鋼結(jié)構(gòu)有質(zhì)量輕而強(qiáng)度高、塑性和韌性好、施工周期短等特點(diǎn)，同時(shí)又是對(duì)城市環(huán)境影響最小的結(jié)構(gòu)之一，是可重復(fù)利 用的綠色環(huán)保材料，因此，在建筑工程得中到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。高速增長(zhǎng)的公共娛樂(lè)場(chǎng)所、體育館、候機(jī)廳、展覽館、大型工業(yè)廠房等大跨度建筑物和超高層建筑物等，采用鋼結(jié)構(gòu)的 越來(lái)越多，伴隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鋼產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)和鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)水平的不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)建筑必將成為新的建筑經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。但是，鋼結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用也暴露出一系列的缺點(diǎn)，而較為嚴(yán)重的則是鋼結(jié)構(gòu)的火災(zāi)隱患和腐蝕。因此，必須 對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)和防腐處理。

一旦鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生火災(zāi)，當(dāng)溫度升高到500℃以上時(shí)， 鋼材會(huì)因強(qiáng)度下降而失去支撐力，則往往會(huì)導(dǎo)致建筑物垮塌。 因此，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)，以提高其耐火極限。鋼材 在空氣或潮濕的環(huán)境中易于銹蝕，鋼材表面的鐵原子與空氣 中的氧化合而成質(zhì)地疏松的鐵銹，特別是當(dāng)空氣中含有酸、堿、 鹽類等介質(zhì)時(shí)情況更為嚴(yán)重，腐蝕不僅使鋼材表面產(chǎn)生不均勻 的銹蝕，促使鋼結(jié)構(gòu)提前破壞，尤其是在反復(fù)沖擊荷載的作用 下，出現(xiàn)脆性斷裂，并造成巨大的損失。因此，必須對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn) 行防腐處理，以延長(zhǎng)使用壽命。只有在設(shè)計(jì)建造的同時(shí)，對(duì)其進(jìn) 行有效的防火和防腐保護(hù)，才能確保鋼結(jié)構(gòu)建筑物的安全[1]。

目前還沒(méi)有同時(shí)兼具防腐蝕功能的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，因 此，根據(jù)我國(guó)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀、社會(huì)的需要，在國(guó)內(nèi)外 現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)消防規(guī)范和法規(guī)的要求，深 入開(kāi)展鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防腐性能的研究，使鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 同時(shí)兼具防腐保護(hù)性能，將是鋼結(jié)構(gòu)防火涂料研究領(lǐng)域的一 個(gè)重大突破，具有非常重要的意義[2]。本文重點(diǎn)介紹在膨脹型 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防腐性能研究過(guò)程中，對(duì)其防腐樹(shù)脂的改 性、制備工藝、應(yīng)用性能及防腐性能等方面的研究工作。

1.試驗(yàn)

1.1樹(shù)脂的選擇及改性技術(shù)路線

可用作鋼結(jié)構(gòu)防火、防腐雙功能膨脹型涂料的基料的樹(shù) 脂，種類繁多、性能各異，對(duì)樹(shù)脂的選用應(yīng)考慮并兼顧涂層的 防火隔熱性、防腐性及裝飾性，即所選用的樹(shù)脂不僅使防火涂 料有很好的防火效果，還需要從應(yīng)用的角度出發(fā)，要求防火涂 料具有耐水、耐酸、耐堿、防霉和防腐蝕性，即具有防腐性的樹(shù) 脂。我們周?chē)沫h(huán)境充滿著空氣、水汽和細(xì)菌，因此，防火涂料 能否經(jīng)久耐用，主要是取決于成膜物質(zhì)對(duì)氧、水的穩(wěn)定性，以 及涂料組成中是否含有油脂、蛋白質(zhì)和碳水化合物等細(xì)菌食 料。其中，成膜物質(zhì)的耐水性能尤其重要，耐水性好，漆膜被水 解的可能性就小，對(duì)酸堿的腐蝕抵抗能力就強(qiáng)[3]。根據(jù)我們多 年從事防火涂料研究的實(shí)踐，丙烯酸類樹(shù)脂、聚氨酯類樹(shù)脂、 氯化橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂、氯化聚乙烯樹(shù)脂等都可作為不同體系防 火涂料的基料。熱塑性常溫干燥型丙烯酸樹(shù)脂類涂料具有優(yōu) 良的耐候性、保色性和耐水性及耐腐蝕性，其主要缺點(diǎn)是耐熱 性差、硬度較大、軟化點(diǎn)較低等，單獨(dú)用于涂料時(shí)漆膜較脆，附 著力不好，不耐紫外線，易老化；環(huán)氧樹(shù)脂具有優(yōu)異的粘接性 能、耐磨性能、機(jī)械性能、電絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性能以及柔韌 性好和附著力強(qiáng)等特點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)是涂膜耐候性、耐熱性、 耐溶劑性差等，單獨(dú)用于涂料時(shí)漆膜較脆[4]。也就是說(shuō)用任何 一種單一樹(shù)脂作基料的防火涂料其性能都會(huì)存在某種較大的 缺陷。為了發(fā)揮不同樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)，克服其性能不足，我們進(jìn)行 了用硅樹(shù)脂改性環(huán)氧樹(shù)脂，然后用改性環(huán)氧樹(shù)脂改性丙烯酸 樹(shù)脂技術(shù)的探索研究，采用在環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中引入含甲 氧基的官能團(tuán)等其它基團(tuán)的聚合法，以提高樹(shù)脂的耐候性、耐 腐蝕性和耐水性。用硅樹(shù)脂改性環(huán)氧對(duì)丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行改性， 可克服丙烯酸樹(shù)脂涂膜硬而脆的缺陷，以提高樹(shù)脂的耐候性 和在高溫下與鋼材的粘結(jié)性，使之成為具有重防腐蝕的性能， 從而提高防火涂料的性能并使其具有耐腐蝕性能[5]。以改性樹(shù) 脂為基料，與防火體系和其它阻燃劑等添加劑合理復(fù)配，從而 得到同時(shí)具有優(yōu)異防火隔熱性能和防腐性能的鋼結(jié)構(gòu)防火涂 料。

1.2改性樹(shù)脂的研制

采用硅樹(shù)脂改性環(huán)氧樹(shù)脂，將不同的有機(jī)硅單體混合，經(jīng) 水解縮合制成低聚合度的中間體殘留有活潑的甲氧基或硅醇 （羥基）的官能團(tuán)，能與含羥基的有機(jī)樹(shù)脂（例如環(huán)氧樹(shù)脂、聚 酯樹(shù)脂、醇酸樹(shù)脂等）縮合，生成環(huán)氧改性硅樹(shù)脂，提高環(huán)氧樹(shù) 脂的耐腐蝕性、耐水性、耐候性和在高溫下與鋼材的粘接性[4，6]。

1.2.1主要設(shè)備和原料

（1）主要設(shè)備

反應(yīng)釜、混合缸、電動(dòng)過(guò)濾機(jī)、高速攪拌機(jī)、球磨機(jī)、 PHS-2C型數(shù)顯酸度計(jì)。

（2）主要原料

3037反應(yīng)性低分子質(zhì)量有機(jī)硅中間體樹(shù)脂：道康寧公司 生產(chǎn)的工業(yè)品；E-20環(huán)氧樹(shù)脂（即601環(huán)氧樹(shù)脂）、丙烯酸樹(shù) 脂、甲苯、二甲苯、助劑（防沉劑等）、各種添加劑、200號(hào)溶劑 汽油、鈦白粉、復(fù)合阻燃劑、發(fā)泡劑：工業(yè)品；云母粉：325目， 工業(yè)品；滑石粉：325目，工業(yè)品。

1.2.2改性丙烯酸樹(shù)脂的制備

取定量的丙烯酸樹(shù)脂加入反應(yīng)釜內(nèi)，在一定溫度下，于攪 拌的狀況下加入定量的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂共混，攪拌均勻 后，即得改性丙烯酸樹(shù)脂，過(guò)濾裝桶備用。試驗(yàn)結(jié)果表明，用改 性丙烯酸樹(shù)脂配制的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，除了具有高效的防火隔熱性能外，還具有堅(jiān)韌耐磨的涂膜和優(yōu)異的防腐蝕性能。涂膜裝飾性更強(qiáng)、耐候性、耐化學(xué)藥品性能以及耐熱性更加優(yōu)異，受火時(shí)涂料與鋼材的粘結(jié)性、發(fā)泡層密實(shí)度都大大提高。

1.2.3有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂的合成

首先取定量的E-20環(huán)氧樹(shù)脂和3037反應(yīng)性低分子質(zhì) 量有機(jī)硅中間體及甲苯加入反應(yīng)釜內(nèi)攪勻，以堿催化，控制一 定的聚合反應(yīng)工藝條件，制得有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂。E-20環(huán) 氧樹(shù)脂與含甲氧基的有機(jī)硅中間體發(fā)生反應(yīng)，則環(huán)氧樹(shù)脂羥 基和硅中間體縮合，殘留環(huán)氧基，提高了環(huán)氧樹(shù)脂的耐候性和 耐腐性。試驗(yàn)結(jié)果表明，改性后的環(huán)氧樹(shù)脂的耐水性能、耐熱 性、軟化點(diǎn)、硬度、耐候性和耐腐性均有很大提高。

1.2.4不同樹(shù)脂膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的制備和涂裝

將定量的復(fù)合阻燃劑、發(fā)泡劑、各種添加劑、鈦白粉、溶劑油、增稠劑，分別與改性丙烯酸樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、有機(jī)硅改性 環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等4種不同樹(shù)脂，加入混合缸內(nèi)用攪拌機(jī)攪勻，然后送入球磨機(jī)中碾磨至規(guī)定的細(xì)度；將磨細(xì)的涂料倒入混合缸內(nèi)，用溶劑調(diào)節(jié)其黏度，過(guò)濾掉雜質(zhì)，分別制得具有防火、防腐雙功能的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料1、防火涂料2、防火涂料3和防火涂料4。

防火涂料試板的涂裝方法如下：先將鋼板用銼刀進(jìn)行機(jī) 械法除銹，再用0＃砂紙打磨至表面平整，達(dá)到Ra 2級(jí)。然后 用丙酮對(duì)鋼板進(jìn)行除油處理，以提高涂料的附著力[7]。將制得 的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料1、2、3、4分別涂刷在鋼板上，按GB 14907—2002《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》中室外結(jié)構(gòu)防火涂料的規(guī)定 經(jīng)處理后待用。

2 結(jié)果與討論

2.1改性樹(shù)脂的防腐性評(píng)價(jià)

采用開(kāi)路電位法評(píng)價(jià)防火涂料的防腐性能，利用達(dá)到平衡 后的開(kāi)路電位大小來(lái)衡量防火涂料防腐性能的優(yōu)劣，開(kāi)路電位 高，則防腐性能好。具體做法如下：將涂有防火涂料1、2、3、4的 試板干燥后浸入腐蝕介質(zhì)中，以鉑電極作為參比電極，用數(shù) 顯酸度計(jì)測(cè)試鋼板的開(kāi)路電位隨時(shí)間的變化，評(píng)價(jià)其防腐性 能[8-9]。圖1為樹(shù)脂用量為35％時(shí)，以不同樹(shù)脂為基料制備的膨 脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料1、2、3、4的開(kāi)路電位隨浸泡時(shí)間的變化。
 

從圖1可以看出，當(dāng)樹(shù)脂分別采用改性后的丙烯酸樹(shù)脂、 有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，平衡開(kāi)路電 位分別為-573、-598、-638和-660 mV。用改性丙烯酸樹(shù)脂制 備的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料1的平衡開(kāi)路電位最高，單用環(huán) 氧樹(shù)脂制備膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料4的平衡開(kāi)路電位最低， 這說(shuō)明改性丙烯酸樹(shù)脂和改性環(huán)氧樹(shù)脂具有較好的防腐性 能。用改性丙烯酸樹(shù)脂制備的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料具有優(yōu) 異的防火隔熱性能和防腐性能。

2.2有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂用量對(duì)防火涂料 防腐性能的影響

有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂在防腐涂料中主要起緩蝕劑的作用，因此，其含量越多，防腐性能越好。圖2為改性樹(shù)脂中丙烯酸樹(shù)脂含量為20%時(shí)，有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂的用量對(duì)防腐性能的影響。

從圖2可以看出，當(dāng)有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂的用量低于 15％時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的平衡開(kāi)路電位隨改性環(huán)氧樹(shù)脂用量增加而增大，從改性環(huán)氧樹(shù)脂用量為5％時(shí)的-618 mV增加到改性環(huán)氧樹(shù)脂用量為10％時(shí)的-589 mV，直到改性環(huán)氧樹(shù) 脂用量為15％時(shí)，平衡開(kāi)路電位增加到-572 mV，與裸露鋼板 的平衡開(kāi)路電位-817 mV相比提高245 mV。平衡開(kāi)路電位的增大意味著涂料的防腐性能提高，符合一般規(guī)律。然而，當(dāng)改性環(huán)氧樹(shù)脂用量繼續(xù)增加到30％時(shí)，平衡電位不升反降，只 有-704 mV。過(guò)多的改性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)防腐性能造成的不利影響 主要是由于改性環(huán)氧樹(shù)脂中所含的硅化合物引起的，硅化合物 不僅會(huì)降低涂料在鋼板上的附著力，而且由于硅化合物的溶解會(huì)影響涂層的致密性，降低了涂層的物理屏蔽作用，從而降低 了涂料的防腐性能。當(dāng)有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂用量低于15％時(shí)， 其中所含的少量磷化合物的負(fù)面影響較弱，但當(dāng)有機(jī)硅改性環(huán) 氧樹(shù)脂用量大于15％時(shí)，其影響增強(qiáng)。因此，在鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中的改性環(huán)氧樹(shù)脂用量為15％時(shí)，涂料的防腐性能最佳。

2.3耐化學(xué)腐蝕性測(cè)試

對(duì)用改性樹(shù)脂制備的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐化學(xué)腐蝕性，按GB 14907—2002規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，其相關(guān) 性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可見(jiàn)，以改性丙烯酸樹(shù)脂為基料制備的膨脹型鋼 結(jié)構(gòu)防火涂料具有高效的防腐蝕性能。

該防火涂料的綜合性能經(jīng)國(guó)家防火建材質(zhì)檢中心檢測(cè)， 其防火性能和理化性能優(yōu)良，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到預(yù)定要求。表 明用改性環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)合改性，可提高防火 涂料的耐候性和受火時(shí)涂料的發(fā)泡層與鋼材的粘結(jié)性[10]，同 時(shí)使其具有防腐蝕性。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）在樹(shù)脂的改性研究中，丙烯酸樹(shù)脂含量為20%時(shí)，隨有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂用量的增加，防火、防腐雙功能鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防腐性能也提高，但加入過(guò)多的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂會(huì)因引入的硅化合物而使防腐性能下降。最佳的有機(jī)硅改性環(huán)氧樹(shù)脂用量為15％。

（2）采用在環(huán)氧樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中引入含甲氧基的官能團(tuán)等其它基團(tuán)的聚合法，用含甲氧基的有機(jī)硅中間體與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生反應(yīng)，使環(huán)氧樹(shù)脂羥基和硅中間體縮合，殘留環(huán)氧基提高了 環(huán)氧樹(shù)脂的耐候性和耐腐性；用環(huán)氧改性硅樹(shù)脂對(duì)丙烯酸樹(shù)脂進(jìn)行改性，克服了丙烯酸樹(shù)脂涂膜硬而脆的缺陷，提高了樹(shù)脂的耐候性和在高溫下與鋼材的粘結(jié)性，使之成為具有重防腐蝕的樹(shù)脂。用改性后的丙烯酸樹(shù)脂制備的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料具有優(yōu)異的防火隔熱性能和防腐性能，開(kāi)拓了防火涂料兼具防腐功能的新技術(shù)途徑，提高了涂料的耐候性和耐腐性能。