的养护，实验件防火土层才能进行紫外线、高低温、腐蚀等方面的老化性能测试。本文中，对石化钢结构实验件防火材料涂层的养护处理，如表 1 所示。表 1 石化钢结构实验件防火材料涂层的养护记录时间温度湿度状态养护第一天22相对湿度 59%实验件涂层正常养护第二天22相对湿度 60%实验件涂层正常养护第三天22相对湿度 60%实验件涂层正常养护第四天21相对湿度 61%实验件涂层正常养护第五天21相对湿度 63%实验件涂层正常养护第六天22相对湿度 62%实验件涂层正常养护第七天21相对湿度 60%实验件涂层正常养护第八天21相对湿度 58%实验件涂层正常养护第九天20相对湿度 55%实验件涂层正常养护第十天20相对湿度 57%实验件涂层正常养护第十一天22相对湿度 59%实验件涂层正常养护第十二天21相对湿度 60%实验件涂层正常养护第十三天20相对湿度 61%实验件涂层正常养护第十四天22相对湿度 61%实验件涂层正常养护第十五天20相对湿度 60%实验件涂层正常防火材料性能测试实验石化钢结构用于建筑物以后，在紫外线照射、温度交替变化等情况下，其表面的防火涂层会发生老化。当其表面的防火土层老化以后，是否还具有优良的防火性能，是决定防火材料能否满足要求的重要判定条件。紫外线照射老化后的防火性能测试实验本文中，从实验容易实现的角度出发进行紫外线照射老化后防火性能测试实验。实验中，将喷涂好 A 型防火材料和B 型防火材料的两类实验件若干，放置在紫外线照射实验箱体内。通过箱体外表均匀分布的孔洞，持续循环射入紫外线对实验件进行照射，达到紫外线老化效果。实验过程中，温度条件设定在 50，湿度条件设定为 70%。紫外线照射老化实验中，表层涂敷了 A 型防火材料和 B 型防火材料的实验件各取 4 个，这些实验件的参数如表 2 所示。从表 1 中可以看出，各实验件的区别就是防火材料涂层的实际厚度，因为操作工艺的限制，涂层厚度有微小的差异。针对表 1 中经过紫外线老化的各个实验件，进行燃烧实验进一步比对 A 型防火材料和 B 型防火材料的防火性能，如图 2所示。图 2 中，横轴代表了燃烧时间，单位为分钟；纵轴代表了燃烧导致的保护层内部的石化结构钢材料的温度；黑色粗实线代表了涂敷了 A 型防护材料的石化钢结构因外部燃烧导致的温度变化曲线，这里取的是 4 个 A 型防护材料实验件温度变化的平均值；黑色粗虚线代表了涂敷了 B 型防护材料的石化钢结构因外部燃烧导致的温度变化曲线，这里取的是 4个 B 型防护材料实验件温度变化的平均值。从图 2 中的两组曲线对比情况可以看出，随着燃烧时间图 1 石化钢结构实验件防火材料的喷涂处理流程中国科技信息 2023 年第 8 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2023-86-两星推荐经过进一步的喷涂处理，选出涂敷了 A、B 两种防火材料的石化钢结构实验件各 4 枚，进行紫外线老化实验。最后，在紫外线照射达到老化之后进一步采取燃烧实验，测试 A、B两种材料的防火性能。实验结果显示：A、B 两种材料都可以有效地保护内部的钢结构稳定并不发生起火，相对而言，A 型防火材料的防火性能更佳。图 3 温度交替变化老化实验后两种防火材料的防火性能图 2 紫外线照射老化实验后两种防火材料的防火性能表 2 紫外线老化实验中实验件的参数实验件编号实验件规格理论涂层厚度实际涂层厚度A 型防护 0001长 150mm 宽 150mm 高 600mm1 000um1 024umA 型防护 0002长 150mm 宽 150mm 高 600mm1 000um1 053umA 型防护 0003长 150mm 宽 150mm 高 600mm1 000um1 038umA 型防护 0004长 150mm 宽 150mm 高 600mm1 000um1 071umB 型防护 0001长 150mm 宽 150mm 高 600mm1 000um1 109umB 型防护 0002长 150mm 宽 150mm 高 600mm1 000um1 087umB 型防护 0003长 150mm 宽 150mm 高 600mm1 000um1 123umB 型防护 0004长 150mm 宽 150mm 高 600mm1 000um1 115um的持续进行，在 A、B 两种防火材料的保护下，内部的石化钢结构的温度升高幅度很小，基本在 250达成稳定，这一温度不会导致石化钢结构发生变形、起火或损毁。这表明，A、B 两种材料在经受紫外线老化之后仍然具有极好的防火性能。从二者之间的对比情况来看，A 型材料保护下内部石化钢结构升高的温度幅度更低，这表明 A 型材料的防火性能要好于B 型防火材料。温度交替变化老化后的防火性能测试实验进一步比较温度交替变化，对于 A 型防护材料和 B 型防护材料造成的影响。实验对象仍然选择表 2 中的 8 个实验件，4 个为涂覆了 A 型防护材料的实验件，4 个为涂覆了 B型防护材料的实验件。经过温度交替变化的老化处理后，进行燃烧实验，A 型防护材料和 B 型防护材料的防火性能对比，结果如图 3 所示。图 3 中，横轴代表了燃烧时间，单位为分钟；纵轴代表了燃烧导致的保护层内部的石化结构钢材料的温度；黑色粗实线代表了涂敷了 A 型防护材料的石化钢结构因外部燃烧导致的温度变化曲线，这里取的是 4 个 A 型防护材料实验件温度变化的平均值；黑色粗虚线代表了涂敷了 B 型防护材料的石化钢结构因外部燃烧导致的温度变化曲线，这里取的是四个 B 型防护材料实验件温度变化的平均值。从图 3 中的两组曲线对比情况可以看出，随着燃烧时间的持续进行，在 A、B 两种防火材料的保护下，内部的石化钢结构的温度升高幅度很小。A 型防火材料保护下，石化结构钢在 260 270的范围达成稳定。B 型防火材料保护下，石化结构钢在 290时达成稳定。这一温度不会导致石化钢结构发生变形、起火或损毁。这表明，A、B 两种材料在经受温度交替变化老化之后仍然具有极好的防火性能。从二者之间的对比情况来看，A 型材料保护下内部石化钢结构升高的温度幅度更低，这表明 A 型材料的防火性能要好于 B型防火材