钢结构防火涂料着装状态与温湿循环的关系.pdf

第 2 9卷 第 3期 2 0 1 2年 9月 建筑科 学与工程 学报 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo 1 ． 2 9 S e pt ． NO ． 3 2 O1 2 文章编号 1 6 7 3 2 0 4 9 2 0 1 2 0 3 0 0 2 4 0 7 钢 结构 防火涂料着装状态 与温湿循环 的关 系 张虎元 。 ， 张 悦 ， 张学超 1 ．兰州大学 西部灾害与环境力学教育部 重点 实验室 ， 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 2 ．兰州大学土木工程与力 学学 院， 甘肃 兰州 7 3 0 0 0 0 摘 要 进 行 了钢 结构 防 火涂料 室 内模拟 加速 老化试 验 ， 探 讨 了环境 温湿度 变化 对防 火涂料 的物理 着 装 状 态及 其耐 久性 的影响 ； 选择 防 火涂 层厚度 和 温湿循环 次数 为 变量 ， 试验 测 定循 环前 后 防火涂 层 外观、 色差、 微结构及粘结强度的变化。试验结果表 明 随着温湿循环次数的增加， 防火涂层发生质 量损失、 厚度减 少、 龟裂、 颜 色变暗泛黄及孔隙扩大现象； 防火涂料的初始涂层厚度越大， 这种 变化 趋势越明显； 在测试的 4 o次温湿循环范围内， 防火涂层与钢板基材之 间的附着力有提 高的趋势， 但 随着循环次数的继续增加 ， 附着力开始降低 ； 温湿循环相 同时， 薄层涂料的附着力大于厚层涂料； 与 厚 层 防火涂层 相 比 ， 薄层 涂料物 理 着装状 态受温 湿循 环 次数 影 响较 小 ， 抵 抗 老 化 变形 的 能 力较 强 ， 耐候性 更 高。 关键词 钢结构； 防火涂料 ； 加速老化 ； 质量损失； 温湿循环； 耐久性； 涂层附着力 中图分 类号 T U5 4 5 文献标 志码 A Re l a t i o n s o f Fi r e Re s i s t i v e Co a t i ng f o r St e e l St r u c t u r e a n d Cy c l e s o f Te m p e r a t u r e a n d H u m i di t y ZH ANG H u y ua n 一，ZH ANG ru e 。ZH ANG Xue c ha o 1 ．Ke y Lab or a t o r y of M e c ha n i c s o n Di s a s t e r a nd Env i r o nme n t i n W es t e r n Chi n a，M i ni s t r y I ． a n z h o u Un i v e r s i t y，I ． a n z h o u 7 3 0 0 0 0 ，Ga n s u，Ch i n a ；2 ． S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d La nz h ou Uni v e r s i t y，I a nz hou 73 0 00 0。Ga ns u，Ch i na o f Edu e a t i on。 M e c ha ni c s ， Ab s t r a c t The a c c e l e r a t e d a gi n g t e s t 0i1 a f i r e r e s i s t i v e c oa t i ng FRCf o r s t e e l s t r uc t u r e wa s do ne t o u nd e r s t a n d t he e f f e c t s o f t e m p e r a t u r e a nd hu m i d i t y v a r i a t i o n o n FRC p hys i c a l p r op e r t i e s a nd du r a bi l i t y． I n t h e l a b o r a t o r y a gi n g t e s t ， FRC t h i c k ne s s a nd t h e c y c l e s of t e mpe r at ur e a nd humi d i t y we r e c on t r o l l e d，a n d t he p he n o m e na i nc l u d i ng t he s ur f a c e a s p e c t ，c o l o r，mi c r o s t r uc t ur e a n d a dh e s i on we r e ob s e r v e d ． Te s t r e s ul t s i n d i c a t e t h a t FRC ha s a t e nd e n c y i n ma s s l O S S ， l hi c kn e s s d e c r e a s e， f r a c t u r i ng， da r k e n i ng a nd ye l l o wi ng i n c o l o r， a n d p or e e nl a r g e me nt a f t e r e x po s u r e t O i n c r e a s e t he c y c l e s o f t e mpe r a t ur e a nd hu m i d i t y v a r i a t i o ns ． The h i gh e r t he FRC t hi c kne s s i s ，t h e m o r e o bv i o us t he s e ph e n ome na a r e ． W i t hi n t h e 4 0 c y c l e s o f t e mpe r a t ur e a n d h umi d i t y c o nd uc t e d。t h e a d he s i o n be t we e n FRC c o a t i ng a n d s t e e l i S f ou nd t o b e i nc r e a s e d a t t he e a r l y c y c l e s b u t d e c r e a s e d f i n a l l y a t t h e l a t e c y c l e s ． Af t e r t h e e x p o s u r e t o s a me c y c l e s o f t e mp e r a t u r e a n d h u mi d i t y，t h i n n e r FRC s h o ws a h i g h e r a d h e s i o n c o mp a r e d t o a t h i c k e r o n e ．Th e f i na l c o nc l u s i on s u p po r t e d b y t he a c c e l e r a t e d a gi ng t e s t i s t h a t a t h i n FRC po s s e s s e s a be t t e r r e s i s t a n c e a nd d ur a bi l i t y t o we a t he r va r i a t i on ． 收 稿 E t 期 2 0 1 2 - 0 4 1 0 基金项 目 “ 十一五” 国家科技支撑计划项 E t 2 0 1 0 B AK6 7 B 1 6 ； 兰州大学“ 2 0 1 0年度大学生创新创业行动计划” 项 目 作者简介 张虎元 1 9 6 3 一 ， 男 ， 甘肃 宁县人 ， 教授 ， 博士研究生导师 ， 工学博士， 博士后 ， E ma i l z h a n g h u y u a n l z u ． e d u ． c n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 张虎元 ， 等 钢结构防火涂料 着装状态与温湿循环的关系 2 5 Ke y wo r d ss t e e l s t r u c t u r e；f i r e r e s i s t i v e c oa t i ng；ac c e l e r a t e d a gi n g；ma s s l os s ；c y c l e o f t e mpe r a t u r e a nd h umi di t y；d ur a bi l i t y；c o a t i ng a d he s i o n f o r c e 0 引 言 钢结 构 以 其 强 度 高 、 质 量 轻 、 抗 震 性 能 强 等 优 势， 在现代建筑结构中得到了广泛应用 。但是 ， 钢结 构 的致 命缺 陷是 防火性 能差 ， 在全 负荷 情况下 ， 使 钢 结 构 失 去静 态平 衡 稳 定 性 的临 界 温 度 在 5 0 0℃左 右 。一 旦发 生火灾 ， 钢 材 的力学性 能会 迅速 下降 ， 近 千度 的高 温最终 可能 导致钢 结构 的破 坏垮塌 。中 国 在 2 O世纪 9 O年代 初 对裸露 钢梁 的耐 火极 限进行试 验 ， 确认 了 I 3 6 b ， I 4 0 b标 准 工 字 钢 梁 的 耐 火 极 限 分 别为 1 5 ， 1 6 mi n ， 临 界 温 度 为 5 3 8℃_ 1 ] 。即 使 在 正 常使用条件下 ， 由于采用钢结构 的建筑大都处于室 外 ， 所 以环 境变 化会 对 钢 结构 防火 涂 料着 装 状 态 产 生 巨大影 响 ， 从 而影 响钢结 构 的防火 性能 。 防火 涂 料 能否 有 效 地发 挥其 防火 作用 ， 在很 大 程度上取决于防火涂料的耐久性 耐曝热性 、 耐盐雾 腐蚀 性 、 耐 酸 性 、 耐 碱 性 、 耐 冻 融 循 环 性 、 耐 湿 热 性 [ z ] 。这 包括 2个方 面 的含义 一是涂 层 与基 材粘 结力 的耐 久性 ， 即 防火 涂 料 是 否容 易 随 时 间 的延 长 而出现剥落、 粉化等现象 ； 二是涂层的防火性能是否 持久， 即经过若干年后 ， 在外界各种因素作用下其耐 火极 限是 否 明显 降低 。耐 久性 好 的涂 层 老化 较 慢 ， 防火性 能 不 易失 效 ； 反 之 ， 则 老化 快 ， 易 失效 。防火 涂 料 的老化进 程 是 不 可逆 的 。通 常 ， 可 采 取 适 当 的 防护措 施 如不 同构 件采 取不 同 的涂 层 厚度 延缓 防 火涂料的老化速率 ， 确保其应有的物理着装状态和 防火效 果 。 目前 ， 中 国对 钢 结 构 防火涂 料 使 用前 的耐 久性 已经进 行 了较多 的检 验 测 试 ， 而 对 防火 涂 料 在 工程 环境中的使用寿命缺乏科学的评价。因为实际火灾 发生 可能是 在 防火 涂 料涂覆 后 的数年 甚至更 长 的时 问 。钢结构 在投入 运行 之后 ， 随着 季节 的交替 ， 环 境 温度一 湿 度变化 会 引 起 防火 涂 层 的物 理 着 装 状 态 及 化学 性质 的变化 ， 从而 导致 防火效 果降 低 。 程 海丽 选取 了 2 种 具有 代表性 的膨 胀 型防火 涂 料 ， 按 照 自行设计 的试 验 制度 进 行 冻 融循 环 试 验 和 人工 加速老 化试 验 ， 并 进行 防火 性能测 试 ； 最 后用 受 火后 涂层 的膨胀 高 度 、 碳 化 面积 以及 涂 层质 量 和 碳 化质 量评价 防火 涂层 抗火性 能衰 减程 度 。 S a k u mo t o等 按 照 自行设计 的试验 制度 ， 对 D I N 4 1 0 2及 B S 8 2 0 2这 2种钢 结 构 的膨 胀 型 防火 涂料 进行 了人工 加速 老化 试验 和隔热 性能 试验 。结 果表 明 ， 影 响该 涂 料 的 主要 环 境 因 素是 水 。因此 试 验着 重研究 涂料 耐水 性 ， 并 基 于试 验 结果 ， 提 出了针 对 日本 高温高 湿度环 境下 检验膨 胀 型钢结 构 防火 涂 料耐 久性 的试 验方 法 。 Mi s z c z y k等 在实验室 内用阻抗频谱技 术设 计 了零上 温度循 环 和 零 上 至零 下 的温度 循 环 ， 模 拟 了涂料所 处 自然条 件 中的温度 变化 。发现 温度 变化 尤其 是 冻融循 环会 对有机 涂料 的着 装状态 产生 负面 影 响 ， 长 期暴露 下涂 层会 失去 阻隔作 用 。 关于温度 、 湿度共同作用下的多次循环对防火 涂 料着 装状 态的影 响 ， 特 别 是 从 微观 角 度 进 行分 析 与测试 的研究 较少 。本 文 中笔 者制 定 了室 内人 工模 拟 加速 老化试 验 方法 ， 观察 温 湿 交 替循 环 前 后 涂层 的色差 、 外观 、 粘结 强度 、 微结 构 的变化 ， 分析 环境变 化 对 防火涂料 着装 状态 的影 响 。该 研究 能够 结合实 际环境条件的变化， 为防火涂料的后期维护保养提 供一定 的依 据 ， 使 防火涂 料 的阻 燃效 果 得 到 最 大 限 度 的发 挥 ， 对 减小 火灾 的损失 具有 重要 的实 际意义 。 1 试验材料与方法 1 ． 1试 验设计 流程 本 文 研究 主 要 通 过 室 内模 拟加 速 老 化 试 验 完 成 ， 图 1为研究流程。以室内超薄型钢结构 防火涂 料 为研 究 对 象 ， 钢 结 构 中常 用 的 Q2 3 5钢 板_ 6 作 为 防火 涂料保 护基 材 ， 开展温 度一 湿度 交 替模 拟 老化 试 验 。试验 中设计 的 自变 量 因子 包括 涂 层 厚 度 利 用 不 同的涂 装遍数 实 现 、 温 湿 循 环 次数 ； 考 察 的 因变 量包 括 防火涂层 的 质 量 与厚 度 变 化 、 色差 、 结构 宏 观 和微观 变化 和 粘 结 强度 变 化 。采 用 正 交试 验 设 计原 则确 定 的试 样 数 目是 1 2 个 ， 试样 与试 验条 件的 组合 关系 见表 1 。 1 ． 2试 验材 料 试验 选择 中 国主体 钢结 构使 用 的 Q2 3 5低强 度 钢材 作为 防火 涂料 的基材 。委 托甘 肃兰州 东风 木器 厂 加工 ， 共制 备 1 7 0 mm6 0 mm1 0 mm 的条 状 钢板 1 2块 ， 供涂装防火涂料使用。 钢结 构 防火涂 料采 用北方 涂料 工业研 究设计 院 生 产 的室 内超 薄型 钢 结构 防火 涂 料 白 ， 产 品编 号 为 B F 一 1 3 3 0 0 1 1 。涂 料产 品标 识 的成 分 包 括 粘结 剂 丙 烯 酸 、 氨基 树脂 、 钛 白粉 、 滑 石粉 、 三聚氰 胺 、 季 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 6 建 筑科 学与 工程 学报 2 0 1 2丘 钢 结 构 防火 涂料 着 装状 态 与温 湿循 环 的关 系 钢材 表 面 防火 涂层 刷涂 防火涂层厚度 卜 一 卜 温湿循环次数 室 内加速 模 拟 老化 试验 物理特性变化 『 I附着力变化 f f 结构变化 质量 l l厚度 l I 色差 气候变化对防火涂层物理着装状态的影响 防火 涂层 维 护建 议 图 1研 究流 程 Fi g ．1 Re s e a r c h Pr o c e d ur e s 表 1 正交试 验设计方 案 Ta b． 1 De s i g n Sc h e me s o f Or t h o g on a l Te s t 组别编号 着装遍数 涂层厚度／ ram 试样编号 温湿循环次数 A1 1 O A2 2 0 A 3 0 ． 7 A3 3 O A4 4 0 B1 1 O B2 2 0 B 6 1 ． 6 B3 3 O B4 4 0 C1 1 0 C2 2 0 C 9 2 ． 3 C3 3 0 C4 4 0 戊 四醇 、 多聚酸磷酸铵 ， 其中季戊四醇和多聚酸磷酸 铵 为亲水 性 物质 ， 着装 涂 料 时 所采 用 的稀 释剂 为 二 甲苯 。 1 ． 3试 验 方法 1 ． 3 ． 1 试 样制备 试样 采 用 美 工 刷 进 行 手 工 涂 装 。将 制 作 好 的 1 2 块 钢 板 分成 3组 A 组 刷 涂 3遍 ， 涂层 总厚 度 为 0 ． 7 I T I I T I ； B组刷 涂 6遍 ， 涂层 总 厚 度 为 1 ． 6 mi l l ； C 组 刷涂 9遍 ， 涂层 总厚度 为 2 ． 3 mm。 防火涂 料粉刷 完 成后 ， 在 室 温下 自然 干燥 7 d 。 待样 品表 面涂层完 全 干 燥后 ， 采 用松 香 和 石蜡 质 量 比为 1 1的混合 液 ， 对 样 品侧 边 进 行 封 闭处 理 ， 防 止在温湿循环期间水分侵入涂层与钢板之间导致边 界效应 ， 使涂层沿边部剥离张开 。石蜡封闭处理后 再 干燥 7 d ， 称量试 样 的初 始 质量 。 1 ． 3 ． 2 温 湿循 环 试 验 温湿循 环 试 验使 用 的 温 度一 湿 度 控 制 室 为 澳 大 利亚 T P G 一 1 2 6 0 54 0 0 一 T H 植 物 生 长 箱 ， 其 温 度 、 湿度 理 论 控制 范 围如 图 2所示 。该 温 度一 湿 度 控 制 室可根据试验要求同步控制温度 、 湿度及其变化。 图 2 温 度 、 湿 度 理 论 控 制 范 围 Fi g ． 2 Th e o r e t i c a l Co nt r o l Ra ng e o f Te mpe r a t u r e a n d Humi d i t y 将涂 装完 成 的试 样 放 入 温 度一 湿 度 控 制 室 进 行 模拟加速老化试验。试样放入的方法是循环开始时 间不 同但 最 终 同步 结 束 图 3 先 放 人 A4 ， B 4 ， C 4 试样 ， 完成 1 O个温 湿循 环 ； 接着 放 入 A3 ， B 3 ， C 3试 样 ， 继续 完成 1 O个 温 湿循 环 ； 之 后 放 入 A2 ， B 2 ， C 2 试样 ， 继 续 完 成 1 0个 温 湿 循 环 ； 最 后 放 人 A1 ， B 1 ， C 1 试 样 ， 继 续完 成 1 0个温 湿循环 ， 之后 取 出全部 试 样 。这种设计 ， 不但可以保证表 1中的温湿循环次 数 ， 同时也 不会 影响后 续试 验 的同步进 行 。 温湿 循 环 次数 4 O 3 O 2 O l 0 0 A4 B4 C4 ● 1 ● ． r ， A3 口 C3 O - A2口 ‘ 口_A组 试 样 B 一2 △一B组试 样 ⋯ A1 Oc组试样 娶} __． 时 I创， d 图 3 温湿循环试验的时序设计 Fi g ． 3 Ti me S e r i es De s i gn o f Te mpe r a t u r e a n d Humi di t y Cyc l i c Test 温 湿循 环 试 验 中 ， 控 制 样 品 所 处 环 境 温 度 是 2 O℃～4 0℃ 图 4 ， 空气 相对 湿度变 化 范 围设定 为 4 O ～8 0 9 ／ 6 图 5 ， 每 1 2 h为一个 温 湿循 环 。4 O次 温 湿循环 试验 全部 结 束后 ， 同 时取 出 1 2块 试 样 ， 拍 照 、 称重 ， 观察 并记 录样 品的表 面结构 变化 。 1 ． 3 ． 3 色度 、 色差试验 试验 采用 英 国生 产 的色差计 C R - 3 0 0 ， 又称便 携 式色度仪 、 色彩分析仪 ， 是一种简单的颜色偏差测试 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 张虎元 ， 等 钢结构防火涂料着装状 态与温湿循环的关 系 2 7 图 4温湿循环过程 中的温度控制 Fi g ． 4 Te mpe r a t u r e Co n t r o l i n Cy c l e s o f Te mpe r a t u r e a n d Humi di t y 图 5 温湿循 环过程中的湿度控 制 Fi g ． 5 Hu mi d i t y Co nt r o l i n Cy c l e s of Te m p e r a t u r e a nd H u m i di t y 仪 器 。按 照 涂膜颜 色 的测 量 方 法 GB 1 1 1 8 6 ． 1 m 8 9 ， 色差 计 可 以由数 值形 式测 得涂膜 试样 的明度和 彩 度 ， 并 在 C I E 1 9 7 6 L 口 b 色 空 间 中用 色 坐标 来分别表示。通过对 温湿循环前后 各涂膜在 C I E 色 空 间中 2 个 位置 的几 何 距离 计 算 ， 即可 得 到 温湿 循 环对 涂层颜 色造 成 的影 响 与差 异 。其 中 ， L 为 明 度变量 ， 通常为正值 ， L 值越小亮度越暗 ， a ， b 均 为色度 变量 。 为避 免测 试 区域 的局 限性 ， 分 别 对 每块 钢 板 上 防火涂料的 3个不 同区域进行测定 ， 取其平均值。 2种 颜色 间的 总色差 △ E 盎可按下 式计 算 △ E a b [ A L A a A b ] 言 式 中 △ L 为 明度 差 异 ， △ L 一L L ， △ L 值 为 正 表 示 偏 白 ， △ L 值 为 负 表 示 偏 黑 ； A a 为 红 绿 差 异 ， A a 一a s ～a c ， A a 值 为 正表 示 偏 红 ， A a 值 为 负表示 偏绿 ； A b 为 黄 蓝 差 异 ， A b 一6 6 ， A b 值为正表示偏黄 ， A b 值为负表示偏蓝。 1 ． 3 ． 4 涂 层 附着 力测定试 验 附着 力是 涂 层 与基 底 间联 结 力 的 总称 ， 通 常 表 示漆膜与被涂物结合的坚固程度 。这种结合力是 由 漆 膜 中聚合 物 的极 性基 团 如 羟基 和羧 基 与 被涂 物 表面 的极性 基相互 作用 而成 。漆膜 的附着力 只能 以 间接 的手段 来测定 。 本次试验采用美国生产的拉开法附着力测定仪 P o s i Te s t Ad h e s i o n T e s t e r 测定 附着 力 ， 粘 结力 通 过 电子 数显 的方 式显示 出来 。 1 ． 3 ． 5 微 结 构观 察试验 试验采用 日本 日立公 司生产的 S U一 1 5 0 0扫描 电镜 ， 这是一种新型的电子光学仪器 。通过运用扫 描电镜 ， 用极细的电子束在钢结构 防火涂料 的样品 表 面扫描 ， 将产 生 的二次 电子用 特制 的探测 器 收集 ， 形成 电信号传送到显像管， 在荧光屏上显示物体表 面 的立体 构像 ， 摄 制 照 片 。之 后通 过 软 件 I MAG E J 对 所拍摄 的微 结构 照 片 进行 定 量 分 析 ， 对 比温湿 循 环 前后 防火涂 料微 观 颗 粒结 构 排 列 变 化 、 统计 孔 隙 参 数 的变化 。 2 试 验结果与分析 2 ． 1质量 与厚 度变化 温 湿循 环试验 前后 试样 的质量 变化 及涂 层厚度 变化见 表 2 ， 3 。从表 2可 知 ， 温湿 循 环前 后 ， 试 样 的 质量损失与涂层的初始厚度有关 ， 即 C组试样初始 涂 层厚 度最 大 ， 温 湿 循 环 后 质 量 损 失 最 明 显 。表 3 中 的数据 表 明 ， 3组 试样 在 温 湿 循环 后 涂 层 厚度 也 普遍减 小 ， C组试 样 的涂 层 厚 度普 遍 减 小 现 象 较 为 明显 。这表 明温湿 循环 对于 较大厚 度涂 层 的影响更 明显 ， 主要 表现 为质量 损失 和涂层 厚度 减小 。相反 ， 对于厚 度较 小 的涂 层 ， 温湿循 环 的影 响并不 明显 。 表 2 温湿循环前后试样质量变化 Tab ． 2 M a s s Va r i a t i on s o f Te s t Sa m p l e s Be f o r e a nd Afte r Cy c l e s o f Te mpe r a t u r e a nd Hu mi d i t y 试样编号 温湿循环次数 初始质量／ g 循环后质量／ g 质量损失／ g A 1 1 O 81 8 ． 9 8 1 8 ． 9 0 ． 0 A2 2 0 8 0 8 ． 2 8 0 8 ． 0 0 ． 2 A3 3 0 8 0 0 ． 9 8 0 0 ． 9 0 ． 0 A4 4 O 8 1 1 ． 7 8 1 1 ． 6 0 ．1 B1 1 0 8 1 3 ． 0 8 1 2 ． 8 0． 2 B2 2 0 81 9 ． 6 8 1 9 ． 6 0 ． 0 B3 3 O 81 9 ． 3 8 1 9 ． 3 0 ． 0 B 4 4 O 8 2 8 ． 8 8 2 8 ． 4 0 ． 4 Cl 1 O 8 2 8 ．1 8 2 7 ． 9 0 ． 2 C2 2 0 8 3 2 ． 4 8 3 2 ． 0 0 ． 4 C3 3 O 8 4 5 ． 0 8 4 4 ． 7 0 ． 3 C4 4 0 8 0 7 ． 8 8 0 6 ． 8 1 ． O 防火 涂料 的干 燥 一方 面 靠 溶 剂挥 发 后 ， 涂 料 中 的各 组分 紧密堆 积 而 产生 分 子 间 的 范德 华 力 ， 使 漆 膜 与基材 紧密结 合 ； 另 一 方 面微 量 氨 基树 脂 和丙 烯 酸 树 脂 的 羟基 会 产 生 交 联 。 当涂 层 较 薄 时 ， 溶 剂 挥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 建筑科 学与 工程 学报 2 O 1 2丘 表 3 温湿循环前后试样涂层厚度变化 Ta b． 3 Va r i a t i o n s of Co a t i n g Th i c kn e s s Be f or e a n d Af t e r Ci r c l e s o f Te m pe r a t u r e a n d Hu m i d i t y 温湿循环 初始涂层 循环后涂层 涂层厚度 试样编号 次数 厚度／ ram 厚度／ ram 变化／ ram A1 1 O 0 ． 7 O 0 ． 6 5 O ． O 5 A2 2 O 0 ． 7 2 0 ． 7 0 0 ． 0 2 A3 3 O 0 ． 6 8 0． 6 5 0 ． 0 3 A4 4 0 0 ． 7 0 0． 6 5 0 ． 0 5 B1 1 O 1 ． 6 8 1 ． O O O ． 6 8 B2 2 0 1 ． 6 O 1 ． 3 1 0 ． 2 9 B3 3 0 1 ． 5 4 1 ． 2 3 0 ． 3 1 B4 4 0 1 ． 7 O 1 ． 2 3 ～ 0 ． 4 7 、 1 l O 2 ． 2 5 1 ． 8 4 0 ． 4 1 C2 2 O 2 ． 4 2 1 ． 9 O 一 0 ． 5 2 C3 3 O 2 ． 3 O 1 ． 8 O ～ 0 ． 5 0 ‘ g 4 0 2 ． 4 O 1 ． 8 2 0 ． 5 8 发 比较彻底 ， 但 当涂层 较厚 时 ， 涂 层 中残 留溶 剂数量 就相 对较 多 。在 温 湿循 环 的过 程 中 ， 残 留溶 剂 会 随 着涂 料 中的亲水 性物 质季戊 四醇 和多 聚酸磷 酸铵慢 慢从 防火 涂层 中迁 移 出来 ， 最 终 导 致涂 层 的厚 度越 厚 ， 质量损 失越 大 。 图 6为钢结 构涂 料 自然暴露 在 印度鲁 尔基 时的 质量 损失 。随着 时 间 的延 续 ， 防火 涂料 质量 损 失 明 显增 加 。有 研 究 指 出 ， 在 恒 定 温 度 下 ， 2 4 mm 厚 的 涂层 含湿 量随 时 间的增长逐 渐 降低 。该 试 验结果 与 文献[ 7 ] ， [ 8 ] 中的研究结果相似 。 图 6 钢 结 构 涂 料 自然 暴 露 在 印 度 鲁 尔 基 时 的 质 量 损 失 Fi g ． 6 M a s s Lo s s of S t e e l St r uc t u r e Co a t i ng Exp o s e d t o Na t u r a l Ci r c u ms t a nc e s o f I n di a Ro o r ke e 2 ． 2色差 变化 对 温 湿循 环前 后 试样 进 行 测试 ， 颜 色 状态 可 依 据 色空 间坐 标 中 L ， n ， b 的 数 值 来 描 述 图 7 。 利 用上述 色差计 算 原 理 及方 法 ， 可 计 算 出温 湿 循 环 前 后 的差值 ， 即 △ E ， △ L ， ， △ 6 ， 结果 见表 4 。 试验显示 ， 尽管试样的涂层厚度不同， 但涂层表 面的初 始色 度基 本 相 同 。表 4中 的数 据 表 明 ， 温 湿 循 环后 △ L 值 减 小 ， 这 表明循 环 后 的涂层 较 循 环前 L f 白色 ＼ √ ＼I ／ ＼ ／ ‘ -- L 黑 色 图 7 CI E LAB色 空 间 Fi g ．7 CI E LAB Co l o r S pa c e 表 4温 湿 循 环 前 后 L ， n 。 b 值 变化 Ta b． 4 Va r i at i o n s o f Va l u e s of L ，a a nd b Be f o r e a nd A f t e r Cy c l e s o f Te m p e r a t u r e a nd H u m i di t y 试样编号 A L 值 A a 值 A b 值 △ E 盎值 A 1 3 ． 5 8 0 ． 0 8 2 ． 2 7 4． 31 A2 3 ． 1 5 0 ． 0 3 2 ． 3 3 3． 9 2 A3 3 ． 1 5 0 ．1 2 2 ． 1 6 3 ． 8 2 A4 3 ． 1 5 0 ．1 1 2 ． 0 7 3 ． 7 7 Bl 一 3 ． 0 4 一 O． 0 3 1 ． 8 0 3． 5 3 B2 2 ． 4 5 0． 0 5 1 ． 5 6 2 ． 9 0 B3 3 ． 6 6 O ．1 O 1 ． 7 2 4． 05 B 4 4 ． 1 0 0 ．1 4 2 ． 1 7 4． 6 4 C1 5 ． 6 6 0 ． 8 0 2 ． 1 O 6 ． 1 7 C2 5 ． 9 8 0． 3 8 1 ． 9 7 6 ． 3 1 C3 6 ． 6 5 0． 7 3 1 ． 7 3 6 ． 9 1 C4 6 ． 4 1 0 ． 4 7 1 ． 3 8 6 ． 5 7 相 比 ， 亮度 变 暗 。温湿 循 环 后 ， A a 值 为 正 ， 即 循 环 后涂 层颜 色偏 红 ； A b 值为 正 ， 即循 环后 涂 层 的颜 色 变得 偏黄 。 由表 4中 的数 据及 图 7可 以看 出 ， 温 湿循 环 对 样 品颜 色 的影 响 。数值 在 a 轴上 的变化 较小 ， 而 在 L ， b 轴上 的变 化较 大 。△ E 值反 映 了颜 色 的总体 变化 ， △ E 值 越 大 ， 表示 色差 变 化 越 大 。从 宏 观 来 看 ， 温湿循 环导 致 防火 涂 层表 面 的颜 色较 循 环 前 偏 黑 、 偏 黄“ 。 ] 。这是 由于 防 火涂 料 的 组 成物 大 部 分 是 有机 物 质 ， 在经 受 日光 、 紫外 线 照射 、 碳 化 、 振 动 、 挠 曲甚 至酸 雨等各 种 复 杂 因素 的作用 ， 会 发生 降解 和 老化 。该 涂料 中含 有 的丙 烯 酸 树脂 和三 聚 氰胺 ， 在 高湿条件下均有降解的倾 向； 氧气的作用也会导致 更 多 的分 子断 裂并发 生 变化 ， 使 涂膜 △ L 向黑色 方 向移动。 表 4中 的数 据还 表 明 ， 温湿 循 环 对涂 层 厚度 较 大的 C组试 样颜 色 的影 响超 过涂 层 厚 度 较 小 的 A， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 张虎元 ， 等 钢 结构 防 火涂料 着装状 态与 温 湿循 环 的关 系 2 9 B组 试样 。 2 ． 3附着 力变化 经 历不 同温湿 循 环次 数 之 后 ， 采用 拉 开法 测 定 了涂层 在钢 板 上 的 附 着 力 图 8 。从 图 8可 以看 出 ， 附着 力最大 值并 不是 出现在 温湿 循环 初期 ， 也不 是 在模拟 老化 的 末期 ， 而是 在 中间某 个 阶段 。具 体 而 言 ， 在此 次试验 中 ， A 组试样 厚 度 0 ． 7 mm 、 B组 试样 厚 度 1 ． 6 mm 的最 优 附着 力 出 现在 循 环 次数 』 ＼ ， 一3 0时 ； C组 试 样 厚 度 2 ． 3 mi n 的 附着 力 在 模 拟期 间持 续增 长 。C 4的附着力 出现 突增 ， 其 变化 趋 势 是否 正常暂 时不 能下 定论 。图 8中虚线 表示 数据 缺 失 。 2 1 l 栖 蓝 0 温 湿 循 环 次 数 图 8 涂层 附着 力与温湿循环次数的关 系 Fi g ． 8 Re l a t i on s o f Co a t i n g Ad he s i o n Fo r c e s a nd Cy c l e s o f Te m p e r a t u r e a nd H u m i di t y 用 不 同途 径 测试 的材 料力 学 强度 会 发 生变 化 ， 且其测 量 值 的 数 量 级 也 会 因 为试 验 条 件 不 同而 不 同 。有 研究认 为 ， 力 学性 能 的测 量结 果 有 时 难 以得 到准确 的解 释 。 试 验结果 显示 ， 从粘 结强 度 的角度而 言 ， 钢 结构 防火涂 料涂 层厚 度 小 的 比涂 层厚 度 大 的 附 着力 大 ， 这主要 是 因为涂 层