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1、防腐抗裂钢结构防火涂料的研制及工程应用一、项目选题依据（包括国内外技术发展现状、技术瓶颈和发展趋势，项目对福建科技、经济和社会发展的作用及产业化前景）1.l国内外技术发展现状钢结构具有强度高、质量轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用低、工业化程度高且材料可回收利用等优点，被誉为21世纪的“绿色建筑”。在当代建筑中，钢结构广泛用于高层建筑、体育馆、火车站、桥梁工程、工业厂房、展览馆等，尤其是在超高层和大跨度建筑中钢结构体系更是展现出巨大的优势。世界上高度超过200m的100栋建筑中，采用钢结构作为主体建筑材料的约占79%o然而，钢结构虽然在高温下不会燃烧，但其又有着耐火性能差的致命弱点，科学试验
2、和火灾实例表明，未加防火保护的钢结构在火灾温度的作用下，大约10min左右，自身温度就可达540C以上，其力学性能，如屈服点、抗压强度、弹性模量以及载荷能力等都迅速下降；当温度达到350、500、600C时，其强度分别下降1/3、1/2、2/3,当温度达到600以上时，钢结构将完全丧失承载能力。因此，国家相关标准规定高层建筑尤其是钢结构建筑,必须满足防火规范要求。涂覆钢结构防火涂料是最便捷、有效的措施之一。80年代初，国内结合工程应用开始研究钢结构防火涂料。21世纪以来，钢结构防火备受关注，钢结构防火涂料的研究得到了较大发展。刘国钦等人发现：采用经硅烷偶联剂改性的纳米粒子改性钢结构防火涂料，可
3、解决了无机纳米粒子在有机涂料中的分散问题，从而可有效提高了钢结构防火涂料的耐火极限。覃文清等人以改性丙烯酸酯为树脂基，APP-PER-N（聚磷酸胺一季戊四醇一三聚鼠胺）为阻燃体系，研制出膨胀型钢结构防火涂料，其涂层厚度为L712.69mnb耐火极限可达69147min.葛岭梅等人将改性高岭土运用在饰面型防火涂料中，发现其防火性能得到极大改善。祁学军等人研制了以水玻璃激发偏高岭土生成的地聚合物为基料的非膨胀型防火涂料，该防火涂料的耐火时间达到2.8h（厚度为25mm）,耐水性能良好，粘结强度高，干燥时间短，耐碱、耐冷热循环性能满足GB14907-2002标准要求。王琪琳等人以绢云母为添加剂来改善
4、钢结构防火涂料的性能，研究了偶联剂改性绢云母的过程，以及改性云母对钢结构防火涂料的耐火极限、耐水性能、粘结强度的影响。程俊华等人用稻壳碳化处理得到的稻壳焦制备了一种具有优良的隔热效应和耐酸耐热特性的厚型防火涂料。郝炯等人研究了粉煤灰对结构阻燃涂料的影响，发现粉煤灰能降低涂料燃烧后的最高温度，也能延长到最高温度所需的时间。1.2技术瓶颈和发展趋势目前对钢结构防火涂料的研究主要集中在两个方面：一是研究薄型或超薄型的防火涂料,改善其性能；二是研究厚型防火涂料，但研究的重点落在如何提高其粘结强度、如何提高其耐火极限等方面。根据课题组进行的文献调查和工程调研，工程应用中厚型钢结构防火涂料技术瓶颈如下;(
5、1)无法满足可连续喷射性的施工要求：在施工过程中，由于其施工厚度较大，因此无论是采用人工涂抹还是机器喷射，都要分层操作。每层涂刷完毕后，都要有一定的干燥时间来保证其达到规定强度。因此存在着施工时间长、施工工序复杂、资源浪费等问题。企业迫切希望能生产出一种可连续喷射的防火涂料来解决这些施工问题。(2)不具备防腐蚀的性能：在钢结构施工中，涂抹防火涂料工序之前，必须进行表面清灰、除锈和涂防锈底漆的工序，以此来解决钢结构生锈腐蚀的问题。但这也导致了施工工序增加、成本增加的问题。为此若能研制出一种同时具备防火和防腐(无需涂防锈底漆)双重功能的涂料，其应用前景也是十分良好的。(3)涂料的抗裂性不足。查阅钢
6、结构防火涂料的规范可知，并没有关于抗裂性的指标。而在实际的使用过程中，较差的抗裂性会导致防火涂层开裂、空鼓、脱落，使防火涂料失去作用。针对文献和工程调研中总结的问题，课题组决定研制一种可连续喷射的防腐抗裂钢结构防火涂料，并将其应用于工程实际，在应用中不断完善其性能，最终使之具备良好的应用前景。1.3项目对福建科技、经济和社会作用及产业化前景2009年，我国粗钢产量达5.68亿吨，占全球粗钢产量的46.6%,超过了排在我国之后的20个国家的粗钢产量之和。2010年，中国生产粗钢突破6亿吨，达到62665.4万吨，比上年增长5308.7万吨，增长9.26机这使得钢结构的防火问题日益凸显。钢结构防火
7、不仅关系到国家经济发展问题，而且与人们的生活安全息息相关。因此，对于钢结构防火涂料的深入研究显得十分重要。所以如果研制出的钢结构防火涂料既能满足防火涂料规范规定的性能指标，又兼具可连续喷射、防腐抗裂等优良性能，其产业化前景广阔。要增加福建省的内容二、研究开发的内容及主要创新点1、研发内容本项目研制的防火涂料在保证满足钢结构防火涂料（GB14907-2002）的基础上，着重对下列内容开展研究：（1）钢结构防火涂料的可连续喷射施工性能研究可连续喷射施工性能研究主要是观察防火涂料能否一次施工达到指定厚度，施工过程中是否会出现脱落等现象，通过改进配方使之满足可连续喷射的要求。（2）钢结构防火涂料的防腐
8、性能研究防腐蚀研究主要集中在两方面：一是防火涂料本身是否会对钢结构产生腐蚀作用，二是防火涂料能否有效阻止外界腐蚀性物质对钢结构的不利影响。（3）钢防火涂料的抗裂性研究抗裂性不足会导致钢结构防火涂料空鼓、脱落，使之失去防火的功能，因此有必要对钢结构防火涂料的抗裂性开展研究。（4）钢结构防火涂料工程应用研究实验室研发的产品投入到工程应用，必然会出现一些问题，因此，实验室研发成果并不能直接应用于工程实际，新产品的研发是一个长期的过程，需要研发团队跟踪调查在设计、施工和使用过程中出现的问题，并给出解决方案。2、关键技术（1）提高钢结构防火涂料可连续喷射施工性一方面从钢结构防火涂料配方角度控制粗颗粒的最
9、大粒径和掺量，并选择合适的外加剂,如泵送剂和速凝剂；一方面对喷射设备的参数进行优选，如压缩机功率、喷口大小等；使这两方面互相协调，达到良好的喷射效果。（2）提高钢结构防火涂料抗裂性能采用聚丙烯纤维，提高钢结构防火涂料在正常使用情况下的极限拉应变，从而提高其抗裂性能。课题组申请的发明专利“水泥基材料抗裂性能测试装置及其测试方法”（200610069124.0）己获授权；根据该专利，课题组己自制了水泥基材料抗裂性能快速测定仪，并采用该仪器对普通混凝土和活性粉末混凝土抗裂性能进行了研究，发表了系列论文，在水泥基材料抗裂性能研究方面，具有成熟的技术。3、创新点（1）目标创新所研制的钢结构防火涂料除了满
10、足现行国家标准钢结构防火涂料（GB14907-2002）外，为了更好产业化及工程应用，还满足可连续喷射性、防腐蚀性、抗裂性等指标要求。（2）技术创新采用课题组发明专利“水泥基材料抗裂性能测试装置及其测试方法”自制的水泥基材料抗裂性能快速测定仪，解决工程应用过程中遇到的防腐抗裂环保型钢结构防火涂料的抗裂性问题。三、研究开发方案和技术路线3.1研发方案本项目研发的钢结构防火涂料，除了要满足钢结构防火涂料（GB14907-2002）中对厚型钢结构防火涂料的基本要求，如粘结强度、耐火极限、干密度、耐酸碱腐蚀性能之外，还将围绕着钢结构防火涂料在工程应用遇到的问题开展研究，具体内容如下：（1）钢结构防火涂
11、料的可喷射施工性能研究通过调整钢结构防火涂料配方（填料的颗粒尺寸及数量、喷送剂及速凝剂等的掺量）和喷枪的关键参数（压缩机功率、喷口大小等），使钢结构防火涂料具有良好的可喷射性能。（2）钢结构防火涂料的防腐蚀性能研究选取3组15OmmX70mm的钢板进行表面清灰除锈处理，甲涂抹防锈漆，乙涂抹防火涂料，丙涂抹防锈漆和防火涂料，在加速腐蚀的环境下放置一段时间，观察钢板的锈蚀程度。（3）钢结构防火涂料的抗裂性研究采用水泥基材料抗裂性能快速测定仪（含带隔板的钢环部分约束装置）（参照申请人的专利方法）（养护条件：温度为20,湿度为40版内外环间隙为40mm）,研究隧道防火涂料相关组分（如聚丙烯纤维、玻璃纤
12、维、膨胀剂等）与其抗裂性能的关系。3.2技术路线（1）先试验室进行试验，然后是钢结构试涂试验，最后是工程应用阶段。实验室实验首先确定钢结构防火涂料最佳配合比。钢结构防火涂料中试主要是解决工程应用过程可能出现的问题，如大批量生产和实验室配制过程中水灰比对喷涂施工的影响，从而及时改进。（2）先宏观试验研究，后微观试验研究在掌握宏观试验规律的情况下，再有针对性地开展微观研究，采用微观的试验数据（如孔结构、水化产物)来解释宏观数据，以确保研究的可靠性和科学性。同时也可以避免研究资源的浪费，将有限的人力、物力和财力用于关键的研究。四、项目考核内容与指标1、主要技术指标(1)研发出的钢结构防火涂料在耐火性
13、、耐久性、粘结性、防水性、抗裂性、可喷射性、环保型等综合性能达到国内外先进水平。具体指标除满足钢结构防火涂料(GB14907-2002)钢结构防火涂料技术要求外，还应满足下列指标：可连续喷射性：可连续喷射20mm。耐腐蚀性能：只涂抹防火涂料的钢板其锈蚀程度低于只涂防锈漆的钢板，或者两者的腐蚀程度大致相同。抗裂性：在水泥基材料抗裂性能快速测定仪(带加速开裂的隔板)中，环向拉应力0时的龄期大于7天。2、经济社会效益本项目的经济效益主要分为三部分：一部分是减少由于分层涂抹导致的时间、人力、物力浪费，减少成本；二是可直接在已除锈的钢结构上施工，不需要进行防锈漆的施工，省去防锈漆的成本；三是在产品研发过
14、程中控制成本，使其与市售涂料相比，保持价格优势。本项目从工程实际需要入手，所研发的钢结构防火涂料除了满足钢结构防火涂料(GB14907-2002)的各项指标外，还兼具可连续喷射、防腐抗裂等性能，其产品不仅多功能化，还简化了施工工艺，节约了施工成本。五、计划进度安排起止时间(每个阶段时间为半年)主要工作内容2016年62016年12月(1)开展钢结构防火涂料配合比研究。(2)开展钢结构防火涂料可喷射施工性能研究。2016年12月至2017年6月开展钢结构防火涂料防腐抗裂性能研究2017年6月至2017年12月开展钢结构防火涂料试涂实验，改善性能2017年12月至2018年6月进行钢结构防火涂料工
15、程应用2018年6月至2018年12月根据工程应用反馈的问题，对钢结构防火涂料配方和生产工艺进行改进，解决实际遇到的问题2018年12月至2019年6月完成总结报告六、现有研究开发基础和已具备的条件（包括承担单位概况，研究工作基础与知识产权状况,研发队伍与科技服务管理能力等）1.承担单位概况厦门市铜宁工贸有限公司地处厦门市经济特区，是一家集商贸、生产、加工于一体的综合性企业，拥有5000余平方米的生产厂房，主要从事消防产品的研制、开发和生产，并拥有独立的“铜宁”注册商标。该公司引进先进的防火涂料、木质防火门的生产工艺和生产流水线，具备完善的设计、开发、加工、检测系统，其生产的产品通过公安部消防
16、产品的检测，质量全部达到部颁甲级标准，具有国家固定防火系统和耐火构件质量监督检验中心出具的检验合格报告。近年来，公司自主生产了豪华实芯防火门、带玻璃防火门、实木镶板防火门、饰面型防火涂料、超薄型钢结构防火涂料、厚型防火涂料、隧道防火涂料、阻火包等一系列产品，具备较高的科研能力。福州大学结构工程学科2002年列入“211工程”国家重点学科建设项目。2005年结构工程所在的土木工程一级学科获博士学位授权点，2007年建立博士后科研流动站。2007年福州大学结构工程学科被评为全国重点（培育）学科。福州大学工程结构中心实验室为福建省省级重点试验室，建筑材料试验设备和试验数据自动采集系统齐全，能满足本项
17、目试验研究的要求。该学科解决了福建省工程建设过程中遇到的许多重大难题，为海西建设和低碳经济作出了重要贡献。2 .研究工作基础与知识产权状况课题组近十年来在新型建筑材料领域开展了深入的研究，主持国家自然科学金面上项目1项，获授权发明专利5项。另外，发明专利“抗渗型隧道防火涂料及其使用方法”（专利号：ZL201110382363.2）和“一种磷酸钾镁水泥隧道防火涂料及使用方法”（专利号：ZL201410476667.9）已授权。课题组已自制了耐火性和抗裂性测试设备。学校科研平台“福州大学测试中心”具有先进的XL30型ESEM（环境扫描电镜）和德国NETZSCH（奈驰）公司生产的型号为STA449C
18、的同步热分析仪等设备。3 .研发队伍与科技服务管理能力课题组是由高中级研发、技术人员和研究生组成的年青实干队伍，各成员具有团队精神,能够很好合作完成本课题的研究工作。项目总负责人朱世通，男，。项目技术负责人季韬，男，博士，教授，博士生导师，福州大学国家重点培育学科“结构工程”专业硕士点负责人，福建省绿色建筑评审专家，福建省高等学校新世纪优秀人才。课题组主要成员均有长期从事实验研究的工作经历，这为本课题的顺利完成提供了可行的人员和技术力量保证。项目技术骨干梁咏宁副教授，。七、经费预算表单位：（万元）总投资申请科技厅资助合计其中2016年2017年2018年2019年50其他经费来源合计其中经费支
19、出预算科目申请科技厅资助经费申请科技厅资助经费预算计算依据经费支出定义1、设备费8指研究、开发科技项目所发生的仪器、设备、样机购置和自行试制以及对现有仪器设备进行升级改造和租赁外单位仪器设备而发生的费用。单台价值在5万元人民币以上（含5万元人民而）的仪器设备应单独列示，单台价值在30万元人民币或3美元以上的大型仪器设备应经福建省大型科学仪器设备协作共用工作领导小组办公室批准。其中：购置6配制防火涂料的干粉搅拌机、防火涂料可喷射仪器须注明购置设备名称、型号、单价、数量、用途试制2用于防火涂料研发过程中所需的构配件须注明试制设备名称、数适、用途2、材料费18用于生产所需的各项原材料，如：水泥、聚丙
20、烯纤维、PTB乳液、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等指在科技项目研究、开发过程中消耗的各种原材料、辅助材料等低值易耗品的采购及运输、装卸、整理等费用。3、测试化验加工费5抗裂、耐火等测试费用指在科技项目研究、开发过程中支付给外单位（包括项目承担单位内部独立经济核算单位）的检验、测试、化验及加工等费用。4、燃料动力费1生产和研发过程消耗的水电气等在科技项目研究、开发过程中相关大型仪器设备、专用科学装置等运行发生的可以单独计量的水、电、气、燃料消耗费用等。5、差旅费2团队成员调研及参加学术交流活动指在科技项目研究开发过程中开展科学实验（试验）、科学考察、业务调研、学术交流等所发生的外埠差旅费、市内交通费用等
21、。差旅费的开支标准应当按照国家、省内有关规定执行。6、会议费1项目协调、咨询等费用指在科技项目研究、开发过程中为组织开展学术研讨、咨询以及协调项目等活动而发生的会议费用。科技项目承担单位应当按照国家、省内有关规定，严格控制会议规模、会议数量、会议开支标准和会期。7、国际合作与交流费指在科技项目研究、开发过程中科技项目组人员与国内外科研机构合作培训及邀请有关专家来闽工作等费用。和国际合作与交流的费用应当严格执行国家外事经费管理的有关规定，发生的国际合作与交流的费用，应当事先报科技项目的实施管理机构审核同意。8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费3查新、检索文献、发表论文和申请专利等指在科技项目
22、研究、开发过程中需要支付的出版费及书籍购买费、资料费、文献检索费、专业通信费、专利申请与维护费以及知识产权顾问等各项费用。9、劳务费4用于研究生助研费、劳保补贴；用于防火涂料试涂过程中临时工工人工资和零星加工费及其他人工费指在科技项目研究、开发过程中支付给科技项目组成员中编外人员和科技项目组临时聘用人员等的劳务性费用等。10、专家咨询费1支付给临时聘请的咨询专家的费用指在科技项目研究开发过程中支付给临时聘请的咨询专家的费用。专家咨询费不得支付给参与科技项目管理的相关人员。以会议形式组织的咨询，专家咨询费的开支一般参照高级专业技术职称人员300-500元/人天、其他专业技术人员300元/人天的标
23、准执行。会期超过两天的，第三天及以后的咨询费标准参照高级专业技术职称人员300400元/人天、其他专业人员200-300元/人天执行。以通讯形式组织的咨询，专家咨询费的开支一般参照高级专业技术职称人员60-100元/人次、其他专业人员4080元/人次执行。11、管理费4学校提取的项目管理费（按8%）指在科技项目研究、开发过程中对使用本单位现有仪器设备及房屋，日常水、电、气、暖消耗，以及其他有关管理费用的补助支出。管理费实行分段超额累推比例法核定：项目经费预算在100万元及以下的部分按照8%的比例核定;超过I（X）万元至500万元的部分按照5%的比例核定。管理费实行总额控制，由项目承担单位管理和使用。12、其他3在协作单位生产所需的煤、水、电、气等指科技项目在研究、开发过程中发生的除上述费用外的其他支出。其他支出应当在申请科技计划项目经费预算时单独列示并注明开支的具体内容，单独核定。合计50八、项目组成员表（含主要合作单位参加人员）姓名职称从事专业项目中分工所在单位和工作部门
