专利名称：用于膨胀防火涂料现场检测的电炉和检测方法
技术领域：
本发明属于钢结构防火涂料检测技术，涉及对用于膨胀防火涂料现场检测的电炉和检测方法的改进。
背景技术：
测试膨胀型钢结构防火涂料防火性能主要按ISO834和GB9978标准规定的足尺寸钢梁型工件卧式炉耐火极限方法。为了检测工程现场用膨胀防火涂料的品质，有以下四种方法1、“国家防火建材质检中心”采用了从工程工件上刮取涂层粉末后，置于坩埚内用箱式电炉测量其膨胀性能的方法；2、北京出台了地方标准DBJ01-616-2004，从工程现场刮取涂层粉末后取样置于坩埚内，在750℃焙烧5分钟，测量膨胀倍率；3、“国家防火建材质检中心”还曾经采用从工程现场抽取防火涂料料浆制备60cm～90cm长的36b工字钢梁，在标准大炉内测量背温的办法检查工程用防火涂料的质量。
4、还有直接用喷灯喷烧从工程用料中抽取的料浆样品涂覆于钢板上的干膜，观察涂层膨胀状况的办法。
上述方法的缺点是ISO834和GB9978标准规定的足尺寸钢梁型工件卧式炉耐火极限方法每次至少需要制备一根5～6米长的36b或40b标准工字钢梁。从涂覆涂料到养护完成至少需要2～6个月，所有费用加起来不少于2万元。对耐火极限高的工程可能需要3万元以上。无论从时间周期还是费用都不具备实际操作可行性。对比较小的工程，例如造价10万元或以下的工程更加不现实。即使采用60cm～90cm的工字钢梁的办法，也需要2个月以上的周期，费用也不低于万元。
北京地方标准的坩埚法不能检测出涂料的真实防火性能。原因在于按照坩埚法标准规定对“超薄型钢结构防火涂料”膨胀倍率不小于10倍。且不说膨胀倍率与膨胀防火涂料的防火性能并不高度一致(因为防火性能受膨胀体的化学和物理两方面因素的影响)；而且由于国内许多厂家了解坩埚法只在一个固定温度焙烧5min，因此在配方中加入大量的氨基树脂和发气剂，在短时间焙烧中可以达到10倍膨胀倍率。但按照标准曲线升温，30min以后膨胀体将烧蚀得所剩无几，防火性能几乎荡然无存。另外一种情况是有的厂家用较低分子量的树脂和催化剂，大量添加发气成分，不添加高温增强剂。这种涂料成本很低，在坩埚法中可以获得很好的结果，但是由于该方法不能暴露下述问题，即附着在钢构件上的涂层膨胀体悬臂，在标准火场中膨胀体将会在30min以后发生脱落，而失去防火作用，所以坩埚法的结果与膨胀防火涂料的防火性能是非常不一致的两个概念。以北京为例，地方标准DBJ01-161-2004“建筑防火涂料(板)工程设计、施工与验收规范”已经执行两年，工程质量情况并没有改善。
至于喷灯法，由于环境的温度、空气流动状况诸多因素的影响，加上方法所限造成被测试件大量的散热，结果既没有很好的再现性又不能模拟型式检验足尺寸钢梁的结果，也不能作为防火涂料工程现场质量控制检验的定量手段。总体看，目前急需一种能够短周期、快速、准确评定工程用“膨胀型钢结构防火涂料”质量，最好能够与国家型式检验结果对照的的方法。
北京航空材料研究院于2004年第二届全国钢结构防火技术研讨会发表的名称为《超薄型钢结构防火涂料原材料与涂料水平》中公开了一种小型试验电炉，使用该电炉试验膨胀型钢结构防火涂料的防火性能时，能比较准确地评价防火涂料的防火性能。其缺点是试样是卧式安装在炉体上方，试样的受火面和背火面均为64cm2。面积为1∶1，所以散热速度比较快。在国家型式检验和中型耐火极限梁炉测试时，钢梁三面受火，仅上面一个表面散热。国家型式认证用钢梁受热面积与散热面积比例大约为9∶1。因此，试验中，该电炉的最终背温远低于国家型式检验和中型耐火极限梁炉测试时的最终背温，对于评价人员的专业经验要求很高，不利于准确、快捷地作出评价，也难以推广使用。对于防火性能接近的膨胀型涂料也难以做出精确的区分。
发明内容
本发明的目的是提出一种使试样能获得形状特征与国家型式检验和中型耐火极限梁炉测试时接近的背温-时间曲线的试验电炉和检测方法，不但大大降低了对于评价人员的专业经验的要求，便于推广使用，而且能更加精确地区分防火性能接近的膨胀型钢结构防火涂料质量的细微差别，从而能准确、快捷地对现场的防火涂料品质作出评价。
本发明的技术方案是用于膨胀防火涂料现场检测的电炉，包括由耐火材料制造的炉体6和炉盖7，在炉体6的内腔底面上安装有加热体5，在炉膛中上部有2支炉温热电偶3，其输出端引线从炉体6的侧壁引出孔引出，在炉膛上部有背温热电偶8，其输出端引线从炉盖7引出，其特征在于，(1)炉体6的内腔水平截面为矩形，其长度为50～300mm，其宽度B＝50～300mm；(2)在炉膛中间有一块耐火材料制造的托砖4，托砖4的安装关系为下述情况之一其两端插置在炉膛两侧炉壁上的凹槽内；或者放置在一个固定在炉壁上的耐热金属托架上；(3)有一个散热芯片1，它是由钢质材料或者耐热合金材料制造的矩形板，其长度L＝47～297mm，比炉体6的内腔长度小1～3mm，其高度H＝50～300mm，其厚度t＝2～15mm，在散热芯片1的中间有一个平行于高度H的、贯通其厚度t但不贯通高度H的背温热电偶安装槽9，背温热电偶8位于该安装槽9内；(4)所说的炉盖7为下述结构之一炉盖7由两块尺寸相同的矩形盖板组成；炉盖7由一块整板组成，在炉盖7的中间有一道贯通槽；(5)散热芯片1立置在托砖4的上表面，散热芯片1的上边缘伸入到两块盖板的对合缝中或者伸入到炉盖7中间的贯通槽内。
使用如上面所述的电炉进行膨胀防火涂料现场检测的方法，基于一个由上述电炉、炉温热电偶3、背温热电偶8、数据采集器10、程序仪9和计算机12组成的测试装置，其特征在于，检测步骤如下(1)制作检测试样；试样2是采用几何尺寸相同的钢质材料做的两块矩形薄板，其长度A＝L＝47～297mm，与散热芯片1的长度相等，其高度B＝20～300mm，其厚度p＝0.8～4mm，防火涂料均匀地涂覆在每块矩形薄板的一个表面，涂覆厚度按照GB14907-2002确定，与型式检验报告所标明的厚度相同，在涂覆防火涂料之前先称量试样2的净重，在涂覆防火涂料并养护后再次称量试样2的重量，求出涂层干膜的净重，保持三位有效数字；(2)、测量涂层干膜厚度；用无损检测测厚仪测定涂层的干膜平均厚度，精确到0.01mm，计算出涂层的干密度；(3)、安装试样和连接试验设备；将试样2无涂料面贴靠在由钢质材料或者耐热合金材料制造的散热芯片1的两侧下端，使用铁丝捆扎或者夹子夹持将试样2和散热芯片1固定为一体，垂直安放在炉体6内的托砖4上，将背温热电偶8安装在散热芯片1中间的专用安装槽内，将两个炉温热电偶3安装在炉膛内，盖好炉盖7，将背温热电偶8和一个炉温热电偶3的输出端分别与数据采集器10的相应输入端连接，将另一个炉温热电偶3的输出端与程序仪9的相应输入端连接，将程序仪9的功率输出端13与炉膛内的加热体5连接，将数据采集器10的输出端11与计算机12的相应输入端连接；(4)升温试验；打开试验装置电源，开始升温试验，升温曲线按照GB9978的要求进行，当试样背温达到580℃时停止升温，从开始升温到试样背温达到580℃的时间长短为该试样的防火性能参数，精确到秒；(5)测量膨胀厚度；打开上盖7，拍摄试验后的电炉和炉膛内防火涂料膨胀体的形貌，测量试样2的残余重量和膨胀体的厚度，残余重量保持三位有效数字，膨胀体厚度精确到1mm；(6)计算出烧蚀率和膨胀倍数。
本发明的优点是本发明的的试验电炉和方法能使试样获得形状特征与国家型式检验和中型耐火极限梁炉测试时接近的背温-时间曲线，不但大大降低了对于评价人员的专业经验的要求，便于推广使用，而且能更加精确地区出分防火性能接近的膨胀型钢结构防火涂料质量的细微差别，从而能准确、快捷地对现场的防火涂料品质作出评价。
图1是本发明的结构示意图，右图是左图的左视图。图中，2是试片，位于散热芯片1的两侧，放置在托砖4的上表面。
图2是本发明中散热芯片1的结构示意图。
图3是本发明所使用的检测装置的结构示意图。
图4是本发明使用的试样的结构图。
具体实施例方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1、2，本发明的电炉，包括由耐火材料制造的炉体6和炉盖7，在炉体6的内腔底面上安装有加热体5，在炉膛中上部有2支炉温热电偶3，其输出端引线从炉体6的侧壁引出孔引出，在炉膛上部有背温热电偶8，其输出端引线从炉盖7引出，其特征在于，(1)炉体6的内腔水平截面为矩形，其长度A＝50～300mm，其宽度B＝50～300mm；(2)在炉膛中间有一块耐火材料制造的托砖4，托砖4的安装关系为下述情况之一其两端插置在炉膛两侧炉壁上的凹槽内；或者放置在一个固定在炉壁上的耐热金属托架上；(3)有一个散热芯片1，它是由钢质材料或者耐热合金材料制造的矩形板，其长度L＝47～297mm，比炉体6的内腔长度小1～3mm，其厚度t＝2～15mm，在散热芯片1的中间有一个平行于高度H的、贯通其厚度t但不贯通高度H的背温热电偶安装槽9，背温热电偶8位于该安装槽9内；所以选择L＝47～297mm，是为了保证散热芯片能顺利地放入、取出，有又不会太大缝隙，使端面直接裸露在炉膛火场中。
(4)所说的炉盖7为下述结构之一炉盖7由两块尺寸相同的矩形盖板组成；炉盖7由一块整板组成，在炉盖7的中间有一道贯通槽；(5)散热芯片1立置在托砖4的上表面，散热芯片1的上边缘伸入到两块盖板的对合缝中或者伸入到炉盖7中间的贯通槽内。
由于以下两个原因，托砖4上表面以上的炉膛容积为整个炉膛容积的2％～40％。一是因为托砖上表面以上的容积比率直接影响到程序仪根据炉温信号反馈给出的加热体输出功率大小，有可能影响测试结果的准确性；二是因为如果托砖太低，位于炉膛下方的加热体放出的强烈辐射热会直接灼烧到防火涂层，也可能使试验结果失真。
托砖4的长度不小于炉体6内腔的长度A，托砖4的宽度为20～120mm，厚度为20～80mm。因为托砖除了作为试片和散热芯片的安装支撑外，另外一个重要作用是代替型式检验和中型梁炉测试时钢梁下缘表面的防火涂层，防止安放在炉膛下方的加热体放出的强烈辐射热直接灼烧没有防火涂层的试片和散热芯片的下端，并避免从涂层的非厚度方向向试片和涂层传输热量。所以托砖选择的长度不小于试片和散热芯片的长度。托砖的宽度和厚度根据涂层的厚度不同而变化。
对于涂层干膜厚度较大的试片，为了保证涂料有足够的膨胀空间，需要选择大尺寸的炉膛；为了保证同样足够的热通量，必需加大加热体输出的功率，为了减少底电炉加热体的功率密度，可以在托砖4下表面以下的炉膛四周的炉壁上安装有加热体5。
参见图3、4，使用如本发明的电炉进行膨胀防火涂料现场检测的方法，基于一个由上述电炉、炉温热电偶3、背温热电偶8、数据采集器10、程序仪9和计算机12组成的测试装置，其特征在于，检测步骤如下(1)制作检测试样；试样2是采用几何尺寸相同的钢质材料做的两块矩形薄板，其长度A＝47～297mm，与散热芯片1的长度相等，其高度B＝20～300mm，其厚度p＝0.8～4mm，防火涂料均匀地涂覆在每块矩形薄板的一个表面，涂覆厚度按照GB14907-2002确定，与型式检验报告所标明的厚度相同，在涂覆防火涂料之前先称量试样2的净重，在涂覆防火涂料并养护后再次称量试样2的重量，求出涂层干膜的净重，保持三位有效数字；(2)、测量涂层干膜厚度；用无损检测测厚仪测定涂层的干膜平均厚度，精确到0.01mm，计算出涂层的干密度。
(3)、安装试样和连接试验设备；将试样2无涂料面贴靠在由钢质材料或者耐热合金材料制造的散热芯片1的两侧下端，使用铁丝捆扎或者夹子夹持将试样2和散热芯片1固定为一体，垂直安放在炉体6内的托砖4上，将背温热电偶8安装在散热芯片1中间的专用安装槽内，将两个炉温热电偶3安装在炉膛内，盖好炉盖7，将背温热电偶8和一个炉温热电偶3的输出端分别与数据采集器10的相应输入端连接，将另一个炉温热电偶3的输出端与程序仪9的相应输入端连接，将程序仪9的功率输出端13与炉膛内的加热体5连接，将数据采集器10的输出端11与计算机12的相应输入端连接。
(4)升温试验；打开试验装置电源，开始升温试验，升温曲线按照GB9978的要求进行，当试样背温达到580℃时停止升温，从开始升温到试样背温达到580℃的时间长短为该试样的防火性能参数。精确到秒。
(5)测量膨胀厚度；打开上盖7，拍摄试验后的电炉和炉膛内防火涂料膨胀体的形貌，测量试样2的残余重量和膨胀体的厚度。残余重量保持三位有效数字，膨胀体厚度精确到1mm。
(6)计算出烧蚀率和膨胀倍数。
本发明电炉的实施例如下例1，(1)炉体6内腔的长度A＝230mm，宽度B＝230mm；(2)托砖4的宽度为90mm，厚度为65mm。托砖4放置在一个固定在炉壁上的耐热金属托架上。
(3)散热芯片1由有抗氧化层的普通碳钢制造，其长度L＝225mm，其高度H＝180mm，其厚度t＝8mm。背温热电偶安装槽9的深度为135mm。
(4)炉盖7为两块230mm×115mm、厚度65mm的矩形盖板组成。
例2，(1)炉体6内腔的长度A＝150mm，宽度B＝150mm；(2)托砖4的宽度为60mm，厚度为35mm。长度为200mm，两端插入炉膛两侧壁内的方孔。
(3)散热芯片1由有抗氧化性能好的黑色耐热合金制造，其长度L＝147mm，其高度H＝120mm，其厚度t＝5mm。背温热电偶安装槽9的深度为90mm。
(4)炉盖7为两块150mm×72mm、厚度65mm的矩形盖板组成。
例3，(1)炉体6内腔的长度A＝82mm，宽度B＝82mm；(2)托砖4的宽度为20mm，厚度为20mm。托砖4放置在一个固定在炉壁上的耐热金属托架上。
(3)散热芯片1由有抗氧化层的普通碳钢制造，其长度L＝80mm，其高度H＝80mm，其厚度t＝3mm。背温热电偶安装槽9的深度为60mm。
(4)炉盖7为两块115×55mm、厚度65mm的矩形盖板组成。
本发明测试方法的实施例如下例1，制作检测试样；试样2长度A＝225mm，其高度B＝90mm，其厚度p＝1.8mm，涂覆防火涂料之前净重290g，290g，涂覆防火涂料后重量373g，375g。
测量涂层厚度；用无损检测测厚仪测定涂层的平均厚度3.05mm，干密度为1.36g/cm3。
升温试验；从开始升温到试样背温达到580℃的时间为105分钟10秒。
测量膨胀厚度为60mm。两块总残重645g。
计算出烧蚀率为61.3％，膨胀倍数为19.7倍。
例2，制作检测试样；试样2长度A＝146mm，其高度B＝60mm，其厚度p＝1.5mm，涂覆防火涂料之前净重102g，104g涂覆防火涂料后重量121g，123g。
测量涂层厚度；用无损检测测厚仪测定涂层的平均厚度1.62mm，干密度为1.34g/cm3。
升温试验；从开始升温到试样背温达到580℃的时间为89分钟28秒。
测量膨胀厚度为41mm。两块总残重220.7g。
计算出烧蚀率为61.3％，膨胀倍数为25.3倍。
例3，制作检测试样；试样2长度A＝80mm，其高度B＝40mm，其厚度p＝1.1mm，涂覆防火涂料之前净重27.95g，27.43g涂覆防火涂料后重量33.08g，32.54g。
测量涂层厚度；用无损检测测厚仪测定涂层的平均厚度1.13mm，干密度为1.42g/cm3。
升温试验；从开始升温到试样背温达到580℃的时间为63分钟32秒。
测量膨胀厚度为32mm。两块试样总残重59.34g。
计算出烧蚀率为61.3％，膨胀倍数为28.3倍。
权利要求
1.用于膨胀防火涂料现场检测的电炉，包括由耐火材料制造的炉体[6]和炉盖[7]，在炉体[6]的内腔底面上安装有加热体[5]，在炉膛中上部有2支炉温热电偶[3]，其输出端引线从炉体[6]的侧壁引出孔引出，在炉膛上部有背温热电偶[8]，其输出端引线从炉盖[7]引出，其特征在于，(1)炉体[6]的内腔水平截面为矩形，其长度为50～300mm，其宽度B＝50～300mm；(2)在炉膛中间有一块耐火材料制造的托砖[4]，托砖[4]的安装关系为下述情况之一其两端插置在炉膛两侧炉壁上的凹槽内；或者放置在一个固定在炉壁上的耐热金属托架上；(3)有一个散热芯片[1]，它是由钢质材料或者耐热合金材料制造的矩形板，其长度L＝47～297mm，比炉体[6]的内腔长度小1～3mm，其高度H＝50～300mm，其厚度t＝2～15mm，在散热芯片[1]的中间有一个平行于高度H的、贯通其厚度t但不贯通高度H的背温热电偶安装槽[9]，背温热电偶[8]位于该安装槽[9]内；(4)所说的炉盖[7]为下述结构之一炉盖[7]由两块尺寸相同的矩形盖板组成；炉盖[7]由一块整板组成，在炉盖[7]的中间有一道贯通槽；(5)散热芯片[1]立置在托砖[4]的上表面，散热芯片[1]的上边缘伸入到两块盖板的对合缝中或者伸入到炉盖[7]中间的贯通槽内。
2.使用如权利要求1所述的电炉进行膨胀防火涂料现场检测的方法，基于一个由上述电炉、炉温热电偶[3]、背温热电偶[8]、数据采集器[10]、程序仪[9]和计算机[12]组成的测试装置，其特征在于，检测步骤如下(1)制作检测试样；试样[2]是采用几何尺寸相同的钢质材料做的两块矩形薄板，其长度A＝L＝47～297mm，与散热芯片[1]的长度相等，其高度B＝20～300mm，其厚度p＝0.8～4mm，防火涂料均匀地涂覆在每块矩形薄板的一个表面，涂覆厚度按照GB14907-2002确定，与型式检验报告所标明的厚度相同，在涂覆防火涂料之前先称量试样[2]的净重，在涂覆防火涂料并养护后再次称量试样[2]的重量，求出涂层干膜的净重，保持三位有效数字；(2)、测量涂层干膜厚度；用无损检测测厚仪测定涂层的干膜平均厚度，精确到0.01mm，计算出涂层的干密度；(3)、安装试样和连接试验设备；将试样[2]无涂料面贴靠在由钢质材料或者耐热合金材料制造的散热芯片[1]的两侧下端，使用铁丝捆扎或者夹子夹持将试样[2]和散热芯片[1]固定为一体，垂直安放在炉体[6]内的托砖[4]上，将背温热电偶[8]安装在散热芯片[1]中间的专用安装槽内，将两个炉温热电偶[3]安装在炉膛内，盖好炉盖[7]，将背温热电偶[8]和一个炉温热电偶[3]的输出端分别与数据采集器[10]的相应输入端连接，将另一个炉温热电偶[3]的输出端与程序仪[9]的相应输入端连接，将程序仪[9]的功率输出端[13]与炉膛内的加热体[5]连接，将数据采集器[10]的输出端[11]与计算机[12]的相应输入端连接；(4)升温试验；打开试验装置电源，开始升温试验，升温曲线按照GB9978的要求进行，当试样背温达到580℃时停止升温，从开始升温到试样背温达到580℃的时间长短为该试样的防火性能参数，精确到秒；(5)测量膨胀厚度；打开上盖[7]，拍摄试验后的电炉和炉膛内防火涂料膨胀体的形貌，测量试样[2]的残余重量和膨胀体的厚度，残余重量保持三位有效数字，膨胀体厚度精确到1mm；(6)计算出烧蚀率和膨胀倍数。
3.根据权利要求1所述的电炉，其特征在于，托砖[4]上表面以上的炉膛容积为整个炉膛容积的2％～40％。
4.根据权利要求1或3所述的电炉，其特征在于，托砖[4]的长度不小于炉体[6]内腔的长度，托砖[4]的宽度为20～120mm，厚度为20～80mm。
5.根据权利要求1或3所述的电炉，其特征在于，在托砖[4]下表面以下的炉膛四周的炉壁上安装有加热体[5]。
6.根据权利要求4所述的电炉，其特征在于，在托砖[4]下表面以下的炉膛四周的炉壁上安装有加热体[5]。
全文摘要
本发明属于钢结构防火涂料检测技术，涉及对用于膨胀防火涂料现场检测的电炉的改进及检测方法。其中改进的电炉包括炉体6和炉盖7，加热体5，炉温热电偶3，背温热电偶8，其特征在于，炉体6的内腔水平截面为矩形；在炉膛中间有一块耐火材料制造的托砖4；有一个散热芯片1，试样2贴靠在散热芯片1下端，立置在托砖4的上表面，散热芯片1的上边缘伸入到两块盖板的对合缝中或者伸入到炉盖7中间的贯通槽内。本发明改进的试验电炉和方法可以使试样获得形状特征与国家型式检验和中型耐火极限梁炉测试时接近的背温－时间曲线，大大降低了对于评价人员的专业经验的要求，而且能更加精确地区出分防火性能接近的膨胀型钢结构防火涂料质量的细微差别，能准确快捷地对膨胀防火涂料作出评价，便于推广使用。
文档编号G01N9/36GK1975371SQ20061016776
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者熊家锦, 裘陆道, 师华, 李风, 孔小弟, 马道贞 申请人:中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院