0引言

隨著鋼結構工業化與鋼結構建筑的發展，鋼結構技術在高層和超高層建筑中得到了越來越廣泛的應用。鋼結構建筑物以其抗震性好、結構強度高、自重輕、施工工期短和可重復利用等優勢廣受建設方推崇。但盡管鋼結構構件優勢眾多，在高溫條件下鋼結構構件存在機械性能下降嚴重的問題，當溫度達到350 ℃、500 ℃和600 ℃時，機械強度分別下降1/3、1/2和2/3。為了提高鋼結構構件在火災高溫條件下的性能，確保鋼結構建筑內的人員疏散安全，大部分鋼結構建筑物在其表面涂刷防火涂料。為保證鋼構件在火災中的穩定性，國內外標準化組織制定了一系列標準對鋼構件的防火性能進行了評價。了解國內外標準的差異性，學習國外標準中先進的試驗方法和控制手段將有助于提升我國防火涂料質量。

1國外鋼構件試驗方法

鋼結構防火涂料在國外起步較早，20世紀50年代國外防火涂料企業已經有了較為成熟的防火涂料配方。為了測試各類防火涂料的質量優劣，歐美等發達國家建立了一系列防火涂料的測試標準。

1.1 美國防火涂料標準

美國防火涂料試驗方法UL 1709由保險商UL制定，該試驗方法主要由常規耐火試驗和經耐候試驗后的耐火試驗兩部分組成。

1.1.1 耐火試驗方法

美國的鋼結構防火涂料耐火試驗方法以快速升溫曲線作為測試爐內溫度的升溫曲線，并由耗氧原理測試出爐內熱通量。試驗時試件外涂覆防火涂料，并將熱電偶布置于試件內表面。試驗將試件內表面平均溫度達到538 ℃的時間作為基準隔熱時間，并以此時的厚度作為標準隔熱厚度。

1.1.2 理化性能試驗方法

如表1所示，在該標準中，環境暴露試驗由7項檢測項目組成，值得注意的是，UL標準所要求的理化試驗時間最長的高溫老化試驗項目長達270天。完成理化試驗后，還需進行耐環境暴露試驗后的耐火試驗。判定條件依據未經環境暴露試驗的空白樣品的耐火時間為基準，要求經環境暴露試驗的樣品耐火時間能達到基準隔熱時間的3/4。

表1  美國鋼結構防火涂料理化指標

1.2 歐盟防火涂料標準

歐洲以ETAG：2006，part2作為指導性的防火涂料檢測導則，根據防火涂料敷設環境的嚴酷程度不同將防火涂料分為X、Y、Z1、Z2等4類，如表2所示。

1.2.1 耐火試驗方法

歐盟防火涂料的耐火測試方法由兩部分組成，引用的方法分別是EN 13501.1和EN 13501.2。EN 13501.1測試了涂料本身的產熱性能和產煙性能，最低要求不能低于F類。EN 13501.2則對防火涂料涂覆于試件后，試件所能達到的耐火極限進行了測試。其中EN 13501.2又引用BS EN 13381-4作為防火涂料受火試件的試驗方法，承重梁分別有H型鋼和工字鋼兩類，當鋼梁彎曲撓度值達到鋼梁長度的1/30時，判定該鋼梁達到其耐火極限。

1.2.2 理化性能試驗方法

使用于不同暴露環境的4類涂料所對應的試驗項目也有所不同。從試驗條件中可以看出，試驗難度由X類到Z2類依次遞減，可以理解為環境條件惡劣的地方所用涂料的耐候性更高。該歐洲導則所要求的理化試驗方法較為單一，Y類、Z1類和Z2類只有耐濕熱循環試驗。此外還需對耐化學品腐蝕性能和抗生物侵蝕性能進行選擇性的試驗。

表2  歐盟鋼結構防火涂料理化指標

1.3 英國防火涂料標準

英國防火涂料標準BS 8202:1992:2同樣將試驗分為了耐火性能和理化性能兩個部分。

1.3.1 耐火試驗方法

防火涂料所涂覆的結構鋼梁和立柱的耐火性能應按BS 476：第20部分進行測試。承重梁采用4點均勻機械或者液壓加載，以橫向構件最大形變速率達到50 mm/min時判定其達到耐火極限。

1.3.2 理化性能試驗方法

英國涂料標準也按照環境類型的不同對涂料進行了分類，英國標準對每一類涂料都進行比較全面的試驗。該標準比較顯著的特征是各試驗耗時較長，最長的自然暴露試驗時間長達兩年，老化試驗和鹽霧試驗也需要2000 h。

表3  英國鋼結構防火涂料理化指標

2國內標準

GB 14907-2018《鋼結構防火涂料》按使用場所將防火涂料分為室內防火涂料和室外防火涂料，按防火機理將防火涂料分為非膨脹性防火涂料和膨脹性防火涂料。

2.1 耐火性能試驗要求

鋼結構防火涂料以HN400×200H型鋼和36b工字鋼作為基材，升溫曲線可選擇纖維類升溫曲線或HC升溫曲線。試驗時在基材內部布置熱電偶，當基材內部溫度達到538 ℃或彎曲撓度達到（L02/400h）mm時（L0為試件的凈跨度，h為試件截面上抗壓點與抗拉點之間的距離），判定鋼梁試件達到了耐火極限。耐火極限的等級劃分如表4所示。

表4  鋼結構防火涂料耐火性能等級

2.2 理化性能試驗要求

室內膨脹型防火涂料被要求的性能指標較少，項目指標里僅對容器中的狀態、干燥時間、初期干燥抗裂性、粘接強度、pH值、耐水性和耐冷熱循環性等指標進行了要求。其中粘接強度要求≥0.15 MPa，pH值≥7，耐水性時間為24 h，耐冷熱循環試驗為15 d。可以看出我國室內防火涂料在耐候性能的指標方面較國外標準，試驗時間較短，最長的耐冷熱循環試驗的時間也僅為15 d。室內非膨脹型涂料在膨脹型涂料的指標的基礎上增加了抗壓強度≥0.3 MPa，干密度≤500(kg/m3)兩個要求，因其主要原材料均為無機材料，因此粘接強度要求僅為0.04 MPa。

室外鋼結構防火涂料在理化性能方面的要求明顯高于室內鋼結構防火涂料。兩類防火涂料在容器中的狀態、干燥時間、初期干燥抗裂性、粘接強度、pH值、抗壓強度和干密度等7個指標要求一致。在耐候性能方面，室外鋼結構防火涂料則需要通過耐曝熱30 d、耐濕熱21 d、耐融凍性能15 d、耐酸溶液15 d、耐堿溶液15 d、耐鹽霧腐蝕性能30 d及耐紫外腐蝕30 d等多項耐候性能。所有的室內室外防火涂料耐候性能完成后還需對防火涂料進行隔熱效率衰減量的測試。

3國內外標準對比分析

從標準的制定項目對比中可以看出，國內鋼結構防火涂料標準制定時在一定程度上參考了國外標準，但又根據自身國情進行了一定的簡化。

3.1耐火性能對比

首先在試驗基材的選擇上，GB 14907—2018《鋼結構防火涂料》與歐洲標準BS EN 13381-4在耐火性能的試驗方法上較為類似，兩種試驗方法均以H型鋼梁和工字鋼作為基材。UL標準和英國標準的則要對各種類型的鋼材進行測試，因此耐火試驗的試驗量繁重、測試成本高昂。但繁重的試驗量也有其合理性，不同類型的鋼材在實際工程中受力位置和受力方式均有不同。因此僅測試鋼梁的耐火性能，難以保證相同厚度的涂覆量可以確保鋼柱或是鋼材結點等承重部位的耐火時間能達到相應等級。

其次在耐火極限的判定方式上，我國標準采用鋼梁內部溫度達到538 ℃和彎曲撓度達到（L02/400h）mm為耐火極限的判定方式。美國標準以平均溫度達到538 ℃的時間作為判定，歐盟標準以鋼梁彎曲撓度值達到鋼梁長度的1/30作為判定，英國以橫向構件最大形變速率達到50 mm/min作為判定。以上判定方式雖然試驗方法上差異巨大，但實際測試出的極限時間差異并不會很大。

最后在耐火等級的判定方式上，我國對膨脹型防火涂料給出的最高耐火等級為2 h，對非膨脹型防火涂料給出的最高耐火等級為3 h。這是因為目前我國膨脹型防火涂料假貨過于泛濫，且膨脹型防火涂料通過2.5 h和3 h測試的技術門檻較高，我國多數企業在技術上目前還很難達到。

3.2 理化性能對比

由于我國的防火涂料以非膨脹型防火涂料為主，這類防火涂料的粘接強度較差，需要通過有機膠水和水泥增加附著力，在實際使用中又經常出現空鼓、開裂等情況，因此我國標準中對防火涂料的物理性能有著比較高的要求。除粘接強度外，針對非膨脹型涂料還有抗壓強度和干密度兩個指標的要求。國外的防火涂料則對抗壓強度和干密度這兩項指標沒有明確規定。

在室內使用的防火涂料，國內外標準的耐候性能指標要求都比較低。在室外使用的鋼結構防火涂料長期受到日曬雨淋、風吹冰凍導致變黃、起皮脫落，從而失去防火作用的質量事故時有發生。因此我國在室外防火涂料的耐候性能方面對耐水性、耐高低溫、耐濕熱、耐鹽霧和耐紫外線等方面的指標提出了要求。歐盟的標準和我國標準比較相近，對這幾項耐候性能也做出了類似的規定。美國和英國的指標則更為全面和嚴格，美國標準在耐老化、濕熱、鹽霧等指標方面，試驗時間比國標更長。除此之外，還對耐工業大氣和耐溶劑噴霧等指標進行了要求。英國標準同樣對室外防火涂料進行了更為嚴格的規定，耐曝熱時間長達6個月，并增加了清洗試驗和耐工業大氣和海洋大氣環境試驗。

4防火涂料使用中的問題及對策

從國內外標準的對比分析中可以看出，我國防火涂料在檢測方法和檢測指標上和國外的標準都有著一定程度的相似性。主要的不同點在于考慮到國內企業的規模較小，對很多試驗項目進行了一定的簡化，以達到降低試驗成本的目的。盡管國內在標準上對防火涂料同樣進行了足夠嚴格的規定，但國內防火涂料企業在市場上口碑仍然較差，被認為整體不如國外防火涂料企業。這是因為目前國內防火涂料市場混亂，各廠家以次充好、涂層施工厚薄不均、偷工減料造成了國內廠家沒有足夠利潤空間對技術攻堅克難。市場上流通的涂料難以通過耐火性能檢測，究其原因主要是缺乏必要樣品一致性核查能力以及統一的驗收標準。建議國內應推行歐盟指南ETAG：2006，part2的附錄E部分對防火涂料的紅外光譜識別技術，應用大數據庫收藏各企業型式檢驗時所檢涂料的紅外光譜圖形。對工地中使用的防火涂料進行紅外光譜參數分析，對非一致性樣品進行處罰以達到去偽存真的目的，還企業公平競爭的市場。

5結語

從國內外標準的對比分析中可以得出以下結論：

（1）國外鋼結構防火涂料的耐火性能測試方法較為復雜，所需測試試件較多，測試成本較高。國內耐火性能檢測試驗方法和基材都比較單一，試驗成本較低。

（2）我國目前的鋼結構防火涂料在耐火性能試驗方法上由于僅采用工字鋼和H鋼進行試驗，難以對實際工程中的鋼柱和鋼材結點等部位的耐火性能做出準確評估。

（3）英國標準和美國標準的理化性能測試時間較長也更為嚴格，國內標準在耐候性能的測試時進行了一定的簡化，減少試驗時間。

（4）相對于國外標準，國內標準對非膨脹型防火涂料不僅有耐候性能要求，且對其物理性能也有比較明確的要求。除粘接強度外還對抗壓強度和干密度指標作出了明確的規定。

（5）國內應推行歐盟指南ETAG：2006，part2的附錄E部分對防火涂料的紅外光譜識別技術，對工地中使用的防火涂料進行紅外光譜參數分析，對非一致性樣品進行處罰。