一种防火涂料耐火性能试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种防火涂料耐火性能的试验装置，属于火灾科学和材料科学技术领域。

背景技术：

钢结构是主要建筑结构之一,随着经济的发展,钢结构应用的范围越来越广泛,特别是在工业和民用建筑中的应用。钢结构具有强度高、自重轻、延展性好等优点，在国内外建筑业中得到了广泛应用。钢材虽然不具备可燃性，但其导热系数大，耐火性能差，不加防火保护耐火极限只有0.25小时，远达不到我国建筑设计防火规范的要求，所以耐火性能差是其致命弱点,因此,要提高钢结构的耐火极限，必须对其实施有效的防火保护。钢结构的防火保护措施形式多样，在实际工程中,直接喷涂防火涂料是一种理想、可靠、经济、实用的方法。钢结构防火涂料优越的防火性能,受到了广大用户的欢迎,在钢结构工程中得到广泛的应用。因此,科学合理的选择防火涂料品种对保障钢结构建筑物的火灾安全性是至关重要的。

钢结构防火涂料国家标准(GB14907-201X送审稿)中要求，特殊建筑(石化、电站、输配电设施、室外等工程)用普通防火涂料包括膨胀型钢结构防火涂料要经受耐酸性、耐碱性、耐曝热性、耐湿热性、耐冻融循环性、耐盐雾腐蚀性、耐紫外线辐照性等环境试验的考验。标准中，采用GB/T 11263-2010规定的HN400×200热轧H型钢(截面系数为161 m^-1)和GB/T 706-2008规定的36b热轧工字钢(截面系数为126m^-1)作为试验基材。试件制作时，首先按GB/T 9978.6的相关规定设置试件热电偶(均用于测量试件的平均温度)，然后依据产品使用说明书规定的工艺条件对试件受火面进行涂覆，形成涂覆的钢梁试件。试件应水平、简支安装在水平燃烧试验炉上。试件受火长度不小于4000mm，试件的支撑点间距(净跨度)及总长度应符合GB/T 9978.6中对试件尺寸的相关规定。

由此可见，现有钢结构防火涂料检测方法具有初期成本高(试件巨大，涂料使用多)、试验工程量大(需用天车等吊装设备)、试验成本高(试验炉空间巨大耗能高、排放气体多后期处理成本高)、试验周期长等特点，不利于钢结构防火涂料进行大量试验，造成研究项目困难，使得节能减排等环保问题更严峻。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对已有技术存在的问题，提供一种防火涂料耐火性能试验装置，具有操作简单、试验成本低、数据准确性高和重现性好等优点。本实用新型适合作为试验装置研究防火涂料的耐火性能，是研究防火涂料耐火性能有效手段。

为解决上述技术问题，本实用新型一种防火涂料耐火性能试验装置，包括温度控制柜、试样背温采集系统和加热试验炉，所述温度控制柜中设有智能型数字温度控制器，所述加热试验炉包括炉体，所述炉体中设有铂铑合金铠装热电偶，所述铂铑合金铠装热电偶通过导线与所述智能型数字温度控制器相联，所述炉体的前方设有L1*H1的矩形的敞口，所述敞口处设有一圈宽度为W的定位台阶，所述炉体上且位于敞口的两侧均设有第一旋转式锁鼻，所述加热试验炉还包括第一耐火板、第二耐火板、小型试样安装架和耐火封堵块；所述第一耐火板和第二耐火板均为(L1+W)*(H1+W)的矩形，所述第二耐火板的中央位置处设有L2*H2的矩形通孔，L2＝150mm；所述小型试样安装架包括两个支撑条，所述支撑条包括中间支撑段和两端的弯折段，两端的弯折段均向同一个方向弯折90°，所述中间支撑段的长度与所述第二耐火板的高度一致，两个支撑条之间、在位于中间支撑段处连接有N 条横撑，两个支撑条上设有位置一一对应的第二旋转式锁鼻，相邻横撑之间的距离为70mm，两个支撑条上位置对应的第二旋转式锁鼻之间的距离为L2+5mm；由两个支撑条和N个横撑形成了N-1个小型试样安装孔，所述耐火封堵块的大小与数量与小型试样一致；所述试样背温采集系统包括温度采集记录设备和1-3贴片式热电偶，每个贴片式热电偶均配置有一个热电偶夹具，所述热电偶夹具包括固定在试样上的螺母，与所述螺母配合有螺栓，所述贴片式热电偶固定在所述螺栓与试样的背火面之间，所述贴片式热电偶通过导线连接至所述温度采集记录设备。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过温度控制柜控制加热试验炉内部温度，使炉内温度严格按照GB/T 9978.1-2008中6.1和6.2的相关规定，也可根据研究需要编制升温步骤。通过试件夹具将防火涂料试样或其他耐火构件固定于加热试验炉口，通过小型试样护板将防火涂料小型试样固定于加热试验炉口，热电偶夹具用于固定测量防火涂料试样背火面温度的热电偶，温度采集记录设备连接热电偶，采集防火涂料试样或其他耐火构件的背火面温度。

本实用新型提供的试验装置具有制作成本低、易于操作、试验成本低等优点。本实用新型的试验装置可以作为研究防火涂料耐火特性的装置使用，同时可以作为普通加热炉使用。

附图说明

图1是本实用新型中加热试验炉的结构示意图；

图2是图1所示加热试验炉的外形示意图；

图3是本实用新型中加热试验炉中插入硅碳棒的示意图；

图4是本实用新型中第二耐热板的结构示意图；

图5-1是本实用新型中第二耐热板及其小型试样安装架的结构示意图；

图5-2是图5-1中所示支撑条的结构示意图；

图6是本实用新型中试样上测温点布局示意图；

图7是本实用新型中测温用贴片式热电偶固定结构示意图；

图8是本实用新型中耐热封堵块的结构示意图；

图9是利用本实用新型防火涂料耐火性能试验装置进行试验的方法流程图；

图10是实施例一的升温曲线；

图11是实施例二的升温曲线。

图中：1-炉体，2-铂铑合金铠装热电偶，3-敞口，4-定位台阶，5-第一旋转式锁鼻，6- 第一耐火板，7-第二耐火板，8-小型试样安装架，81-支撑条，82-中间支撑段，83-弯折段， 84-横撑，85-第二旋转式锁鼻，9-矩形通孔，10-热电偶夹具，11-螺母，12-螺栓，13-贴片式热电偶，14-硅碳棒，15-封堵块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型的试验装置及试样进一步详细地描述。

本实用新型一种防火涂料耐火性能试验装置的设计思路是，温度控制柜通过电线连接加热试验炉1，在加热试验炉1上装有试件安装固定结构(本实用新型中采用旋转式锁鼻) 用来固定试验构件，也可使用小型试样安装架方便快捷的安装小型试样，从而实现对小型试样进行试验，在试验构件上通过热电偶夹具来固定贴片式热电偶，温度采集记录设备通过导线连接的贴片式热电偶实时采集试样背火面温度数据，其采集频率可调。

本实用新型提出的一种防火涂料耐火性能试验装置，包括温度控制柜、试样背温采集系统和加热试验炉，所述温度控制柜中设有智能型数字温度控制器。如图1所示，所述加热试验炉包括炉体1，所述炉体1中设有铂铑合金铠装热电偶2，所述铂铑合金铠装热电偶 2通过导线与所述智能型数字温度控制器相联。所述炉体1的前方设有L1*H1的矩形的敞口3，所述敞口3处设有一圈宽度为W的定位台阶4，W＝5～10mm。所述炉体1上且位于敞口3的两侧均设有第一旋转式锁鼻5。所述加热试验炉还包括第一耐火板6、第二耐火板 7、小型试样安装架8和耐火封堵块15；如图2和图4所示，所述第一耐火板6和第二耐火板7均为(L1+W)*(H1+W)的矩形，如图4所示，所述第二耐火板7的中央位置处设有 L2*H2的矩形通孔9，L2＝150mm；如图5-1和图5-2所示，所述小型试样安装架8包括两个支撑条81，所述支撑条81包括中间支撑段82和两端的弯折段83，两端的弯折段83均向同一个方向弯折90°，所述中间支撑段82的长度与所述第二耐火板7的高度一致，两个支撑条81之间、在位于中间支撑段82处连接有N条横撑84，两个支撑条81上设有位置一一对应的第二旋转式锁鼻85，相邻横撑84之间的距离为70mm，两个支撑条81上位置对应的第二旋转式锁鼻85之间的距离为L2+5mm；由两个支撑条81和N个横撑形成了N-1 个小型试样安装孔，如图8所示，所述耐火封堵块15的大小与数量与小型试样一致。

所述试样背温采集系统包括温度采集记录设备和1-3贴片式热电偶13，每个贴片式热电偶13均配置有一个热电偶夹具10，所述热电偶夹具10包括固定在试样上的螺母11，与所述螺母11配合有螺栓12，所述贴片式热电偶13固定在所述螺栓12与试样的背火面之间，所述贴片式热电偶13通过导线连接至所述温度采集记录设备。

用于本实用新型防火涂料耐火性能试验装置的试样是耐火构件或是涂有防火涂料的铁板；如图6和图7所示，所述试样的大小为500mm*500mm，在该试样的背火面上设有3 个热电偶夹具10，所述热电偶夹具10用来在试样背火面固定贴片式热电偶13，所述热电偶夹具10包括固定在试样上的螺母11，与所述螺母配合有螺栓12，所述螺栓12与试样之间固定有贴片式热电偶13，所述贴片式热电偶13通过导线连接至温度采集记录设备。通过调整夹具中螺栓的松紧来固定和卸下热电偶。试验时，将3个热电偶夹具10设置在试样背火面上的测温点处，布局如下：一个热电偶夹具布置在试样背火面的A点，其他两个热电偶夹具分别布置在试样背火面的B点和C点处，A点为试样背火面的中央位置，B点和C 点位于A点的两侧，其中，B点位于试样背火面对角线的一顶点处，C点位于试样背火面上下对称线或是左右对称线上、且远离B点的边缘处。

如果采用的试样是小型试样，例如试样大小为150mm*70mm，则至需要利用一个热电偶夹具10将一个贴片式热电偶13固定在该试样背面的中心位置。

本实用新型中，在试验加热炉中设有四组硅碳棒14用于炉温的调整，硅碳棒14的布局如图3所示，贴着炉体1的后侧壁布置两组，在炉体1的左右侧壁各布置一组，所述温度控制柜中有智能型数字温度控制器，通过输入的程序来控制其中的可控硅与整流管，从而控制输入试验加热炉1中硅碳棒14的电流大小；所述智能型数字温度控制器连接加热试验炉内的铂铑合金铠装热电偶2，通过该热电偶温度的反馈来及时调节加热电流；所述温度控制柜面板上通常还有四组电流表和一组电压表，分别显示加热炉中四组硅碳棒14的电流及工作电压；试验加热炉是通过温度控制柜提供电流使炉内的硅碳棒14发热，所述试验加热炉的工作温度范围为0-1200℃，所述铂铑合金铠装热电偶2提供加热炉内温度信号给智能型数字温度控制器。在所述温度控制柜的面板上设有加热开始按钮及工作指示灯，加热试验炉断电按钮及报警指示灯，按下加热开始按钮，工作指示灯显示绿色，代表加热正常开始，若炉内温度高于或低于设定值一定的范围，报警灯显示红色，工作指示灯熄灭，加热炉自动断电，若人工干预试验加热炉断电，可按下加热炉断电按钮；温度控制柜设有散热风扇，降低控制柜温度；所述温度控制柜内设有总开关，可控制整个控制柜电源的通断。

利用本实用新型的防火涂料耐火性能试验装置和试样进行防火涂料耐火性能试验的方法，如图9所示，具体步骤如下：

步骤一，打开试验装置的电源，通过智能型数字温度控制器设定标准升温曲线，如果以后试验升温条件一致，则只需第一次使用时进行设定，智能型数字温度控制器具有记忆功能。具体温度设定如下表：

步骤二、将贴片式热电偶13通过热电偶夹具安置于试样背火面上的测温点处，如图6 所示，其中，试样的几何中心的测温点A是必须的，其他两点B和C，B点在试样的对角线的顶点处，C点在过A点的试样对称线的边缘上，且远离B点。

步骤三、在“炉门”关闭的情况下，按下“开始”按钮，此刻工作指示灯显示绿色常亮，按下智能型数字温度控制器的“开始”按钮，进行预升温程序；根据试样的大小有以下两种情形之一：

当试样的大小与第一耐火板6的大小相同时，将第一耐火板6充当炉门，被设置在炉体的敞口3处，炉体1密封后，进行预升温；当炉温达到设定温度，取下第一耐火板6，将试样安置于炉体1的敞口3处，执行步骤四；

当对小型试样进行试验时，将带有小型试样安装架8的第二耐火板7充当炉门，并被安装于炉体1的敞口3处，并在小型试样安装架8上安装耐火封堵块15，炉体1密封后，进行预升温，当炉温满足试验温度时，根据小型试样的个数，取下全部或部分耐火封堵块15 换上小型试样，执行步骤四；

步骤四、开启温度采集记录设备，通过贴片式热电偶13进行温度采集，采集温度精度可根据需要进行调整；

步骤五、当试样背火面上测温点的温度均超过预定值时，停止加热和数据采集，试验结束，关闭智能型数字温度控制器；炉体自然降至室温后再取下试样，关闭试验装置。

对试样向火面的状况进行拍照和必要的测量。

实施例1：以温升按照标准升温曲线，试验样品为(500×500×6)mm背火面刷防火涂料铁板为例，本实施例1设定的升温曲线如图10所示，用本实用新型试验装置进行试验的步骤如下：

(1)打开整套试验装置的电源及控制开关确保炉门是关闭状态。将贴片式热电偶通过热电偶夹具安置于铁板的测温点；

(2)启动升温程序，启动试样背火面温度数据采集系统；

(3)炉温达到设定温度时，打开炉门，迅速将铁板安置于炉口并通过夹具固定于炉门处；

(4)当铁板背温的采集点的温度均超过500℃时，停止加热和数据采集，试验结束；

(5)若铁板背温的采集点的温度均未超过500℃，则温升3小时后停止加热和数据采集，试验结束；

(6)待试验炉的温度降至室温，关闭整个试验装置。

(7)保存记录的数据和试验前后样品的照片。

实施例2：以温升按照标准升温曲线，试验样品为(150×70×6)mm背火面刷防火涂料铁板为例，本实施例2设定的升温曲线如图11所示，用本实用新型试验装置进行试验的步骤如下：

(1)将小型试样护板置于炉口，使用小型试样护板的封堵块置于小型试样护板洞口。打开整套试验装置的电源及控制开关。将热电偶通过热电偶夹具安置于铁板的测温点；

(2)启动升温程序，启动温度数据采集系统；

(3)炉温达到设定温度时，当满足试验温度时，拿掉封堵块并将试样置于小型试样护板洞口，使用夹具固定；

(4)当铁板背温的采集点的温度均超过500℃时，停止加热和数据采集，试验结束；

(5)若铁板背温的采集点的温度均未超过500℃，则温升3小时后停止加热和数据采集，试验结束；

(6)待试验炉的温度降至室温，关闭整个试验装置。

(7)保存记录的数据和试验前后样品的照片。

综上，本实用新型中的温度控制柜1在试验过程中起到控制加热试验炉温度作用，加热试验炉2起到加热试件的作用，试件夹3具起到固定试样作用，小型试样护板4起到固定小型试样的作用，热电偶夹具5起到固定贴片式热电偶的作用，温度采集系统6起到采集试验背火面温度作用。本实用新型提供的试验装置及试样具有制作成本低、易于操作、试验成本低等优点。本实用新型适合作为试验装置研究防火涂料耐火的性能，是研究防火涂料耐火性能有效手段。

尽管上面结合图对实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。