0引言

随着钢结构工业化与钢结构建筑的发展，钢结构技术在高层和超高层建筑中得到了越来越广泛的应用。钢结构建筑物以其抗震性好、结构强度高、自重轻、施工工期短和可重复利用等优势广受建设方推崇。但尽管钢结构构件优势众多，在高温条件下钢结构构件存在机械性能下降严重的问题，当温度达到350 ℃、500 ℃和600 ℃时，机械强度分别下降1/3、1/2和2/3。为了提高钢结构构件在火灾高温条件下的性能，确保钢结构建筑内的人员疏散安全，大部分钢结构建筑物在其表面涂刷防火涂料。为保证钢构件在火灾中的稳定性，国内外标准化组织制定了一系列标准对钢构件的防火性能进行了评价。了解国内外标准的差异性，学习国外标准中先进的试验方法和控制手段将有助于提升我国防火涂料质量。

1国外钢构件试验方法

钢结构防火涂料在国外起步较早，20世纪50年代国外防火涂料企业已经有了较为成熟的防火涂料配方。为了测试各类防火涂料的质量优劣，欧美等发达国家建立了一系列防火涂料的测试标准。

1.1 美国防火涂料标准

美国防火涂料试验方法UL 1709由保险商UL制定，该试验方法主要由常规耐火试验和经耐候试验后的耐火试验两部分组成。

1.1.1 耐火试验方法

美国的钢结构防火涂料耐火试验方法以快速升温曲线作为测试炉内温度的升温曲线，并由耗氧原理测试出炉内热通量。试验时试件外涂覆防火涂料，并将热电偶布置于试件内表面。试验将试件内表面平均温度达到538 ℃的时间作为基准隔热时间，并以此时的厚度作为标准隔热厚度。

1.1.2 理化性能试验方法

如表1所示，在该标准中，环境暴露试验由7项检测项目组成，值得注意的是，UL标准所要求的理化试验时间最长的高温老化试验项目长达270天。完成理化试验后，还需进行耐环境暴露试验后的耐火试验。判定条件依据未经环境暴露试验的空白样品的耐火时间为基准，要求经环境暴露试验的样品耐火时间能达到基准隔热时间的3/4。

表1  美国钢结构防火涂料理化指标

1.2 欧盟防火涂料标准

欧洲以ETAG：2006，part2作为指导性的防火涂料检测导则，根据防火涂料敷设环境的严酷程度不同将防火涂料分为X、Y、Z1、Z2等4类，如表2所示。

1.2.1 耐火试验方法

欧盟防火涂料的耐火测试方法由两部分组成，引用的方法分别是EN 13501.1和EN 13501.2。EN 13501.1测试了涂料本身的产热性能和产烟性能，最低要求不能低于F类。EN 13501.2则对防火涂料涂覆于试件后，试件所能达到的耐火极限进行了测试。其中EN 13501.2又引用BS EN 13381-4作为防火涂料受火试件的试验方法，承重梁分别有H型钢和工字钢两类，当钢梁弯曲挠度值达到钢梁长度的1/30时，判定该钢梁达到其耐火极限。

1.2.2 理化性能试验方法

使用于不同暴露环境的4类涂料所对应的试验项目也有所不同。从试验条件中可以看出，试验难度由X类到Z2类依次递减，可以理解为环境条件恶劣的地方所用涂料的耐候性更高。该欧洲导则所要求的理化试验方法较为单一，Y类、Z1类和Z2类只有耐湿热循环试验。此外还需对耐化学品腐蚀性能和抗生物侵蚀性能进行选择性的试验。

表2  欧盟钢结构防火涂料理化指标

1.3 英国防火涂料标准

英国防火涂料标准BS 8202:1992:2同样将试验分为了耐火性能和理化性能两个部分。

1.3.1 耐火试验方法

防火涂料所涂覆的结构钢梁和立柱的耐火性能应按BS 476：第20部分进行测试。承重梁采用4点均匀机械或者液压加载，以横向构件最大形变速率达到50 mm/min时判定其达到耐火极限。

1.3.2 理化性能试验方法

英国涂料标准也按照环境类型的不同对涂料进行了分类，英国标准对每一类涂料都进行比较全面的试验。该标准比较显著的特征是各试验耗时较长，最长的自然暴露试验时间长达两年，老化试验和盐雾试验也需要2000 h。

表3  英国钢结构防火涂料理化指标

2国内标准

GB 14907-2018《钢结构防火涂料》按使用场所将防火涂料分为室内防火涂料和室外防火涂料，按防火机理将防火涂料分为非膨胀性防火涂料和膨胀性防火涂料。

2.1 耐火性能试验要求

钢结构防火涂料以HN400×200H型钢和36b工字钢作为基材，升温曲线可选择纤维类升温曲线或HC升温曲线。试验时在基材内部布置热电偶，当基材内部温度达到538 ℃或弯曲挠度达到（L02/400h）mm时（L0为试件的净跨度，h为试件截面上抗压点与抗拉点之间的距离），判定钢梁试件达到了耐火极限。耐火极限的等级划分如表4所示。

表4  钢结构防火涂料耐火性能等级

2.2 理化性能试验要求

室内膨胀型防火涂料被要求的性能指标较少，项目指标里仅对容器中的状态、干燥时间、初期干燥抗裂性、粘接强度、pH值、耐水性和耐冷热循环性等指标进行了要求。其中粘接强度要求≥0.15 MPa，pH值≥7，耐水性时间为24 h，耐冷热循环试验为15 d。可以看出我国室内防火涂料在耐候性能的指标方面较国外标准，试验时间较短，最长的耐冷热循环试验的时间也仅为15 d。室内非膨胀型涂料在膨胀型涂料的指标的基础上增加了抗压强度≥0.3 MPa，干密度≤500(kg/m3)两个要求，因其主要原材料均为无机材料，因此粘接强度要求仅为0.04 MPa。

室外钢结构防火涂料在理化性能方面的要求明显高于室内钢结构防火涂料。两类防火涂料在容器中的状态、干燥时间、初期干燥抗裂性、粘接强度、pH值、抗压强度和干密度等7个指标要求一致。在耐候性能方面，室外钢结构防火涂料则需要通过耐曝热30 d、耐湿热21 d、耐融冻性能15 d、耐酸溶液15 d、耐碱溶液15 d、耐盐雾腐蚀性能30 d及耐紫外腐蚀30 d等多项耐候性能。所有的室内室外防火涂料耐候性能完成后还需对防火涂料进行隔热效率衰减量的测试。

3国内外标准对比分析

从标准的制定项目对比中可以看出，国内钢结构防火涂料标准制定时在一定程度上参考了国外标准，但又根据自身国情进行了一定的简化。

3.1耐火性能对比

首先在试验基材的选择上，GB 14907—2018《钢结构防火涂料》与欧洲标准BS EN 13381-4在耐火性能的试验方法上较为类似，两种试验方法均以H型钢梁和工字钢作为基材。UL标准和英国标准的则要对各种类型的钢材进行测试，因此耐火试验的试验量繁重、测试成本高昂。但繁重的试验量也有其合理性，不同类型的钢材在实际工程中受力位置和受力方式均有不同。因此仅测试钢梁的耐火性能，难以保证相同厚度的涂覆量可以确保钢柱或是钢材结点等承重部位的耐火时间能达到相应等级。

其次在耐火极限的判定方式上，我国标准采用钢梁内部温度达到538 ℃和弯曲挠度达到（L02/400h）mm为耐火极限的判定方式。美国标准以平均温度达到538 ℃的时间作为判定，欧盟标准以钢梁弯曲挠度值达到钢梁长度的1/30作为判定，英国以横向构件最大形变速率达到50 mm/min作为判定。以上判定方式虽然试验方法上差异巨大，但实际测试出的极限时间差异并不会很大。

最后在耐火等级的判定方式上，我国对膨胀型防火涂料给出的最高耐火等级为2 h，对非膨胀型防火涂料给出的最高耐火等级为3 h。这是因为目前我国膨胀型防火涂料假货过于泛滥，且膨胀型防火涂料通过2.5 h和3 h测试的技术门槛较高，我国多数企业在技术上目前还很难达到。

3.2 理化性能对比

由于我国的防火涂料以非膨胀型防火涂料为主，这类防火涂料的粘接强度较差，需要通过有机胶水和水泥增加附着力，在实际使用中又经常出现空鼓、开裂等情况，因此我国标准中对防火涂料的物理性能有着比较高的要求。除粘接强度外，针对非膨胀型涂料还有抗压强度和干密度两个指标的要求。国外的防火涂料则对抗压强度和干密度这两项指标没有明确规定。

在室内使用的防火涂料，国内外标准的耐候性能指标要求都比较低。在室外使用的钢结构防火涂料长期受到日晒雨淋、风吹冰冻导致变黄、起皮脱落，从而失去防火作用的质量事故时有发生。因此我国在室外防火涂料的耐候性能方面对耐水性、耐高低温、耐湿热、耐盐雾和耐紫外线等方面的指标提出了要求。欧盟的标准和我国标准比较相近，对这几项耐候性能也做出了类似的规定。美国和英国的指标则更为全面和严格，美国标准在耐老化、湿热、盐雾等指标方面，试验时间比国标更长。除此之外，还对耐工业大气和耐溶剂喷雾等指标进行了要求。英国标准同样对室外防火涂料进行了更为严格的规定，耐曝热时间长达6个月，并增加了清洗试验和耐工业大气和海洋大气环境试验。

4防火涂料使用中的问题及对策

从国内外标准的对比分析中可以看出，我国防火涂料在检测方法和检测指标上和国外的标准都有着一定程度的相似性。主要的不同点在于考虑到国内企业的规模较小，对很多试验项目进行了一定的简化，以达到降低试验成本的目的。尽管国内在标准上对防火涂料同样进行了足够严格的规定，但国内防火涂料企业在市场上口碑仍然较差，被认为整体不如国外防火涂料企业。这是因为目前国内防火涂料市场混乱，各厂家以次充好、涂层施工厚薄不均、偷工减料造成了国内厂家没有足够利润空间对技术攻坚克难。市场上流通的涂料难以通过耐火性能检测，究其原因主要是缺乏必要样品一致性核查能力以及统一的验收标准。建议国内应推行欧盟指南ETAG：2006，part2的附录E部分对防火涂料的红外光谱识别技术，应用大数据库收藏各企业型式检验时所检涂料的红外光谱图形。对工地中使用的防火涂料进行红外光谱参数分析，对非一致性样品进行处罚以达到去伪存真的目的，还企业公平竞争的市场。

5结语

从国内外标准的对比分析中可以得出以下结论：

（1）国外钢结构防火涂料的耐火性能测试方法较为复杂，所需测试试件较多，测试成本较高。国内耐火性能检测试验方法和基材都比较单一，试验成本较低。

（2）我国目前的钢结构防火涂料在耐火性能试验方法上由于仅采用工字钢和H钢进行试验，难以对实际工程中的钢柱和钢材结点等部位的耐火性能做出准确评估。

（3）英国标准和美国标准的理化性能测试时间较长也更为严格，国内标准在耐候性能的测试时进行了一定的简化，减少试验时间。

（4）相对于国外标准，国内标准对非膨胀型防火涂料不仅有耐候性能要求，且对其物理性能也有比较明确的要求。除粘接强度外还对抗压强度和干密度指标作出了明确的规定。

（5）国内应推行欧盟指南ETAG：2006，part2的附录E部分对防火涂料的红外光谱识别技术，对工地中使用的防火涂料进行红外光谱参数分析，对非一致性样品进行处罚。