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水泥基厚型钢结构防火涂料的开裂问题,水泥基厚型钢结构防火涂料在实际应用过程中存在涂层开裂问题,开裂的涂层将加速涂层老化,降低涂层耐火性能,中国建材网,cnprofit.com
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水泥基厚型钢结构防火涂料的开裂问题,水泥基厚型钢结构防火涂料在实际应用过程中存在涂层开裂问题,开裂的涂层将加速涂层老化,降低涂层耐火性能
2019年12月11日    阅读量:22735    新闻来源:中国建材网 cnprofit.com  |  投稿

0 引言

水泥基厚型钢结构防火涂料是以水泥作为粘结剂,与珍珠岩、蛭石等矿物材料拌和而成的耐火隔热材料,国内厚型钢结构防火涂料耐火极限可达3 h,优于薄型和超薄型钢结构防火涂料产品,因此该产品广泛应用于耐火等级设计较高的钢构件及具有烃类火灾危险的石化行业。


水泥基厚型防火涂料施工过程中的开裂现象由来已久,但关于其成因及解决方法的研究并不多,在参阅相关文献[1-2]的基础上,在此根据实践经验分析开裂问题的起因、危害及解决方法。


1 开裂的起因和危害

水泥基厚型防火涂料在施工现场按比例加水拌和后,细小的水泥粒子即被水包围,其表面的矿物质很快就会与水发生水化和水解作用中国建材网cnprofit.com。当施工人员将涂料喷涂到已做防锈处理的钢构件表面之后,由于水泥与水之间的作用,涂料逐渐转化成一种凝胶体,随着水化水解作用进一步向水泥颗粒内部深化,凝胶体也逐渐硬化,裹挟住其他隔热骨料形成具有良好粘结能力的涂层。


如果水泥的水化和水解作用不完全或者受到了抑制,就会影响后续的凝胶化和硬化过程,使得隔热骨料得不到有效包裹,产生开裂。开裂的涂层将给防火安全带来隐患。一方面,开裂的涂层在未发生火灾时容易从开裂处吸潮,与空气中的二氧化碳、二氧化硫等腐蚀性物质产生作用从而加速涂层的老化;另一方面,开裂涂层受火时,细微裂纹在火焰作用下形成裂缝,火焰有可能从裂缝处直接作用于基材,使得钢材局部快速升温并到达其耐火极限,从而导致整个钢结构塑化,失去承载能力。


2 开裂的解决办法

厚型涂层开裂是有害的,因此必须解决,出发点大致分为以下两个方面。

2.1 从配方出发考虑

(1) 水泥的比例、规格及辅助粘结剂

水泥基厚型防火涂料以水泥为粘结剂,虽然提高隔热材料加入量可减少涂层总体密度,减轻钢结构载荷,同时增加涂层耐火性能,但隔热材料在配方中所占比例过多时,会使得水泥无法对其形成有效包裹而导致开裂。另一方面,如果配方设计时仅使用少量蛭石、珍珠岩等绝热性能极佳的颗粒状材料,可保障涂层的附着力,但隔热材料用量过少将导致涂层脆裂性倾向的增加。


因此合理的配方设计是解决涂层开裂首先必须要考虑的问题,典型的水泥基厚型钢结构防火涂料的配方中,水泥用量为40%~45%(质量分数),此时涂层开裂与脆裂的关系能得到有效平衡。作为水泥特殊制品的水泥基厚型钢结构防火涂料,涂料固化过程是水泥水化和水解过程与水的挥发作用的动态平衡过程,如果外力破坏了这一平衡过程,如水分挥发过快而导致水化和水解不完全,就会造成涂层的开裂。


选用水化热较低的水泥、减少水泥促固剂的用量以及采用辅助粘结剂,如滑石、硫酸钙、碳酸钙、胶粉等替代部分水泥,这些措施将不同程度地减缓水泥固化收缩作用,有利于水泥水化和水解作用的进行,从而减少涂层开裂的趋势。

(2) 加入纤维

通过加入纤维来抑制涂层开裂是非常有效的办法,通过加入纤维,一方面能够释放涂层由于固化收缩产生的内应力,使得体系的应力状况得到改善,从而降低开裂产生的可能性;另一方面可以增加涂层的韧性,并阻止细小裂纹进一步发展成为裂缝的趋势。


纤维的加入方式可分为生产时加入和涂装时加入两种,生产时加入可有效控制纤维的加入量,但是为了使纤维分散均匀需要分批加料和延长混合时间;如果在涂装时加入,那么纤维首先应当加入水中分散几分钟,然后再加入防火涂料中混合,这种加入方式操作简便,但现场加料时纤维的加入比例往往得不到有效保证,如果纤维量加入过多就会增加喷涂堵枪的可能性,这一点在实际应用时要注意。通常加入聚丙烯纤维(PP纤维)来抑制涂层的开裂问题。

2.2 从施工出发考虑

业内常言道:三分涂料,七分施工,足见施工对于涂料产品的重要性。这句话也同样适用于水泥基厚型钢结构防火涂料。在涂料涂装过程中,根据施工现场天气条件选择适当的施工方法有助于消除涂层缺陷,对于开裂现象而言,温度、湿度和风力的影响比较明显。

(1) 涂层保湿

在风力较大、空气湿度低(相对湿度40%以下)的施工条件下,涂层内水分挥发较快,这就打破了水泥水化和水解与水分挥发的动态平衡过程,若水泥的水化和水解作用不完全,涂层整体结合力将下降,从而产生开裂。为了避免这一问题的出现,在实际操作过程中可以采取涂层洒水或表面用塑料膜等遮蔽的措施来防止由水分散失过快导致的开裂,下道涂层施工前也可于上道涂层先洒水增湿后施工。对于夏季高温气候的施工,应尽量避开中午前后时间段。

(2) 涂装间隔把控

在高温低湿的涂装环境下,应该根据实际情况缩短涂装间隔,以有效控制并保证涂层粘结力及各涂层的水分。涂装间隔包含两个方面的内容,一方面是涂料加水混合后到施工的时间,另方面是每道涂装的间隔。对于涂料加水混合后的搁置时间,施工时应该根据施工量和工人数,合理确定每一釜粉料的加入量,涂料加水搅拌均匀后不宜搁置时间太长,防止水泥初凝吸水后的放热作用导致

的稠化和粘结性下降问题,以及因此而导致的涂层开裂。对于每道涂装的间隔,前后两道间涂装间隔过短不利于上一道涂层的有效附着,影响涂层整体附着力和强度;涂装间隔过长则涂层内水分含量少,此时下道涂料喷涂或抹涂上去后,底涂会吸附上层的水分,导致上层涂料水分过早损失,容易产生开裂,施工间隔的把控以涂层表面达到3~4 成干为宜。

(3) 涂装厚度控制

施工时,建议施工人员按照涂料供应商提供的施工指导书严格控制每道涂装厚度。一次施工时过厚涂层表面易产生气泡,同时因自身收缩不均匀使得收缩应力积累将会产生裂纹。


3 结语

水泥基厚型钢结构防火涂料的开裂问题涉及到涂料配方设计、涂料生产及施工等各个环节的因素,因此在施工过程遇到涂层开裂问题时,除了统筹考虑以上提到的涂料配方和施工控制外,对于涂料生产质量控制、施工人员的现场技术指导和实时涂装质量监管也是必要的。


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