测试膨胀型防火涂层与基材层间剪应力的试验装置及方法与流程

本发明属于钢结构防火技术领域，具体涉及测试膨胀型防火涂层与基材层间剪应力的试验装置及方法。

背景技术：

膨胀型钢结构防火涂层因其具有施工简便、重量轻、装饰性好且不受钢构件几何形状限制等优点在钢结构防火工程中得到广泛应用。与传统防火保护材料不同，膨胀型钢结构防火涂层在火灾高温下发生反应，反应后形成多孔炭质层，起到保护基材的作用。碳层与基材的粘结强度的大小决定涂层在膨胀后是否完好附着于基材上起到保护基材的作用。涂层与基材的粘结力的不足，在火灾过程中易发生脱落，导致结构构件的抗火能力下降，火灾危险性增加，这个问题尚未得到业界的重视和解决。目前工程上的防火涂料层间剪应力的测试方法主要集中在对厚涂型防火涂料的研究，膨胀型防火涂料因其膨胀前后粘结强度变化差异大，完全膨胀后内部结构疏松多孔，一般的测试剪应力的方法在测试膨胀后防火涂料上行不通。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了测试膨胀型防火涂层与基材层间剪应力的试验装置及方法，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了测试膨胀型防火涂层与基材层间剪应力的试验装置，包括待测组件、固定基材组件和测力组件；

所述固定基材组件包括底部托板和固定板，所述底部托板水平放置，所述固定板竖立于底部托板的两侧并与底部托板可拆装地连接；所述待测组件放置于底部托板上，且两端与固定板顶抵；所述待测组件包括若干基材和膨胀型防火涂料，所述基材沿底部托板长度方向并列拼接排布，所述膨胀型防火涂料涂覆于各基材的上表面形成一连续层；所述测力组件包括u型固定架、弹性件、轨道和压力传感器；所述u型固定架设置于底部托板同一平面，包括左右支臂和水平杆，所述左右支臂的自由端与底部托板可拆装地连接；所述轨道设置于u型固定架内，轨道的一端与水平杆连接，另一端与底部托板顶抵；所述弹性件设置于轨道上，弹性件的两端分别与水平杆和基材顶抵，且弹性件沿轨道延伸方向做伸缩运动；所述压力传感器设置于水平杆，并与弹性件连接。

在本发明一较佳实施例中，所述基材数量为3，各基材材质、大小、截面完全相同，并沿底部托板长度方向顺序拼接，拼接面与弹性件伸缩方向平行。

在本发明一较佳实施例中，所述轨道的厚度与底部托板相同，宽度不小于基材的宽度。

在本发明一较佳实施例中，所述弹性件的两端设有端板。

在本发明一较佳实施例中，所述弹性件包括三根平行排布的弹簧。

在本发明一较佳实施例中，所述固定板为l型，通过螺栓与底部托板连接。

在本发明一较佳实施例中，所述固定基材组件采用耐高温材料。

本发明还提供了测试膨胀型防火涂层与基材层间剪应力的试验方法，包括如下步骤：

(1)选取三块材质、大小、截面完全相同的基材，并排连续放置在底部托板上，在三块基材顶面连续涂覆膨胀型防火涂料；待膨胀型防火涂料完全固化形成涂层后，两边l型端板通过螺栓与底部托板连接，固定基材；

(2)将待测组件和固定基材组件一同放入升温箱中加热，膨胀型防火涂料发生受热膨胀，当达到预设温度后，取出装置冷却至常温；

(3)冷却后拆除底部托板两侧的l型固定板，将u型固定架通过螺栓与底部托板连接；连接完成后，在基材上远离弹性件的一侧对基材施加水平力，将位于中间的基材推出，方向指向弹性件所在的直线，使被推出的基材沿着轨道移动压缩弹性件；

(4)弹性件受到压缩后，将受到的力传递给与其相连的压力传感器，压力传感器记录压力值大小，因基材的摩擦系数及质量都属于已知的量，摩擦力易求得，经公式①计算可得在预设温度下膨胀型防火涂层与基材层间剪应力τ，

τ＝(f-f)/a①

其中，f为压力传感器记录压力值大小，f为摩擦力，a为被推出的基材与涂层的接触面积。

在本发明一较佳实施例中，所述弹性件包括三根平行排布的弹簧，弹簧的两端设有端板，步骤(3)中三根弹簧均匀受力压缩。

在本发明一较佳实施例中，所述轨道的一端与u型固定组件焊接，另一端与底部托板接触，轨道的厚度与底部托板相同，宽度满足位于中间的基材水平顺利通过轨道。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.本发明在涂层膨胀状态下测试防火涂层与基材的层间最大剪应力，改变以往只能在膨胀前层间剪应力的检测，试验精准，模拟效果佳；

2.本发明的固定基材组件采用耐高温材料，实现针对某一温度状态下的最大层间剪应力进行测试，进而实现对高温下涂层脱落的危险状态及位置的预估，具有良好的应用意义和实用性；

3.本发明的测力组件和固定基材组件拆卸组装方便，无论是与基材一起放入高温环境下的两边端板，还是在常温下进行的测力装置，都是通过螺栓与底板相连，现场测试组装方便；

4.本发明通过轨道的设计，多根弹簧与弹簧端板保证受力方向的水平和一致性，减小压力传感器受力不均匀带来的误差。

附图说明

图1为固定基材组件与待测组件组合结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的正视图。

图4为本发明装置结构示意图(固定板已拆卸)。

图5为图4的正视图。

图6为图4的左视图。

其中，箭头表示施力方向。

具体实施方式

实施例1

请查阅图1-6，本实施例的测试膨胀型防火涂层与基材层间剪应力的试验装置，包括待测组件、固定基材组件和测力组件；

所述固定基材组件包括底部托板5和固定板6，所述底部托板5水平放置，所述固定板6竖立于底部托板5的两侧并与底部托板5可拆装地连接；所述固定板6为l型，通过螺栓8与底部托板5连接。所述固定基材组件采用耐高温材料，可随基材1与涂层一同放入升温炉中。

所述待测组件放置于底部托板5上，且两端与固定板6顶抵；所述待测组件包括若干基材1和膨胀型防火涂料4，所述基材1沿底部托板5长度方向并列拼接排布，所述膨胀型防火涂料4涂覆于各基材1的上表面形成一连续的涂层，保证该涂层发生膨胀后为一个整体；本实施例中，所述基材1数量为3，为材质、大小、截面完全相同的热轧钢，并沿底部托板5长度方向顺序拼接，拼接面与弹性件伸缩方向平行；同时，每个l型固定板6通过6个螺栓8与底部托板5连接，共12个，固定基材1的两端，保证三块基材1之间缝隙微小，顶面涂层可以连续涂覆。

所述测力组件包括u型固定架12、弹性件、轨道14和压力传感器13；所述u型固定架12设置于底部托板5同一平面，包括左右支臂123和水平杆121，所述左右支臂123的自由端与底部托板5可拆装地连接；所述轨道14设置于u型固定架12内，轨道14的一端与水平杆121连接，另一端与底部托板5顶抵；所述弹性件设置于轨道14上，弹性件的两端分别与水平杆121和基材1顶抵，且弹性件沿轨道14延伸方向做伸缩运动；所述压力传感器13设置于水平杆121，并与弹性件连接。

由于固定基材组件中的底部托板5起到为三块基材1提供同一水平面的作用，保证实验过程中三块基材1始终相对位置保持不变；为保证中间基材1可以水平顺利通过轨道14，所述轨道14的厚度与底部托板5相同，宽度不小于中间基材1的宽度。

本实施例中，所述弹性件包括三根平行排布的弹簧10，且弹簧10的两端均设有端板，弹簧10的长度为2b，(b为一块基材1的宽度)，保证基材1在完全推出的情况下，弹簧10仍在其弹性范围内；而设置于弹簧10与基材1顶抵处的上端板9宽度可略微小于中间基材1的宽度，可保证在基材1的另一端施加推力的时候，基材1与弹簧10上端板9接触，通过上端板9传力给弹簧10，使三根弹簧10均匀受力压缩。弹簧10下部端板与u型测力装置焊接，通过下端板11将弹簧10受力传递给u型固定架12底部的压力传感器13。

实施例2

本实施例采用实施例1的装置进行防火涂层与基材层间剪应力的试验，具体方法如下：

(1)选取三块材质、大小、截面完全相同的基材1，(本实施例采用q235热轧钢，尺寸均为200*150*15)。三块钢板并排连续放置在固定基材组件的底部托板5上，在三块基材1顶面连续涂覆膨胀型防火涂料4。待膨胀型防火涂料4完全固化形成涂层后，两边l型固定板6通过螺栓8与底部托板5连接，固定基材1。

(2)将固定基材组件与基材1组合好后，放入升温箱中，进行高温加热(本实施例设置温度为500℃)，膨胀型防火涂料4发生受热膨胀，当达到设置的温度后，取出试验装置冷却至常温。

(3)冷却后拆除上述的两个l型端板，将u型固定架12通过螺栓8与底部托板5连接。固定完成后，在基材1上远离弹簧10上端板9的一侧对基材1施加水平力，将中间基材1推出，方向指向弹簧10所在的直线，使基材1沿着轨道14移动压缩弹簧10。

(4)弹簧10受到压缩后，弹簧10下端板11将受到的力传递给与其相连的压力传感器13，传感器记录压力值大小f。因基材1的摩擦系数及质量都属于可以已知的量，摩擦力易求得，由此可得在500℃条件下两者间的剪应力，可计算得(τ＝(f-f)/a)。(其中a为中间基材1与涂层的接触面积)

本实施例中的温度和基材1材料可根据实际情况设置，实现针对任意温度作用后膨胀型防火涂层与基材1的层间最大剪应力的测试。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。