钢结构防火涂料质量要求国家标准GB14907《钢结构防火涂料》解析.pdf

vol.35 no.8 aug.2014 检测与标准 testing and standard 涂料技术与文摘 第35卷第8期 2014年8月 coatingstechnology & abstracts 钢结构防火涂料质量要求 国家标准gb14907 钢结构防火涂料 解析 quality requirement of fire coatings for steel structures analysis of gb 14907fire coatings for steel structures 李 风 1， 2 （1.公安部四川消防研究所； 2.国家防火建筑材料质量监督检验中心， 成都610036） 摘 要： 钢结构防火涂料是一种用来提高钢结构建筑物 （构筑物） 耐火等级 （极限） 的特种涂料， 由 于它既有普通涂料的一些共性， 更有防火安全的特性， 涉及到火灾中生命和财产安全问题， 因而 划归为专用消防产品。其生产、 销售和使用需遵守国家对消防产品管理的相关规定。为规范钢 结构防火涂料产品本身的质量， 由公安部四川消防研究所负责起草， 经国家标准行政主管部门 批准颁布了国家标准gb14907 钢结构防火涂料 ， 本文介绍和解析了该标准历次版本修订和最 新的变化趋势。 关键词： 钢结构； 防火涂料； 国家标准； 耐火极限 中图分类号：tq630.7+2文献标识码： a文章编号： 1672-2418(2014) 08-0015-05 0 钢结构防火涂料的发展 钢结构防火涂料是用来提高钢结构耐火极限的特 种涂料。随着我国建筑业的发展， 大型建筑如展览馆、 候机楼、 大型商场和高级宾馆及工业厂房等不断增多， 采用钢结构的建筑也随之不断增加。为防止钢材在火 灾中迅速升温而降低强度， 避免钢结构失去支撑能力而 导致建筑物垮塌， 国外工业发达国家在20世纪50年代 对钢结构防火涂料的研究和应用就开展了积极的工作 并取得了较好的成效， 已得到广泛应用， 且至今仍是方 兴未艾。80年代初国外钢结构防火涂料产品就已进入 中国市场， 在工程上应用， 如最早进入国内市场的国外 钢 结 构 防 火 隔 热 涂 料 是 英 国 grace construction products（格雷斯建材产品） 的 “monokete fireproof- ing uk-6” 钢结构防火涂料和英国p20钢结构防火隔 热涂料， 在北京最早的 “五星级” 酒店之一的 “北京西苑 饭店” 应用。该类钢结构防火涂料配方中用了大量的增 强材料和无机轻质填料， 涂层厚度虽厚， 但施工固化后 防火涂料的干密度小， 因而施加给钢材的重量不太大。 随后德国贺柏兹公司 （herberts） 的 “water based” 38320型钢结构防火涂料 （水溶型） ， 英国的 “nullifire” 钢结构防火涂料 （溶剂型） ， 此后日本 “立邦油漆” 的超薄 型钢结构防火涂料也开始涉足中国市场1。 我国钢结构防火涂料的研制始于20世纪80年代 初， 公安部四川消防研究所在国内率先开展了钢结构防 火隔热保护技术系统研究工作， 并研制出第一代适用的 产品 “lg钢结构防火隔热喷涂涂料” ， 并在北京国贸大 厦等重要工程上成功地应用。1987年应十一届亚运会 新建体育馆钢结构工程需要， 研制出了具有装饰性的薄 涂型钢结构防火涂料， 即膨胀型lb钢结构防火涂料以 及之后的106预应力钢筋混凝土楼板防火隔热涂料。 90 年代研制成功 swb 室外钢结构膨胀防火涂料和 swh室外钢结构隔热涂料。1995年底跟踪国际上钢 结构防火涂料研究的发展趋势和国内一些重要钢结构 工程需要， 研发出了scb超薄膨胀型钢结构防火涂料 产品， 并在许多重大工程上获得应用。此后， 国内诸多 科研院所及涂料生产厂家也在这方面开展了大量的研 究工作， 并取得了卓有成效的发展与进步。90年代末 15 李 风： 钢结构防火涂料质量要求国家标准gb14907 钢结构防火涂料 解析 检测与标准 testing and standard 研制成功的涂层超薄 （3 mm） 、 耐火极限好 （90 min） ， 既可用于室内， 也可用于室外的 “scb超薄膨胀 型钢结构防火涂料” 。2009年问世的 “ywb水性薄型 钢结构防火涂料” ， 显示出我国在涂料在粘接剂的改性 和应用方面取得了突破性进展， 防火性能和理化性能、 环保性能均达到了国外同类产品的先进水平。与此同 时， 钢结构防火涂料产品性能标准、 工程应用技术等方 面的研究， 钢结构防火涂料产品通用技术条件、 工程应 用规范等技术法规文件的制定， 都在很大程度上推动、 促进和规范了钢结构防火涂料的研究及工程应用工 作。钢结构防火涂料发展到现在， 基本上已形成了多品 种、 系列化的局面。溶剂型、 水溶性、 厚涂型、 薄涂型和 近年发展起来的超薄型、 室外和室内用等多种钢结构防 火涂料先后在工程项目中获得广泛应用2。 近年来， 随着我国建设事业的不断发展， 高速增长 的公共娱乐场所、 体育馆、 候机厅、 展览馆、 电视塔、 商贸 大厦、 大型厂房等大跨度建筑物和超高层建筑物均广泛 采用钢结构， 其结构设计的出发点之一就是要保证一定 的美感， 在使用钢结构涂料后对外观的影响越小越好， 因而耐火极限高、 涂层很薄是钢结构防火涂料发展的方 向之一。我国工业的不断发展， 高速增长的一批石化企 业处于不同地区， 其气候差异很大， 这就对钢结构防火 涂料提出了耐候性好的要求， 能适应在室外长期使用中 能经受各种气候条件的考验， 因而在满足耐火极限要求 的同时， 能长期适应我国各地的室外环境条件的钢结构 防火涂料也是发展方向之一。另外， 钢结构不采用有效 的防护措施， 不仅存在火灾潜在威胁， 而且很容易产生 锈蚀， 钢材及金属腐蚀除了给人类带来经济上的损失 外， 而且不利于自然资源和环境的保护， 甚至还会危及 人身安全。因此， 工程上钢结构都必须进行有效的防腐 处理， 以延长使用寿命。从现有绝大多数钢结构防火涂 料品种来看， 目前都还没有同时兼具防腐蚀功能， 因此， 根据我国建设和经济发展的现状、 社会的需要， 在国内 外现有技术水平的基础上， 结合我国消防规范和法规的 要求， 深入开展钢结构防火涂料防腐性能的研究， 以取 得突破性进展， 研究出防火性能好、 耐候、 耐老化、 装饰 性好、 施工方便、 抗酸碱、 同时兼具防腐保护性能等应用 范围广泛、 应用性能优良的钢结构防火涂料， 具有非常 重要的意义3。随着石化工业的不断发展， 石油化工、 油 气罐支架、 矿山钻井等露天钢结构建筑不断增多， 室外 钢结构防火涂料的用量也越来越大。在室外或潮湿环 境下， 特别是在石油化工行业潮湿环境有烃类火灾危险 的结构中仍未开发出有效使用的钢结构防火涂料。 因 此， 研究出适用于烃类火灾环境的室外防火涂料， 研制 一种能适应我国各地室外环境条件的耐烃类火灾的钢 结构防火涂料涂也是发展方向之一， 也是我国钢结构防 火保护技术研究的一项重要任务。 1 钢结构防火涂料标准的发展 1.1 钢结构防火涂料国家标准1994版 19世纪90年前， 我国对钢结构防火涂料无统一的 产品标准， 对其耐火性能按照gb/t 9978 建筑构件耐 火试验方法 予以确认， 物化性能以各个生产企业自己 的产品为准， 数据也不尽相同， 甚至无可比性， 没有形成 市场准入规则。 19世纪90年代初， 经国家标准局批准立项， 组织相 关技术人员着手钢结构防火涂料国家标准的制定。 1994年， 在参考国外相关产品性能要求， 广泛的调研和 大量实验验证的基础上， 由公安部四川消防研究所起草 完成了首个钢结构防火涂料国家标准， 即gb 14907 1994 钢结构防火涂料通用技术条件 。 gb 149071994版钢结构防火涂料标准对涂料的 分类只有薄型和厚型， 当时薄型涂料的涂装厚度在7 mm 左右， 厚型在12 mm 以上。也正是在20世纪90 年代初， 德国的一种涂装厚度在3 mm 以内的钢结构 防火涂料进入了国内市场， 由于其厚度远低于当时国内 的薄型涂料， 所以被称为 “超薄型”钢结构防火涂料。 优异的装饰性使得超薄型钢结构防火涂料倍受市 场青睐， 国内多家企业先后研制成功具有自主知识产 权、 性价比优于国外的同类产品， 超薄型钢结构防火涂 料在机场候机厅、 体育场馆等很多场合获得应用。 gb149071994版的钢结构防火涂料标准在使用 中的局限性： （1）对耐火极限判定没有统一规定试验基材的 规格； （2）没有区分涂料的使用场所 （室内、 室外， 一般场 合和特殊场合） ； （3）没有对超薄型钢结构防火涂料做出规定； （4）规定在标准厚度下达到相同耐火时间。 1.2 钢结构防火涂料国家标准2002版 2002版的钢结构防火涂料标准与1994版相比的主 16 李 风： 钢结构防火涂料质量要求国家标准gb14907 钢结构防火涂料 解析 检测与标准 testing and standard 要变化: （1）标准名称由 “通用技术条件” 改为产品名称； （2）增加了 “超薄型钢结构防火涂料” ； （3）区分涂料在室内、 室外的使用场所， 并规定了 相应的试验方法 （引进了英国bs 8424标准试验方法） ； （4）明确了耐火试验的基材 （i36和i40工字钢） ； （5）规定了耐火试验基材的长度 （4 m） 和加载计 算方法； （6）对不同类型 （按厚度划分） 涂料规定一个厚度， 达到最低耐火时间判定耐火极限。 2002 版的钢结构防火涂料标准在使用中的局 限性： （1）没有涵盖特殊场合使用的钢结构防火涂料： （2）耐火试验的基材受限且无唯一性； （3）耐火极限对同种类型 （按厚度划分） 涂料规定 同一厚度。 2.3 对gb 149072002标准的修订 为了给标准修订提供坚实的技术依据， 主编单位专 题申报了公安部消防局重点科研项目典型钢构件耐 火特性研究。在2年多的研究中， 进行了数十次构件耐 火试验， 积累了大量的基础数据。修订后的标准已通过 标准技术委员会专家审查， 正在形成报批稿， 预计在 2014年内将由国家标准管理部门颁布。 2 即将颁布的钢结构防火涂料国家标 准 （gb 14907201x） 标准的基本目的是对钢结构防火涂料产品质量做 出是否合格的判断， 作为质量评估、 监控的依据。同时 也是即将实行的钢结构防火涂料产品强制认证的重要 技术标准。 表4、 表5为国家标准gb 14907201x 钢结构防 火涂料 中， 普通建筑和特殊建筑用钢结构防火涂料的 理化性能技术指标要求。表6为国家标准gb 14907 201x 钢结构防火涂料 中， 钢结构防火涂料的耐火性 能技术指标要求(其缺陷类别为a)。 表4 普通建筑用钢结构防火涂料的理化性能 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 检验项目 在容器中的状态 干燥时间(表干)/h 初期干燥抗裂性 粘结强度/mpa 抗压强度/mpa 干密度(kgm-3) 隔热效率偏差/% ph值 耐水性 耐冷热循环性 技术指标 膨胀型 经搅拌后呈均匀细腻状态或稠厚流体 状态， 无结块 12 不应出现裂纹 0.15 15 7 24 h试验后， 涂层应无起层、 发泡、 脱落 现象， 且隔热效率衰减量应35 % 15次试验后， 涂层应无开裂、 剥落、 起泡 现象， 且隔热效率衰减量应35 % 非膨胀型 经搅拌后呈均匀稠厚流体状态， 无结 块 24 允许出现13 条裂纹， 其宽度应0.5 mm 0.04 0.3 500 15 7 24 h试验后， 涂层应无起层、 发泡、 脱 落现象， 且隔热效率衰减量应35 % 15次试验后， 涂层应无开裂、 剥落、 起 泡现象， 且隔热效率衰减量应35 % 缺陷类别 c c c a c c / c a b 注1： a为致命缺陷， b为严重缺陷， c为轻缺陷。 注2： 隔热效率偏差只作为出厂检验项目。 注3： ph值只适用于水基型， 且涂覆基材不作防锈处理的钢结构防火涂料。 17 李 风： 钢结构防火涂料质量要求国家标准gb14907 钢结构防火涂料 解析 检测与标准 testing and standard 表5 特殊建筑用钢结构防火涂料的理化性能 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 检验项目 在容器中的状态 干燥时间(表干)/h 初期干燥抗裂性 粘结强度/mpa 抗压强度/mpa 干密度/(kgm-3) 隔热效率偏差/% ph值 耐曝热性 耐湿热性 耐冻融循环性 耐酸性 耐碱性 耐盐雾腐蚀性 耐紫外线辐照性 技术指标 膨胀型 经搅拌后呈均匀细腻状态或稠厚流体 状态， 无结块 12 不应出现裂纹 0.15 15 7 720 h试验后， 涂层应无起层、 脱落、 空 鼓、 开裂现象， 隔热效率衰减量应 35 % 504 h试验后， 涂层应无起层、 脱落现 象， 隔热效率衰减量应35 % 15次试验后， 涂层应无开裂、 脱落、 起 泡现象， 隔热效率衰减量应35 % 360 h试验后， 涂层应无起层、 脱落、 开 裂现象， 隔热效率衰减量应35 % 360 h试验后， 涂层应无起层、 脱落、 开 裂现象， 隔热效率衰减量应35 % 30次试验后， 涂层应无起泡， 明显的变 质、 软化现象， 隔热效率衰减量应 35 % 60次试验后， 涂层应无起层、 开裂、 粉 化现象， 隔热效率衰减量应35 % 非膨胀型 经搅拌后呈均匀稠厚流体状态， 无结块 24 允许出现13条裂纹， 其宽度应0.5 mm 0.04 0.5 650 15 7 720 h试验后， 涂层应无起层、 脱落、 空鼓、 开裂现象， 隔热效率衰减量应 35 % 504 h试验后， 涂层应无起层、 脱落现象， 隔热效率衰减量应35 % 15 次试验后， 涂层应无开裂、 脱落、 起泡 现象， 隔热效率衰减量应35 % 360 h试验后， 涂层应无起层、 脱落、 开裂 现象， 隔热效率衰减量应35 % 360 h试验后， 涂层应无起层、 脱落、 开裂 现象， 隔热效率衰减量应35 % 30次试验后， 涂层应无起泡， 明显的变 质、 软化现象， 隔热效率衰减量应35 % 60次试验后， 涂层应无起层、 开裂、 粉化 现象， 隔热效率衰减量应35 % 缺陷类别 c c c a c c / c b b b b b b b 注1： a为致命缺陷， b为严重缺陷， c为轻缺陷。 注2： 隔热效率偏差只作为出厂检验项目。 注3： ph值只适用于水基型， 且涂覆基材不作防锈处理的钢结构防火涂料。 表6 钢结构防火涂料的耐火性能 检验项目 耐火性能 技术指标 膨胀型 fxh0.50 fhc0.50 fsh0.50 fdl0.50 fxh1.00 fhc1.00 fsh1.00 fdl1.00 fxh1.50 fhc1.50 fsh1.50 fdl1.50 fxh2.00 fhc2.00 fsh2.00 fdl2.00 非膨胀型 fxh0.50 fhc0.50 fsh0.50 fdl0.50 fxh1.00 fhc1.00 fsh1.00 fdl1.00 fxh1.50 fhc1.50 fsh1.50 fdl1.50 fxh2.00 fhc2.00 fsh2.00 fdl2.00 fxh2.50 fhc2.50 fsh2.50 fdl2.50 fxh3.00 fhc3.00 fsh3.00 fdl3.00 注1： 试验基材为gb/t 112632010规定的hn400200热轧h型钢 （截面系数为161 m-1） 和gb/t 7062008规定的36b热轧工字钢 （截 面系数为126 m-1） 。 注2： 耐火性能试验结果适用于同种类型且截面系数更小的基材。 18 李 风： 钢结构防火涂料质量要求国家标准gb14907 钢结构防火涂料 解析 检测与标准 testing and standard 主要的变化： (1) 对耐火极限的判定， 由原来的单用耐火试验试 件挠度变化值改为用耐火试验试件挠度变化值和试件 温度升高值2个指标判定， 其中任意一个值达到即为极 限时间； (2) 耐火试验试件基材由原来的40b和36b热轧i 型钢改为36b热轧i型钢和hn400200热轧h型钢， 统一了同类型钢材耐火极限的判定， 同时扩大了产品应 用范围， 降低了产品应用风险； (3) 标准明确了 “耐火性能试验结果适用于同种类 型且截面系数更小的基材” ， 这既有理论依据， 也为我们 进行的大量实验所验证， 由此为企业降低了试验成本； (4) 耐火极限试验取消了涂层厚度规定， 只作时间 要求， 有利于企业发挥自己产品的特点和优势； (5) 耐火极限试验火灾升温条件由原来单一的建 筑纤维类增加了 “电力火灾” 、“烃类hc火灾” 和 “石化 火灾” ， 共4类， 大大扩展了火灾应用范围； (6) 耐火性能的分级以防火机理为基础， 根据使用 场合予以表达； (7) 对涂料分类作了调整， 取消了原标准按厚度对 产品进行分类的方式， 新标准按防火机理和分散介质将 涂料分为膨胀型与非膨胀型， 水基型与溶剂型； (8) 按涂料使用场合将其分为普通建筑用和特殊 建筑用2类， 根据不同的应用场合， 采用不同的升温条 件进行耐火极限试验， 体现了科学性和合理性； (9) 对涂料的耐水、 耐湿热、 耐腐蚀等9项理化性能 试验， 由原来的 “附加耐火试验” 改为 “隔热效率衰减量” 试验， 既同国外常用的评定方式接轨， 又具有较好的操 作性