非膨脹型防火涂料等效熱傳導(dǎo)系數(shù)研究資料

1、第 1 9 卷第 3 期 2 0 1 6年 6月建 筑 材 料 學(xué) 報 J 0URNAL0FBUI L DI NG M ATERI AL SVo 1 ． 1 9． No ． 3J u n ．， 2 0 1 6文 章 編 號 ： 1 0 0 7 — 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 3 — 0 5 1 6 — 0 6非膨脹型 防火涂料等效熱傳導(dǎo) 系數(shù)研究 韓 君 ，李 國強(qiáng) 。 ，樓 國彪 。( 1 ． 同濟(jì) 大學(xué) 土木

2、 工程 學(xué) 院 ， 上海 2 0 0 0 9 2 ；2 ． 同濟(jì)大 學(xué) 土木 工程 防災(zāi) 國家 重點 實驗 室 ，上海 2 0 0 0 9 2 )摘 要 ：基 于防 火涂料 標(biāo) 準(zhǔn)耐 火試驗 方 法 ， 對 涂覆 非膨 脹 型 防 火涂 料 的 鋼板 試 件 和 工 字型 鋼試 件 進(jìn) 行 了耐火試驗， 用所得 的試件 升溫曲線計 算非膨脹 型防火涂料 的熱傳導(dǎo) 系數(shù)隨涂層溫度 變化 曲線． 提 出將 涂層 溫度 為 4 0 08 0

3、0℃ 時的熱傳 導(dǎo) 系數(shù) 平均 值作 為涂 層 等效 熱 傳 導(dǎo) 系數(shù) ， 并 用 以進(jìn) 行 被保 護(hù) 鋼構(gòu)件 火 災(zāi)下升 溫計 算 ， 所 得 鋼 構(gòu)件 的升 溫 曲線 與 試 驗 測得 的升 溫 曲線符 合 良好． 參 數(shù) 分 析 表 明 ， 等 效熱 傳 導(dǎo) 系數(shù) 與試件 截 面形 狀 系數(shù)無 關(guān) ， 與 涂層 厚度 相 關(guān) ， 表 明 用 小尺 寸鋼 板 試件 耐 火 試 驗 結(jié)果計 算所 得 的等效 熱傳 導(dǎo) 系數(shù) 可用 于預(yù)

4、 測其 他被 保 護(hù)鋼 構(gòu) 件在 火 災(zāi)下 的升 溫． 對 不 同涂 層 厚 度 熱傳 導(dǎo) 系數(shù) 進(jìn)行 線性 擬合 ， 提 出以涂層厚 度 2 0mm 時 的等效 熱傳 導(dǎo) 系數(shù) 作 為非 膨脹 型 防 火涂 料 等效 熱傳 導(dǎo) 系數(shù)特 征值 ．關(guān)鍵 詞 ：火災(zāi) ；非膨 脹型 防 火涂料 ； 鋼 構(gòu)件 ；熱傳 導(dǎo) 系數(shù) 中圖分 類號 ： TU5 45文 獻(xiàn)標(biāo) 志碼 ： Ad o i ： l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s

5、 n ． 1 0 0 7 — 9 6 2 9 ． 2 0 1 6 ． 0 3 ． 0 1 7S t u dyo nEqu i v a l e n tTh e r m a lCo n d u c t i v i t yo fFi r eS pr a yCo a t i n gHAN J u n， L Gu o q i a n g， LOUGu o b i a ot 。( 1 ． C o l l e g eo fC i v i lE n

6、g i n e e r i n g ， T o n g j iUn i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ；2 ． S t a t eKe yL a b o r a t o r yf o rD i s a s t e rR e d u c t i o ni nC i v i lE n g i n e e r i n g ， T o n g j iUn i v e

7、r s i t y ， S h a n g h a i2 0 0 0 9 2 ， C h i n a )Ab s t r a c t ：Toi n v e s t i g a t et h ef e a s i b i l i t yo fu s i n gac o n s t a n tt h e r m a lc o n d u c t i v i t yf o rf i r es p r a yc o a t i n gwh e

8、nc a l c u l a t i n gp r o t e c t e ds t e e lt e mp e r a t u r ei nf i r e ，as e r i e so ff i r et e s t so ns p r a yc o a t i n gp r o t e c t e ds t e e ls e c t i o n swi t har a n g eo fs e c t i o nf a c t o r

9、 sa n dc o a t i n gt h i c k n e s s e sw e r et e s t e di nf i r e ．Th ec o n s t a n tt h e r ma lc o n d u c t i v —i t ywa sc a l c u l a t e da st h ea v e r a g et e mp e r a t u r ewi t h i nt h et e mp e r a t

10、u r er a n g eo fi n t e r e s tf o rf i r er e s i s t a n c ed e —s i g na n dwa su s e dt oc a l c u l a t et h ep r o t e c t e ds t e e lt e mp e r a t u r e s 。 Th ec a l c u l a t e ds t e e lt e mp e r a t u r e

11、swe r ec o m p a r e dwi t ht h em e a s u r e dv a l u e sf r o m t h ef i r et e s t s ． Th er e s u l t so ft h i sc o mp a r i s o ns u g g e s tt h a ti ti sf e a s i b l et ou s eac o n s t a n tt h e r ma lc o n

12、d u c t i v i t yf o rs p r a yc o a t i n g ．Th ec o n s t a n tt h e r m a lc o n d u c t i v i t yv a l u ewo u l db ei n d e p e n d e n to nt h es t e e ls e c t i o nf a c t o ra n dd e p e n d e n to nt h ec o a t

13、 i n gt h i c k n e s s ，wh i c hi n d i c a t e st h a ts ma l ls t e e lp l a t e sc a nb eu s e da ss t a n d a r ds p e c i me n st op r e d i c tt h es t e e lt e mp e r a t u r eo fo t h e rs t e e lme m b e r sp r

14、 o t e c t e dwi t hs p r a yc o a t i n g ． Li n e a rf i t t i n gi sp e r f o r me do nt h ee q u i v a l e n tt h e r ma lc o n d u c t i v i t yo fd i f f e r e n tc o a t i n gt h i c k n e s s ，a n dr e s u l to f

15、c o a t i n gt h i c k n e s s2 0mm i ss e l e c t e da st h ec h a r a c t e r i s t i cv a l u eo ft h ee q u i v a l e n tt h e r ma lc o n d u c t i v i t yo ff i r es p r a yc o a t i n g ．Ke ywo r d s ：f i r e ；s

16、p r a yc o a t i n g；s t e e lme m b e r ；t h e r m a lc o n d u c t i v i t y鋼結(jié)構(gòu) 的抗 火性 能較 差 ， 其 原 因主 要 有 兩個 方 面： 一是鋼材 熱傳導(dǎo) 系數(shù)很 大， 火災(zāi) 下鋼構(gòu)件升溫 快 ； 二是鋼材強(qiáng)度隨溫度升高而迅速降低． 無 防火保 護(hù) 的鋼結(jié) 構(gòu)耐 火 時 間通 常 僅 為 1 5 ～ 2 0mi n ， 故 極 易 收稿 日期 ：

17、2 0 1 5 — 0 3 — 0 5 ；修訂 日期 ： 2 0 1 5 — 0 4 — 0 8基金項 目： 國家 自 然科學(xué)基金重大 國際合作研究項 目( 5 1 1 2 0 1 8 5 0 0 1 ) ； “ 十二五” 國家科技支撐計 劃項 目( 2 0 1 2 B A J 1 3 B 0 2 )第一作者 ： 韓 君 ( 1 9 8 8 一) ， 女 ， 山東濟(jì)南人 ， 同濟(jì)大學(xué)博士生． E - m a i l ： j u n ．

18、h a n @y a h o o ． c o r n建 筑 材 料 學(xué) 報 第 1 9 卷 導(dǎo)系 數(shù) 的概念 ， 采 用 一 個 有 代 表 性 的 常量 作 為 防火 涂料 的等 效熱 傳導(dǎo) 系數(shù) ．2 ． 2 等 效熱傳 導(dǎo) 系數(shù) 的確 定方 法 取爐溫和鋼構(gòu)件 溫度 的平均值作為涂層溫度，將 防火 涂 層 溫度 為 4 0 0 ～ 8 0 0℃ 時 的熱 傳 導(dǎo) 系數(shù) 平 均值作為等效熱傳導(dǎo)系數(shù) ， 如式 ( 4 ) ， ( 5

19、 ) 所示 ：一( 4 )口 P4 0 01re 一。 JA ( O) d O( 5 )8 0 0式 中 ：為涂 層 溫度 ， ℃ ；為 防火涂 層 的等 效 熱傳 導(dǎo) 系數(shù) ， W／ ( m ·K) ．進(jìn) 行 防火涂 料保 護(hù) 鋼構(gòu) 件在標(biāo) 準(zhǔn) 火災(zāi) 升 溫下 的 試 驗 ， 量測 鋼構(gòu) 件 的 受火 升 溫 ， 由式 ( 3 ) 計 算 得 到 鋼 構(gòu)件在不同溫度下的熱傳導(dǎo)系數(shù)． 在 4 0 08 0 0 ℃區(qū) 段 內(nèi) ，

20、 防火 涂料 的 隔熱性 能 比較穩(wěn) 定 ， 試選 擇 這一 溫 度段 內(nèi)防火涂料熱傳導(dǎo)系數(shù) 的平均值作為等效熱傳 導(dǎo) 系數(shù) ．3 等效熱傳導(dǎo) 系數(shù)試 驗方 法 3 ． 1 試 驗裝 置 試 驗在 同濟(jì) 大學(xué) 工程 結(jié)構(gòu) 抗火 試驗 室小 型 火災(zāi) 試 驗爐 內(nèi)進(jìn) 行 ， 該 試 驗 爐 的 爐 膛 尺 寸 為 1 ． 0m×1 ． 0m×1 ． 2m， 按 I S O ／ C D8 3 4 — 1 1 ： 2 0

21、0 3 標(biāo) 準(zhǔn) 升 溫 曲 線升 溫． 如 圖 2所示 ， 試 驗 爐 內(nèi)可 一 次放 置 4個 鋼板 試件 ， 試件懸掛 于 有 防火 保 護(hù) 的支 撐梁 上 ； 工字 型 鋼 試件 一次可放 置 2個 ， 豎直放在爐 內(nèi)地板上．圖 2 火災(zāi)試驗 爐內(nèi)試件 布置 Fi g ． 2Ar r a n g e me n to fs p e c i me n si nf u r n a c e ( s i z e ： mm)3 ． 2 試 件

22、 3 ． 2 ． 1 標(biāo) 準(zhǔn)試 件 采 用尺寸 為 1 6mm×2 0 0mm×2 7 0mm 的鋼 板 作 為基板． 試件 的截 面形 狀系 數(shù) ／為 1 4 5 ． 0m_ 。 ，與 G B1 4 9 0 7 -2 0 0 2 ~ 鋼結(jié) 構(gòu) 防火 涂 料 》 所 采 用 的試件 截面形狀 系數(shù)接近． 對涂覆 厚度為 1 O ， 2 0 ， 3 0I T l m 防火 涂料 的鋼板 試件分別進(jìn)行 防火測 試 ， 用

23、 熱 電偶 測量試 件溫度． 試件 尺寸及測點 布置 ( 1 ， 2 ， 3 ) 如 圖 3所示 ．1 · ^ L S t e e lp l a t ,— —旺F i r ei n s u l a t i o n＼ 32- -1- _Th e r m a lc o u pl e葉 l7 oI 3 03 O l7 OII．2 () o圖 3 被保護(hù)鋼板試件尺寸及測點布置 Fi g ． 3Di me n s i o n s

24、o fp l a t es p e c i me n sa n da r r a n g e me n to ft h e r ma lc o u p l e s ( s i z e ： mm)3 ． 2 ． 2 對 照試 件 對 照 試 件 選 取 了 截 面 分 別 為 H2 0 0mm ×4 0 Omm X 1 6mi nx 1 2mm 和 H2 0 0i T l r r l ×4 0 0mr n×

25、;2 OmmX1 6mm 兩種 工字 型 鋼 ， 其 長 度均 為 1 ． 0m．涂層 厚 度 分 別 與 標(biāo) 準(zhǔn) 試 件 厚 度 相 對 應(yīng) ， 即 1 0 ， 2 0 ，3 0mm． 圖 4給 出 了工 字 型鋼 的尺 寸 和測 點 布置 ( 1 ，2 ， 3為測溫 熱 電偶) ．4 試 驗 結(jié)果 4 ． 1 等 效 熱傳導(dǎo) 系數(shù) 的計 算 表 1為 按上 述方法 確定 的各 試件 等效 熱 傳導(dǎo) 系 數(shù)值 ． 由表 1可見 ， 標(biāo)

26、 準(zhǔn)試 件及對 照試 件在 同等涂 層 厚 度下 的等效熱 傳導(dǎo) 系數(shù) 值具 有很 好 的一致 性．筆 者 曾提 出等 效 熱傳 導(dǎo) 系數(shù) 的計 算 方 法 ， 取 鋼 構(gòu) 件 在 4 0 0 ～ 6 0 0℃ 內(nèi) 的熱 傳 導(dǎo) 系數(shù) 平 均值 作 為等 效熱傳導(dǎo)系數(shù)_ 1n ] ， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)所得計算值有較 大的離散性 ， 不 同試件 的計 算結(jié) 果 不方便 進(jìn)行 統(tǒng) 計分 析 ．這是 由于防火涂料的熱傳導(dǎo)系數(shù)與涂層溫度有關(guān) ，在不 同