雅致專業防火涂料

淺 談 鋼 結 構 防 火 涂 料 的 應 用

摘要：  隨著科技的不斷發展，許多建筑工程采用了鋼制材料，對于鋼制的材料現在在我們的生活里并不是很熟悉，對此我將進行鋼結構中防火涂料的分類及特性的探討，對鋼結構的防火涂料在技術和應用方面存在的問題進行分析，結合鋼的性能考慮一下鋼的防火原理，同時鋼又有哪些不足之處，為鋼結構設計的完整性提供了參考。隨著鋼結構防火涂料的廣泛應用，使用場所的復雜性對防火涂料的性能提出了更高的要求，新型的室外、薄型和超薄型鋼結構防火涂料相繼被研發出來。為了適應防火涂料的發展現狀，對防火涂料的質量作出科學的評價，必須修訂原標準。為此，公安部于1996年下達了修訂《鋼結構防火涂料通用技術條件》的任務，由公安部四川消防研究所標準修訂課題組負責完成。該標準的修訂是在原標準主體結構不變的情況下，調整某些技術指標并增加室外鋼結構防火涂料和薄型、超薄型鋼結構防火涂料技術要求和試驗方法等內容。

關鍵詞：鋼結構防火涂料； 鋼結構； 防火涂料； 防火機理 。

Discussion on the fire protection of steel structure coating and its application

Abstract：With the development of science and technology, many construction projects with the steel material, for the steel material now in our life is not very familiar with, I will be in the steel structure fire retardant coatings classification and characteristics of, on the steel structure fireproof coating in technology and applied to analyze the problems combined with the performance of steel, consider steel fireproof principle, while steel and what are the shortcomings, for the design of steel structure integrity provides reference. With fire retardant coatings for steel structure is widely used, the use of workplace complexity on the performance of fire retardant coatings has put forward higher requirements, new outdoor, thin and ultra thin fire retardant coatings for steel structures have been developed. In order to adapt to the development status of fire retardant coating, fire retardant coating quality appraisal, must be revised the original standard. Therefore, the Ministry of public security in 1996 issued a revised " fire retardant coatings for steel structures - General technical conditions " of the task, by the Ministry of Public Security Fire Research Institute of Sichuan standards revision group responsible for the completion of. The revised standard is in the original standard main structure unchanged, the adjustment of certain technical index and increase the outdoor fire retardant coatings for steel structure and thin, ultra-thin steel structure fire retardant coating technical requirements and test methods of content.

Key word：Steel structure fire retardant coating; steel structure; fire retardant coating; fireproof mechanism.

一、鋼結構防火涂料簡介

鋼材雖然是不燃材料，但在火災高溫作用下，其力學性能如屈服強度、彈性模量等卻會隨溫度升高而降低，在550攝氏度左右時，降低幅度更為明顯，一般在15min左右就會喪失承重能力而垮塌。要使鋼結構材料在實際應用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理，其目的就是將鋼結構的耐火極限至少提高到設計規范規定的極限范圍。鋼結構構件的防火方法主要有涂料保護、防火板保護、混凝土保護、柔性卷材保護、無機纖維保護、結構內通水冷卻保護等。防火涂料就是一種近年來比較先進的防火技術措施。鋼結構防火涂料主要有兩大類： 非膨脹型防火涂料和膨脹型防火涂料，前者防火效果較差，已逐漸被淘汰，鋼的涂層本身多孔輕質和受熱后形成碳化泡沫層，阻止了熱量迅速向鋼基材傳遞，推遲了鋼基材強度的降低，從而提高了鋼結構的耐火極限。防火涂料就是一種近年來比較先進的防火技術措施，由于鋼結構防火涂料為水性，不含石棉等有害物質，使用過程中均無刺激氣味，并且鋼結構防火涂料的成本較低，造價也很便宜。防火涂料是指涂敷于物體表面，并能很好地豁結形成完整的保護膜的物料。鋼結構防火涂料，是高性能、多用途新型單組分無機防火涂料，該防火涂料采用特種非金屬礦物為主體材料，復合以新型無機粘合劑、特種填充料及各種化學助劑，按照特定的加工工藝制造而成。防火涂料涂刷于鋼構件表面，遇火時涂層膨脹發泡形成炭化耐火隔熱保護層，隔絕氧氣，延滯鋼結構受熱的速度，避免鋼構件快速升溫，從而提高鋼結構的耐火時限，降低熱量傳遞的速度，推遲鋼結構溫升、強度變弱的時間等。但無論采取何種方法，其原理是一致的。

二、鋼結構防火涂料的分類

鋼結構防火涂料的類型可根據不同的方法來定義：從所用溶劑來分，可分為溶劑型和水基型鋼結構防火涂料；從使用范圍分，可分為室內和室外鋼結構防火涂料；根據防火機理分，可分為非膨脹型和膨脹型鋼結構防火涂料；根據涂層厚度來分，可分為厚型、薄型、超薄型鋼結構防火涂料。鋼結構防火涂料的技術性能應符合下表1－14

表１－14　  鋼結構防火涂料技術性能要求

注：1 、本表所列防火涂料性能僅適用于建筑物及構筑物室內使用的各類鋼結構防火涂料，不包括室外鋼結構防火涂料的技術要求。

   2 、超薄型鋼結構防火涂料比普通膨脹性防火涂料涂層更薄，其裝飾性和耐火性能更好，其涂層外觀完全類同于一般飾面型涂料，既可噴涂也可手工涂刷。由于國內目前處于起步階段，尚無正式標準。通常將3mm涂層厚，耐火極限不低于90分鐘的膨脹型防火涂料稱之         為超薄型鋼結構防火涂料。

三、防火涂料的防火機理

在GB14907-2002《鋼結構防火涂料》規范中，鋼結構防火涂料定義為涂于建筑物及構筑物的鋼結構表面，形成耐火隔熱保護層以提高鋼結構耐火極限的涂料。目前，鋼結構防火涂料已廣泛應用于建筑工程、艦船室、化工儲罐、石油管道等鋼結構的防火保護。其工作原理概括起來有：

（1）涂層對鋼結構起屏蔽作用，使鋼結構不至于直接暴露在火焰的高溫中，延遲著火和減小燃燒速度。

（2）防火涂料本身除了具有難燃性和不燃性外，它還具有較低的導熱系數，可以延遲火焰溫度向被保護鋼結構基體的傳遞。

（3）涂層吸熱后部分物質分解出的水蒸氣或其他不燃氣體起到消耗熱量、降低溫度和燃燒速度、稀釋氧氣的作用。

（4）防火涂料受熱分解出不燃惰性氣體,沖淡被保護物體受熱分解出的可燃性氣體,使之不易燃燒或燃燒速度減慢。

（5) 含氮的防火涂料受熱分解出NO,NH3等基團,與有機游離基化合,中斷連鎖反應,降低溫度。

（6) 膨脹型防火涂料受熱膨脹發泡,形成碳質泡沫隔熱層封閉被保護的物體,延遲熱量與基材的傳遞,阻止物體著火燃燒或因溫度升高而造成的強度下降。

四、鋼結構防火涂料的性質 

1. 鋼結構防火涂料的耐久性 

  對各種類型的防火涂料在工程環境中的使用壽命缺乏科學的評價，防火涂料廠商在產品的說明中不能夠提供在不同的使用環境下可使用的年限和更換周期。無論哪一種防火涂料，其檢測報告中給出的耐火極限都是其使用前的檢驗結果，而在防火涂料涂覆若干年后，防火涂料的防火性能是否依舊? 防火涂料的維修也不是簡單的重新涂刷，在舊防火涂料基層上重新涂刷，是否能夠達到技術性能要求?重新刷新防火涂料尤其對是隱蔽工程其施工難度如何克服?這些都是需要進一步研究的課題。鋼結構防火涂料的使用都是抱著“一勞永逸”的態度。鋼結構防火涂料的耐久性研究已經是一項迫在眉睫的工作，應當制定有關防火涂料耐久性的評價標準和評價方法，從而科學的判定更換或維修防火涂料的周期或年限。

2. 安全性   

目前的膨脹型鋼結構防火涂料遇火有可能釋放出氨、 HCN、鹵化氫、 一氧化氮、 二氧化氮、 一氧化碳、 二氧化碳、 氯、 溴等有毒有害氣體。如果這些氣體的濃度超過了人體忍受極限， 便會對未逃離火場的人員以及消防人員造成危害。  

3. 生產、 施工

國內多數鋼結構防火涂料生產企業的規模不大， 生產工藝流程自動化水平不高， 有部分企業還處于手工作坊式操作，不少產品的配方工藝大同小異，對專用于防火涂料的原料研究不夠， 對原材料的檢測、 控制不夠， 生產過程的檢測手段不全， 施工設備有待改進提高， 與防銹漆的配套性也不能進行嚴格的檢驗。 

4.  測試方法

鋼結構防火涂料作為一類功能性涂料， 其性能主要有理化和耐火兩方面組成。同樣耐火極限的防火涂料因其應用環境不同、受火類型不同， 對基材的保護作用也就不同。  

5. 檢測標準方面

GB14907- 2002 《鋼結構防火涂料》對同種防火涂料只規定一種涂層厚度的檢驗報告，而實際工程中由于鋼梁、 鋼柱、 鋼樓板規范所要求的耐火極限各不相同，例如室內厚度為 2mm 的超薄型防火涂料檢測報告出具耐火極限為 1.5h，實際工程要求鋼梁、鋼板、鋼柱耐火極限分別為 1.5h、 1.0h、 2.0h。對鋼板、 鋼柱應采用何種厚度的防火涂料進行保護， 目前無論從理論界或是實際工程均缺乏相應的研究。 

6. 檢測標準構件與實際工程構件的差異性

耐火極限檢驗中使用的基材是 Q235 的標準 I36b 或 I40b 熱軋普通工字鋼梁， 而實際工程運用中， 鋼構件的截面尺寸各種各樣。檢驗報告中描述的鋼梁與實際工程中的鋼構件并無完全的對應關系， 實際使用的鋼構件和標準鋼梁間應該如何進行換算， 如何確定實際使用的鋼構件的涂層厚度， 國家尚無規定。

五、防火涂料的選用

應根據建筑部位和耐火極限要求的不同, 選擇相應的防火涂料。室內隱藏鋼結構、高層全鋼結構及多層廠房鋼結構, 當規定其耐火極限在 1. 5 h以上時, 宜選用厚涂型鋼結構防火涂料; 室內裸露的鋼結構, 輕型屋蓋鋼結構及有裝飾要求的鋼結構, 當規定的耐火極限在 1. 5 h及以下時, 宜選用薄涂型鋼結構防火涂料; 耐火極限超過 2. 0 h時, 應選用厚型鋼結構防火涂料。選用厚型防火涂料時, 外表面需要做裝飾面隔護。裝飾要求較高處可選用超薄型防火涂料, 但應嚴格控制超薄型鋼結構防火涂料的選用。室外不宜使用膨脹型防火涂料, 應選擇適合室外用的鋼結構防火涂料。用于保護鋼結構的防火涂料應不含石棉, 不用苯類溶劑; 在施工干燥后應沒有刺激性氣味; 不腐蝕鋼材, 在預定的使用期內須保持其性能。

六、幾種常用的鋼結構防火涂料

1.厚型鋼結構防火涂料：所謂厚型鋼結構防火涂料是指涂層厚度在8～50毫米的涂料，這類鋼結構防火涂料的耐火極限可達0.5～3小時。在火災中涂層不膨脹，依靠材料的不燃性、低導熱性或涂層中材料的吸熱性，延緩鋼材的溫升，保護鋼件。這類鋼結構防火涂料是用合適的粘結劑，再配以無機輕質材料，增強材料組成。與其他類型的鋼結構防火涂料相比，它除了具有水溶性防火涂料的一些優點之外，由于它從基料到大多數添加劑都是無機物，因此它還具有成本低廉這一突出特點。該類鋼結構防火涂料施工采用噴涂，一般多應用在耐火極限要求2小時以上的室內鋼結構上。但這類產品由于涂層厚，外觀裝飾性相對較差。
　　2.薄型鋼結構防火涂料：涂層使用厚度在3～7毫米的鋼結構防火涂料稱為薄型鋼結構防火涂料。該類涂料受火時能膨脹發泡，以膨脹發泡所形成的耐火隔熱層延緩鋼材的溫升，保護鋼構件。這類鋼結構涂料一般是用適當的乳膠聚合物作基料，再配以阻燃劑、添加劑等組成。對這種類型防火涂料，要求選用的乳液聚合物必須對鋼基材具有良好的附著力，耐久性和耐水性好。該類鋼結構防火涂料在生產過程中一般都分為三步：第一步先將各種阻燃添加劑分散在水中，然后研磨成規定細度的漿料，第二步再用基料(乳液)進行配漆，第三步在漿料中配以無機輕質材料、增強材料等攪拌均勻。該涂料一般分為底層(隔熱層)和面層(裝飾層)，其裝飾性比厚型好，施工采用噴涂，一般使用在耐火極限要求不超過2小時的建筑鋼結構上。
　　3.超薄型鋼結構防火涂料：超薄型鋼結構防火涂料是指涂層厚度不超過3毫米的鋼結構防火涂料，這類鋼結構防火涂料受火時膨脹發泡，形成致密的防火隔熱層，是近幾年發展起來的新品種。它可采用噴涂、刷涂或滾涂施工，一般使用在要求耐火極限2小時以內的建筑鋼結構上。與厚涂型和薄涂型鋼結構防火涂料相比，超薄型膨脹鋼結構防火涂料粘度更細、涂層更薄、施工方便、裝飾性更好是其突出優點。在滿足防火要求的同時又能滿足高裝飾性要求，特別是對裸露的鋼結構，這類涂料是目前備受用戶青睞的鋼結構防火涂料。為了趕上或超過國外同類產品，滿足市場的需要，研制和開發高耐候性的室外超薄型鋼結構防火涂料是今后發展的方向。

七、目前市場需求較大的防火材料產品　

１．超薄型鋼結構防火涂料：施涂于建筑物和構筑物鋼結構件表面，有良好的裝飾效果，高溫時膨脹增厚，形成耐火隔熱保護層，將鋼結構耐火極限提高到王Ｏ．５～２小時，涂層厚度小于３ｍｍ。它是由阻燃劑、碳化劑、復合粘合劑、填料、增塑劑、復合溶劑等復配而成。

２．飾面型防火涂料：施涂于可燃材料表面，遇火能形成致密保護層，阻止火焰進一步燃燒，從而保護基層，同時具有較好的裝飾作用，是兼防火和裝飾功能為一體的防火涂料。

３．有機防火堵料和防火包：電纜井防火封堵材料，特點是遇火膨脹，隔斷火焰和煙霧，從而阻斷火焰燃燒。優點是可拆性好，可重復使用。有機防火堵料是由阻燃劑、復合粘合劑、復合填料等捏合而成；防火包是由耐火纖維、膨脹劑和助劑混合而成。

八、鋼結構防火涂料的選擇及注意事項

(1) 實際工程中選用的防火涂料必須有國家檢測機構對其耐火性能認可的檢測報告及生產許可證。

(2) 民用建筑及大型公用建筑的承重鋼結構宜采用防火涂料防火，一般應由建筑師與結構工程師按建筑物耐火等級及耐火時限，根據《鋼結構防火涂料應用技術規范》CECS24，選用涂料的類別（薄涂型或厚涂型）及構造做法。

(3) 選用時宜優先選用薄涂型防火涂料，選用厚涂型涂料時，其外需做裝飾面層隔護。裝飾要求較高的部位可選用超薄型防火涂料。

(4) 防火涂料的厚度，宜直接采用實際構件的耐火試驗數據。當構件的截面尺寸或形狀與試驗標準構件不同時，應按現行《鋼結構防火涂料應用技術規程》CECS24附錄三的方法，推算所需防火涂層厚度。

(5) 室外環境的鋼結構，一般不考慮防火保護。但石化企業的室內、外應按《石油化工企業設計防火規范》的規定進行防火防護設計。當室外鋼結構需防火保護時，應采用專用的露天用防火涂料，并以防銹底漆打底。

(6) 不得將飾面型防火涂料（適用于基材為可燃材料的木結構）用于鋼結構的的防火保護。

(7) 重要的鋼柱構件采用防火涂料保護時，一般應采用厚涂型防火涂料，且節點部位宜做加厚處理。當所用防火涂料的粘接強度小于0.05Mpa時，涂層內應設置與鋼構件相連接的鋼絲網。

(8) 承重鋼梁構件采用厚涂型防火涂料時，其重要節點部位宜加厚處理。當為下列任意中情況時，涂層內應設與鋼梁相連接的鋼絲網。

①　受振動作用的鋼梁；

②　涂層厚度大于或等于40mm的梁；

③　梁用防火涂料粘接強度小于或等于0.05Mpa時；

④　梁腹板高度超過1.5m時。

(9) 當有技術經濟依據時，重要的承重構件可采用耐火鋼外加防火涂料的防火做法，其防火設計及對材料性能、構造施工等方面的技術要求，可參照上海市地方標準《鋼結構防火技術規范》的規定。

(10) 防火涂料的施工應由專業隊伍承擔，并按《鋼結構工程施工質量驗收規范》GB50205及《鋼結構防火涂料應用技術規程》CECS24檢查驗收。

三、未來鋼結構防水材料的發展方向

１．水性環保化涂料

目前國內市場普遍采用的有：四川消防研究所推出適用于保護鋼結構和鋼筋混凝土樓板的ＳＧＬ水性膨脹型防火涂料，以及適用于室外鋼結構的薄層ＳＷＢ膨脹型防火涂料；總后建筑工程研究院采用復合涂層技術研制出無機膨脹型鋼結構防火涂料；廣州白云山雷威化工廠開發出ＧＷＢ室外鋼結構防火涂料：揚州金陵特種涂料廠推出ＢｓＣ～Ａ鋼結構防火涂料等。國內廠家生產的鋼結構防火涂料由于品牌、涂層厚度的不同，耐火極限也不同，基本能滿足建筑設計防火規范所規定的有關要求。

２．納米材料涂料

北京首創納米科技有限公司承擔了國家科技部“８６３計劃”納米專項研究課題，計劃使用納米材料對防火阻燃涂料的３個最重要的成分進行改性和優選，從而獲得優異的阻燃涂料。主要有：1納米無機一有機士雜化樹脂，納米級無機材料與有機分子復合形成具有共價鍵結合的復合樹脂。復合樹脂具有耐高溫、粘接強度高等特點，是本項目的核心技術。②納米三氧化二銻、氫氧化鎂材料。經實踐證實，由于具有更好的分布結構，納米三氧化二銻、氫氧化鎂作為阻燃助劑效果良好，可以大大提高阻燃性能，并能制成具有裝飾性的超薄涂料。3無機纖維。計劃制備一種具有納米級纖維結構的無機纖維，運用特殊工藝將其制成納米級分散體，保證其與樹脂等材料的充分復合，使超薄涂料即使在燃燒后也具有高溫強度。

參考文獻：

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