测试膨胀型防火涂料等效热传导系数的试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢结构抗火工程技术领域，尤其涉及一种测试膨胀型防火涂料等效热 传导系数的试验方法。
【背景技术】
[0002] 钢结构的抗火性能较差，其原因主要有两个方面：一是钢材强度随温度升高而迅 速降低，二是钢材热传导系数很大，火灾下钢构件升温快，无防火保护的钢构件的耐火时间 通常仅为15~20min，故极易在火灾下破坏。为了防止和减小建筑钢结构的火灾危害，在绝 大多数情况下都需要对钢结构进行防火保护。膨胀型防火涂料因其具有质轻、装饰效果好 等优点在钢结构防火工程中得到了广泛的应用。
[0003] 膨胀型防火涂料在火灾下的受火温度范围很大，从常温至1000°C以上。在此温度 范围内膨胀型防火涂料发生膨胀，厚度和热传导系数有较大的变化。因此，采用常温下的热 传导系数来计算钢构件在火灾下的温度将导致较大的误差。但从工程应用角度，由于在抗 火设计中只关心构件在某一时刻（尤其是达到耐火极限时）的温度，那么就可以抛开防火 涂料的热传导系数，而用一个等效的热传导系数来计算构件的温度，热传导系数采用一个 常数可极大地简化计算。
[0004] 综上所述，研究一种基于标准升温火灾试验的防火涂料等效热传导系数的试验和 计算方法，对于防火涂料的施工验收和火灾下钢构件升温计算具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种测试膨胀型防火涂料等效热传导系数的 试验方法，克服现有技术中存在的上述技术问题。
[0006] 本发明测试非膨胀型防火涂料等效热传导系数的试验方法，膨胀型防火涂料的等 效热传导系数为试件温度400~600°C间所有热传导系数的平均值，测试试件各温度的热 传导系数的具体步骤为：
[0007] a.将涂覆膨胀型防火涂料的钢构件作为试件；
[0008] b.将试件放置在火灾试验炉内，进行标准耐火试验，测试炉内温度Tg和试件温度 Ts，并记录炉内温度Tg-升温时间t关系曲线和试件温度Ts-升温时间t关系曲线；
[0009] c.结合试件单位长度的表面积Ap、试件单位长度的体积V、防火涂料的厚度dp及 步骤b中记录的试件温度Ts-升温时间t关系曲线，根据如下公式计算防火涂料的热传导 系数A，并记录热传导系数A_试件温度Ts关系曲线：
[0011] 式中t--升温时间，s;
[0012] At--时间步长，s，一般不应大于5s;
[0013] Tg--周围空气的温度，°C;
[0014] Ts一一火灾试验中的试件温度，°C;
[0015] Ps--钢材的密度，kg/m3 ;
[0016] cs--钢材的比热容，JAkg?K);
[0017] Ap一一试件单位长度的表面积，m2/m;
[0018] V--试件单位长度的体积，m3/m;
[0019] dp一一膨胀型防火涂料的厚度，m;
[0020] A--膨胀型防火涂料的热传导系数，WAm?K);
[0021] 以下对上述公式的推导原理及过程作详细描述：
[0022] 对于火灾下表面受热均匀的采用膨胀型防火涂料保护的钢构件，根据集总热容法 原理可建
[0023] 立构件内部升温迭代计算公式，公式如下：
[0026] 式中a--综合热传递系数，WAm3?K);
[0027]ac--空气与构件表面之间的热对流传热系数，a。= 25WAm2 ?K);
[0028]ar--空气与构件表面之间的热福射传热系数，W/(m2?K);
[0029] 公式（2)、⑶引自文献：①李国强，韩林海，楼国彪，蒋首超.钢结构及钢-混 凝土组合结构的抗火设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2006。
[0030] ②CECS200:2006 建筑钢结构防火技术规范[S]。CECS200:2006,Technical codeforfiresafetyofsteelstructureinbuildings,ChinaAssociationfor EngineeringConstructionStandardization，ChinaPlanningPress，Beijing，2006 ;
[0031] ③EN1993-1-2.Eurocode3:Designofsteelstructures-Part1-2:General rules-Structuralfiredesign[S]，2005〇
[0032]通常，防火保护层的d/A远大于1八c^+a。)，则综合传热系数ct可近似按下式 计算：
[0036] 将式（5)转换，可得式（1)。因此根据已知的试件单位长度的表面积Ap、试件单位 长度的体积V、防火涂料的厚度dp及步骤b中记录的试件温度Ts-升温时间t关系曲线，代 入式（1)计算防火涂料的热传导系数A，并记录热传导系数试件温度Ts关系曲线：
[0037] d.按下式计算膨胀型防火涂料的等效热传导系数：
[0039] Ae= I. 2 Aea (7)
[0040] 式中-一膨胀型防火涂料在钢构件温度400~600°C平均热传导系数，W/ (m?K);
[0041] Ae一一膨胀型防火涂料的等效热传导系数，WAm?K);
[0042] e.将膨胀型涂料的等效热传导系数拟合为涂层厚度和截面形状系数的线性关 系：
[0044] 式中C。一一线性回归所得截距，WAm?K);
[0045] C1--线性回归所得斜率，W/ (m2 ?K);
[0046] C2--线性回归所得斜率，W/K。
[0047] f.将膨胀型防火涂料的等效热传导系数在调整区域内进行调整：
[0048]
[0049] 式中\adj--调整后的等效热传导系数，WAm?K);
[0050] 〇--等效热传导系数的残差标准差，WAm?K)。
[0051] 优选地，所述试件温度Ts*测量所述钢构件的不同位置平均值得到。
[0052] 优选地，工字型试件（包含槽型试件）的截面形状系数，要考虑截面的阴影效应。
[0053] 优选地，所述步骤a中选取的试件上涂覆膨胀型防火涂料的耐火时间为0. 5h、 1.0h、1.5h厚度的防火涂层。
[0054] 通过以上技术方案，本发明提出了膨胀型防火涂料的等效热传导系数的概念及其 测试方法。该方法基于膨胀型防火涂料保护钢构件的标准耐火试验，可综合反映膨胀型防 火涂料在火灾下的实际性能，极大简化了火灾下钢构件的升温计算，并将膨胀型防火涂料 的等效热传导系数可表示为关于厚度和截面形状系数的线性函数。试验与理论计算的对 比表明，采用等效热传导系数可相当精确地模拟膨胀型防火涂料保护钢构件在火灾下的升 温，对于膨胀型防火涂料的施工验收和火灾下钢构件升温计算具有重要意义。
【附图说明】
[0055] 图1为试验所用钢板试件图示，图中，1、2、3_钢构件测温点；
[0056] 图2为试验所用工字钢试件图示，图中，1、2、3_钢构件测温点；
[0057] 图3为试验所用工字钢试件图示，图中，1、2、3_钢构件测温点；
[0058] 图4为用提出的方法预测的钢板试件升温曲线与试验测得升温曲线对比图，图中 P-0601、P-09-l、P-15-l为试件编号，与表2对应；
[0059] 图5为用提出的方法预测的工字钢试件1升温曲线与试验测得升温曲线对比图， 图中HN1-06-1、HN1-09-1、HN1-15-3为试件编号，与表2对应；
[0060] 图6为用提出的方法预测的工字钢试件2升温曲线与试验测得升温曲线对比图， 图中HN2-06-2、HN2-09-3、HN2-15-3为试件编号，与表2对应。
【具体实施方式】
[0061] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明 书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0062] 请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用 以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅