防銹底漆對室內鋼結構防火涂料粘結強度的影響研究

摘 要：為了在鋼結構防火涂料施工應用中選擇合適的防銹底漆，選用了室內膨脹型鋼結構防火涂料、室內非膨脹型鋼結構防火涂料，探討了5種防銹底漆在不同環境條件下對鋼結構防火涂料粘結強度的影響，并對施涂5種不同防銹底漆的室內用鋼結構防火涂料粘結強度進行了測試分析。結果表明，不管是標準狀態下還是經過環境條件處理后，施涂環氧磷酸鋅底漆的粘結強度表現較優，施涂環氧富鋅底漆次之，施涂醇酸防銹底漆和水性丙烯酸樹脂底漆的粘結強度表現較為遜色。

關鍵詞：鋼結構防火涂料；防銹底漆；粘結強度

中圖分類號：TQ632.1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0017-04

Study on the effect of anti-rust primer on the adhesionstrength of fireproof coatings for indoor steel structures

TIAN Ruixia，ZHANG Yu，CHEN Xuejun，SHENG Manji，CUI Shufeng

（Beijing Building Materials Testing Academy Co.，Ltd.，Beijing 100041，China）

Abstract：In order to select the appropriate anti-rust primer in the construction and application of steel structurefireproof coatings，indoor intumescent steel structure fireproof coatings and indoor non-intumescent steel structurefireproof coatings were selected，and the effects of five kinds of anti-rust primers on the bonding strength of steelstructure fireproof coatings under different environmental conditions were discussed，and the adhesion strength of in?door steel structure fireproof coatings with five different anti-rust primers was tested and analyzed. The results indi?cated that，whether under standard conditions or after environmental treatment，the adhesion strength of the epoxyzinc phosphate primer was superior. The epoxy zinc-rich primer ranked second. The adhesion strength of the alkydrust-proof primer and the waterborne acrylic resin primer was relatively inferior.

Key words：fireproof coatings for steel structure；anti-rust primer；bonding strength

鋼結構被廣泛應用于體育館、展覽館、工業廠房等大型建筑 [1-2] 。但由于鋼結構本身的抗火性能較差，鋼結構的防火性能是無法滿足防火技術規范要求的 [3] 。鋼結構防火涂料是用以提高被涂材料耐火極限的一種功能涂料 [4] ，在鋼結構表面涂刷防火涂料，不但能夠增強鋼結構的防火性能，還能有效緩解鋼材料的腐蝕速度 [5] 。研究人員對于鋼結構防火涂料展開了大量的研究，通過正交實驗研究了鋼結構防火涂料各組分對耐火性能的影響 [6] ；研究了膨脹阻燃體系對鋼結構防火涂料性能的影響 [7] ；研究了樹脂對鋼結構防火涂料性能的影響 [8] ；通過正交設計制備了具有較好應用性能的水性膨脹型鋼結構防火涂料 [9] ；設計開發了兼具防火防腐性能的水性膨脹型鋼結構防火防腐涂料 [10] 。鋼結構防火涂料除了要求具備優良的耐火性能外，粘結強度 [11] 是一項重要的理化性能。為了在鋼結構防火涂料施工應用中選擇合適的防銹底漆，選用了室內膨脹型鋼結構防火涂料（以下簡稱NP）、室內非膨脹型鋼結構防火涂料（以下簡稱NF）2種鋼結構防火涂料，探討了環氧富鋅底漆、環氧磷酸鋅底漆、醇酸防銹底漆、水性丙烯酸樹脂底漆、水性環氧樹脂底漆5種防銹底漆在不同環境條件下對鋼結構防火涂料粘結強度的影響。

1 實驗部分

1.1 主要材料

室內膨脹型鋼結構防火涂料（GT-NSP-Fp1.50）、室內非膨脹型鋼結構防火涂料（GT-NSF-Fp2.00），河 北 某 涂 料 生 產 企 業 提 供 ；環 氧 富 鋅 底 漆（BGEZ-60）、環氧磷酸鋅底漆（BGST-1055）、醇酸 防 銹底漆（BGAK-10）、水性丙烯酸樹脂底漆（BGWA-50）、水性環氧樹脂底漆（BGEP-20W），河北某工業漆生產企業提供；環氧樹脂粘結劑，南通星辰合成材料有限公司；底材：Q235鋼板，70 mm×70 mm×6 mm，標格達精密儀器（廣州）有限公司。

1.2 主要儀器與設備

HP-850 結合力試驗機，德國 HERION 公司；HFW-75恒溫恒濕機，北京中科世恒科技有限公司；DGG-101-1BS電熱鼓風干燥箱，天津天宇機電公司；DXF40-100低溫試驗箱，北京低溫設備廠；HBY-60B恒溫養護水箱，蘇州市東華實驗儀器有限公司。

1.3 試件制備

按照GB 14907—2018《鋼結構防火涂料》進行未施涂底漆，分別對施涂不同底漆粘結強度試件制備、養護。底漆采用刷涂方式施涂，鋼結構防火涂料采用刮涂方式施涂。試驗標準條件為溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）%。

1.3.1 未施涂底漆粘結強度試件的制備

將金屬型框置于底材上面，用鋼結構防火涂料填滿型框，NP 厚度為（1.50±0.20）mm，NF 厚度為（15±2）mm，用刮刀平整表面，除去型框。將試件涂層面向上水平放置在標準條件下進行養護，NP養護10 d，NF養護28 d。每組試驗制備5個試件。

1.3.2 施涂底漆粘結強度試件的制備將底漆施涂于基材表面，濕膜厚度控制在80 μm，經24 h干燥后，將金屬型框置于底漆上面，將鋼結構防火涂料填滿型框，厚度同1.3.1，用刮刀平整表面，除去型框。將試件涂層面向上水平放置在標準條件下進行養護，NP養護10 d，NF養護28 d。每組試驗制備5個試件。

1.3.3 用于環境處理粘結強度試件的制備預處理：制備好的試件到達養護時間后，用石蠟與松香溶液（二者比例為1∶1）進行封邊，封邊寬度不得小于5 mm，在標準條件下調節24 h后進行不同環境條件處理試驗。

耐水處理：將預處理后的試件浸泡于自來水中處理24 h，試件取出放在標準狀態下養護干燥后，進行粘結強度的測試。

耐冷熱循環處理試驗：將預處理后的試件在（23±2）℃的環境中放置18 h后，再在（-20±2）℃低溫箱中放置3 h，然后將試件移入（50±2）℃的恒溫箱中放置3h，此為1次循環。按此循環反復15次后，并在標準狀態下進行干燥調節完畢后進行粘結強度的測試。

1.4 粘結強度的測試

按照GB 14907—2018《鋼結構防火涂料》進行粘結強度的測試。將在 1.3 制備的試件涂層中央40 mm×40mm面積內，均勻涂刷高粘結力的環氧樹脂粘結劑 [12-13] ，然后將鋼制聯結件粘上并壓上1 kg重的砝碼，小心除去聯結件周圍溢出的粘結劑，在標準條件下放置 3 d 后去掉砝碼，沿鋼制聯結件的周邊切割涂層至板底面，然后將粘結好的試件安裝在試驗機上；在沿試件底板垂直方向施加拉力，以1 500～2 000 N/min的速度施加荷載，測得最大的拉伸荷載（要求鋼制聯結件底面平整與試件涂覆面粘結）。每一試件的粘結強度按照式（1）計算：

f b = F A （1）

式中： f b 為粘結強度，MPa； F 為最大拉伸荷載，N； A為粘結面積，mm 2 。

5個試件的測試結果剔除最大誤差后的平均值做為粘結強度的最終值。

2 結果與討論

2.1 施涂不同底漆標準狀態下的防火涂料粘結強度

為考查標準狀態下底漆對粘結強度測試結果的影響，選取未施涂底漆、施涂不同底漆的試件測試標準狀態下的粘結強度進行對比 [14] ，NP、NF測試結果分別見表1和表2。

由表1可以看出，對于NP來說，在標準條件下，施涂環氧富鋅底漆、環氧磷酸鋅底漆的粘結強度均比未施涂底漆的粘結強度高很多，施涂醇酸防銹底漆、水性丙烯酸樹脂底漆、水性環氧樹脂底漆與未施涂底漆的粘結強度相比未表現出太多優勢。這是因為環氧富鋅底漆中鋅的陰極保護機理 [15-16] 、環氧磷酸鋅底漆中的磷酸鋅基團與底材間磷化反應及與防火涂料之間發生絡合反應的特殊防腐機理 [17] ，導致層間結合力增強，粘結強度較高。

由表2可以看出，對于NF來說，在標準條件下，施涂環氧富鋅底漆、環氧磷酸鋅底漆的粘結強度略高，施涂水性丙烯酸樹脂底漆、水性環氧樹脂底漆與未施涂底漆的粘結強度相比變化不大，施涂醇酸防銹底漆的粘結強度最低。這是因為所用室內非膨脹型防火涂料是水性的，而醇酸防銹底漆是溶劑型的，同時也沒有與它同樣是溶劑型底漆的環氧富鋅底漆、環氧磷酸鋅底漆特殊的防腐機理，導致各涂層之間的相容性變差，粘結強度降低，甚至還不如未施涂底漆的粘結強度，未施涂底漆時基材上的鐵銹與防火涂料之間發生化學反應，也會導致粘結強度增加。

2.2 施涂不同底漆耐水處理后的防火涂料粘結強度

為考查耐水處理后不同底漆對粘結強度測試結果的影響，選取未施涂底漆、施涂不同底漆的試件測試耐水處理后的粘結強度，NP、NF測試結果分別見表3和表4。

由表3可以看出，施涂不同底漆耐水處理后的NP粘結強度與標準狀態下粘結強度相比都有下降，不同底漆的影響與標準狀態下類似。

由表4可以看出，施涂不同底漆耐水處理后的NF粘結強度，底漆對粘結強度的影響與標準狀態下類似，而環氧富鋅底漆和環氧磷酸鋅底漆由于二者特殊的防腐機理，對NF粘結強度的保持表現出很大的優勢，尤其是環氧磷酸鋅底漆，粘結強度比標準狀態下的還高。

2.3 施涂不同底漆耐冷熱循環處理后的防火涂料粘結強度

為考查耐冷熱循環處理后不同底漆對粘結強度測試結果的影響，選取未施涂底漆、施涂不同底漆的試件測試耐冷熱循環處理后的粘結強度，NP、NF測試結果分別見表5和表6。

由表5和表6可以看出，未施涂底漆、施涂不同底漆耐冷熱循環處理后的NP和NF粘結強度與標準狀態下粘結強度相比都有下降。其中施涂醇酸防銹底漆、水性丙烯酸樹脂底漆的粘結強度下降比較明顯，而其他環氧樹脂類底漆，不管是水性還是溶劑型的底漆下降都不是太多。這是因為醇酸防銹底漆、水性丙烯酸樹脂底漆，遇冷、熱循環后自身強度下降，與其他材料結合力變弱；環氧樹脂屬于熱固性樹脂 [18] ，遇熱自身強度會增加，與其他材料之間的粘結強度也會增加；尤其是施涂環氧富鋅底漆和環氧磷酸鋅底漆對粘結強度的保持依然表現出很大的優勢，同樣是與環氧富鋅底漆、環氧磷酸鋅底漆的特殊防腐機理分不開的。

3 結語

不論何種防火涂料，如果防火涂料本身沒有防腐性能，施涂配套的防銹底漆才能保證與底層之間較好的粘結強度；研究的5種防銹底漆中，不管是標準狀態下還是經過耐水處理、耐冷熱循環處理后，施涂環氧磷酸鋅底漆的粘結強度表現較優，施涂環氧富鋅底漆次之，施涂醇酸防銹底漆和水性丙烯酸樹脂底漆的粘結強度表現較為遜色。

【參考文獻】[1] 王慶龍. 膠粘劑在大型鋼結構建筑工程施工中的應用[J].粘接，2022，49（1）：192-196.

[2] 鄧小波，楊森，高萍，等. 鋼結構防火涂料的研究現狀、應用、發展方向及防火性能檢測方法的研究[J]. 化工新型材料，2010（9）：57-60.

[3] 黃普銘. 鋼結構防火涂料的功能與應用探究[J]. 化工時刊，2021，35（1）：24-26.

[4] 徐雪萍，何鳴，李永良，等. 涂料相容性檢測方法的研究[C]//2012全國綠色新型重防腐涂料與涂裝技術研討會論文集。寧波：中國腐蝕與防護學會，2012.

[5] 殷駿. 鋼結構防火涂料的應用分析[J]. 建材與裝飾，2021，17（14）：54-55.

[6] 張帆. 鋼結構防火涂料各組分對耐火性能的影響[J]. 消防科學與技術，2021，40（9）：1391-393.

[7] 李崇文. 膨脹阻燃體系對鋼結構防火涂料性能的影響與研究[J]. 四川建材，2021，47（4）：232-233.

[8] 黃浩，李平立，張天昊. 樹脂對鋼結構防火涂料性能的影響[C] //中國消防協會，中國消防協會科學技術年會論文集，北京：應急管理出版社，2021.

[9] 裴宏震，王海明，烏良漢，等. 水性膨脹型鋼結構防火涂料的制備[J]. 涂料工業，2017，47（10）：45-48.

[10] 于歡，蔡艷青，王婷婷，等. 水性膨脹型鋼結構防火防腐涂料的制備及性能分析[J]. 高分子通報，2021（9）：67-73.

[11] 李風. 鋼結構防火涂料質量要求 — —國家標準GB 14907《鋼結構防火涂料》解析[J]. 涂料技術與文摘，2014（8）：15-19.

[12] 張渺. 環氧樹脂膠粘劑在鋼結構施工中的現場配置及使用[J]. 粘接，2022，49（5）：40-43.

[13] 陳曉婕. 環氧膠泥在鋼結構與混凝土粘接中的應用[J].粘接，2022，49（7）：36-40.

[14] 趙宇，郭增榮，焦昌，等. 鋼結構防火涂料標準解析及其與油漆相容性的測試方法探討[C]//第四屆全國工程結構安全檢測鑒定與加固修復研討會論文集. 北京：工業建筑雜志社，2015.

[15] 李敏風. 富鋅底漆的應用現狀及發展態勢分析[J]. 上海涂料，2015，53（5）：38-41.

[16] 康巖松，馮增輝，肖祥定，等. 基于提升鋅粉利用率的富鋅涂料改性研究進展[J]. 涂料工業，2023，53（4）：82-88.

[17] 王小剛，馬寧博，武建斌，等. 環氧磷酸鋅防腐涂料的研制[C]//2014中國涂料工業協會防腐涂料分會年會、第六屆國際海洋與重防腐涂料及涂裝技術研討會暨第三屆中國涂料技術創新高峰論壇論文集. 南京：中國涂料工業協會防腐涂料分會，2014.

[18] 馬慶麟.涂料工業手冊[M].北京：化學工業出版社，2001.

（責任編輯：蘇 幔）