淺談鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火原理淺析

1、淺談鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火原理淺析    【摘 要】鋼結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代建筑的主要形式，在常溫下具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，抗震性能好，施工周期短，建筑工業(yè)化程度高，空間利用率大等優(yōu)點(diǎn)，為企業(yè)節(jié)省投資而被投資者大量應(yīng)用。但鋼結(jié)構(gòu)建筑抗火性能差的特點(diǎn)也非常明顯，因?yàn)殇摬碾m是一種不燃燒的材料，卻是熱的良導(dǎo)體，極易傳導(dǎo)熱量。鋼材在溫度超過(guò)300度以后，屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度顯著下降，達(dá)到600度時(shí)強(qiáng)度幾乎等于零?？茖W(xué)試驗(yàn)和實(shí)例都表明，未加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)情況下，只需15分鐘，自身溫度就會(huì)上升到540度以上，致使構(gòu)件本身扭曲變形，導(dǎo)致建筑物坍塌毀壞，變形后的鋼結(jié)構(gòu)也無(wú)法修復(fù)使用。因此

2、，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)必須采取防火保護(hù)措施。 【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu) 防火涂料 防火原理 一、前言 鋼結(jié)構(gòu)件的防火方法主要有涂料保護(hù)、防火板保護(hù)、混凝土保護(hù)、柔性卷材保護(hù)、無(wú)機(jī)纖維保護(hù)、結(jié)構(gòu)內(nèi)通水冷卻保護(hù)等。其中，涂刷防火涂料施工方便、重量輕、成本低、不受構(gòu)件幾何形狀限制，應(yīng)用范圍最廣，效率最高。 要使鋼結(jié)構(gòu)材料在實(shí)際應(yīng)用中克服防火方面的不足，必須進(jìn)行防火處理，其目的就是將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限提高到設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的極限范圍。防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生形變塌落，其措施是多種多樣的，關(guān)鍵是要根據(jù)不同情況采取不同方法，如采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結(jié)構(gòu)溫升、強(qiáng)度變?nèi)醯臅r(shí)間等。但無(wú)論

3、采取何種方法，其原理是一致的。防火涂料就是一種近年來(lái)比較先進(jìn)的防火技術(shù)措施。 二、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火原理及組成 鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的原理是采用絕熱或吸熱的材料阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量向鋼材傳遞的速度，推遲鋼結(jié)構(gòu)溫升和強(qiáng)度減弱的時(shí)間。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料(gb149072002)，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料定義為施涂于建筑物及構(gòu)筑的鋼結(jié)構(gòu)表面，能形成耐火隔熱保護(hù)層以提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限的涂料。目前，國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料主要有基體樹脂、催化劑、成碳劑、發(fā)泡劑等組成。 1.基體樹脂 基體樹脂與其它組分配伍，既保證了涂料在正常條件下具有各種使用功能，又能在火焰灼燒或高溫條件下具有難燃性和優(yōu)良的膨脹發(fā)泡性能。通常情

4、況下，丙烯酸樹脂防火涂料的炭化層質(zhì)量較高，故通常采用丙烯酸樹脂作為主成膜物，并對(duì)其進(jìn)行改性，以提高涂料的整體效果。 2.催化劑 催化劑是一種能在一定條件下分解出磷酸的物質(zhì)，分解出的酸使多元醇脫水，從而使之形成不易燃的三維空間結(jié)構(gòu)的炭化層。通常，磷酸三聚氰胺的水溶性較聚磷酸胺小，且兼具催化和發(fā)泡雙重功效，目前主要選用磷酸三聚氰胺為催化劑。 3.成碳劑 成碳劑是涂層在高溫下形成不易燃三維空間結(jié)構(gòu)的泡沫碳化層的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)泡沫炭化層起骨架作用。成碳劑在分解溫度上要和催化劑相匹配，當(dāng)采用聚磷酸胺作催化劑時(shí)就應(yīng)用熱穩(wěn)定性高的含高碳多羥基化合物作成碳劑，如季戊四醇、二戊季醇超薄型防火涂料用于廣東大亞灣核電

5、站裸露廠房屋架上已達(dá)十幾年之久，仍可正常使用。但其缺點(diǎn)是施工時(shí)氣味大、涂層易老化，淀粉等。使用淀粉做成碳劑，涂層的耐水性問(wèn)題不易解決，而二季戊四醇由于其價(jià)格原因，在國(guó)內(nèi)也很少使用，目前國(guó)內(nèi)普遍采用季戊四醇作為防火涂料的成碳劑。 4.發(fā)泡劑 膨脹型防火涂料只有在發(fā)泡劑的作用下，才能在高溫火焰下產(chǎn)生膨脹層。發(fā)泡劑遇火分解并釋放出氨、水、二氧化碳、鹵化氫等不燃性氣體，使涂層在到達(dá)軟化點(diǎn)的情況下發(fā)泡膨脹，形成海綿狀結(jié)構(gòu)。 三、存在的技術(shù)問(wèn)題 1.耐久性 由于厚型防火涂料存在自重大，裝飾性差，因此只能應(yīng)用在某些對(duì)外觀要求不高的室外鋼結(jié)構(gòu)。廣泛應(yīng)用的是薄型和超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，特別是超薄型。此兩類涂料所

6、使用的主要原料聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇均耐水性不良，存在隨著環(huán)境、時(shí)間等溶出、分解、降解和老化等問(wèn)題，因此，此類涂料必定會(huì)隨著時(shí)間的推移防火性能有所下降，而目前還沒(méi)有找出一種評(píng)定防火涂料耐久性的方法。檢測(cè)報(bào)告所給出的耐火極限是涂料涂后保養(yǎng)1至2個(gè)月的檢驗(yàn)結(jié)果，但火災(zāi)的發(fā)生是不可預(yù)測(cè)的，火災(zāi)可能是在涂料涂后的1年，也可能在涂后的10年發(fā)生，因此膨脹型防火涂料最主要的就是耐久性問(wèn)題。 2.安全性 目前的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)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(guò)了人體忍受極限，便會(huì)對(duì)未逃離火場(chǎng)的人員以及消防人員造成

7、危害。 3.生產(chǎn)、施工 國(guó)內(nèi)多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模不大，生產(chǎn)工藝流程自動(dòng)化水平不高，有部分企業(yè)還處于手工作坊式在操作，不少產(chǎn)品的配方工藝大同小異，對(duì)專用于防火涂料的原料研究不夠，對(duì)原材料的檢測(cè)、控制不夠，生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)手段不全，施工設(shè)備有待改進(jìn)提高，與防銹漆的配套性也不能進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。 4.測(cè)試方法 鋼結(jié)構(gòu)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(yīng)用環(huán)境不同、受火類型不同，對(duì)基材的保護(hù)作用也就不同。 5.檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方面 gb14907-2002鋼結(jié)構(gòu)防火涂料對(duì)同種防火涂料只規(guī)定一種涂層厚度的檢驗(yàn)報(bào)告，而實(shí)際工程中由于鋼梁、鋼柱、鋼樓板規(guī)

8、范所要求的耐火極限各不相同，例如室內(nèi)厚度為2mm的超薄型防火涂料檢測(cè)報(bào)告出具耐火極限為1.5h，實(shí)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(duì)鋼板、鋼柱應(yīng)采用何種厚度的防火涂料進(jìn)行保護(hù)，目前無(wú)論從理論界或是實(shí)際工程均缺乏相應(yīng)的研究。 6.檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件與實(shí)際工程構(gòu)件的差異性 耐火極限檢驗(yàn)中使用的基材是q235的標(biāo)準(zhǔn)i36b或i40b熱軋普通工字鋼梁，而實(shí)際工程運(yùn)用中，鋼構(gòu)件的截面尺寸各種各樣。檢驗(yàn)報(bào)告中描述的鋼梁與實(shí)際工程中的鋼構(gòu)件并無(wú)完全的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)際使用的鋼構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)鋼梁間應(yīng)該如何進(jìn)行換算，如何確定實(shí)際使用的鋼構(gòu)件的涂層厚度，國(guó)家尚無(wú)規(guī)定。 四、相應(yīng)對(duì)策 1.對(duì)

9、鋼結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行科學(xué)的防火保護(hù) 目前，我們通常使用的方法有：鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂防火涂料；用現(xiàn)澆混凝土作外包層；鋼構(gòu)件內(nèi)充水等，其中應(yīng)用最為廣泛的是鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂防火涂料。 2.加大宣傳培訓(xùn)教育的力度 防火工程造成的火險(xiǎn)隱患原因是多方面的，但很重要的一個(gè)原因是思想認(rèn)識(shí)不到位，輕視火災(zāi)預(yù)防，對(duì)違規(guī)施工存在僥幸心理。消防部門應(yīng)利用報(bào)紙、廣播等形式廣泛宣傳鋼結(jié)構(gòu)阻燃處理的重要性和必要性，適時(shí)組織設(shè)計(jì)、施工單位進(jìn)行消防培訓(xùn)，提高設(shè)計(jì)、施工人員的業(yè)務(wù)理論水平和執(zhí)法守法意識(shí)。3.加強(qiáng)對(duì)防火涂料市場(chǎng)的規(guī)范管理 凡是防火涂料的生產(chǎn)廠家必須有國(guó)家檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)合格的報(bào)告，方準(zhǔn)出廠銷售，并應(yīng)附有使用說(shuō)明書，標(biāo)明技術(shù)性能、制

10、造批號(hào)、儲(chǔ)存期限、適用范圍；消防監(jiān)督部門應(yīng)對(duì)每批防火涂料進(jìn)行出廠前的質(zhì)量抽檢，并檢驗(yàn)其包裝、標(biāo)貼、說(shuō)明等是否符合規(guī)定要求。對(duì)于防火涂料的施工單位，明確要求持有相關(guān)施工資質(zhì)。 4.嚴(yán)把審核關(guān) 在受理鋼結(jié)構(gòu)審核項(xiàng)目時(shí)，要求設(shè)計(jì)單位在圖紙中明確建筑物的使用性質(zhì)、耐火等級(jí)、火災(zāi)危險(xiǎn)性分類、生產(chǎn)工藝流程、防火涂料的施工方法等消防設(shè)計(jì)內(nèi)容。承擔(dān)消防工程的施工單位應(yīng)具有相應(yīng)的資質(zhì)，并在施工前將施工方案報(bào)消防部門審核。對(duì)于設(shè)計(jì)不全、無(wú)施工方案的，消防部門可以下發(fā)不受理通知單并注明不受理的理由。 5.正確選用防火涂料品種 目前市場(chǎng)上防火涂料的品種繁多，其防火性能也不盡相同。不能把組成、制造工藝、質(zhì)檢方法和標(biāo)準(zhǔn)以

11、及施用技術(shù)等方面存在明顯不同的飾面型防火涂料用于保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)；對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)耐火極限要求選用不同的防火涂料：耐火極限不超過(guò)1h時(shí)，可選用超薄型或薄型防火涂料；耐火極限不超過(guò)2.5h時(shí)，可選用薄型或厚漿型防火涂料；耐火極限在2.5h以上時(shí)，應(yīng)選用厚漿型防火涂料。裸露部位且裝飾效果要求高時(shí)，如屋頂承重構(gòu)件可選用超薄型防火涂料，裸露的柱及網(wǎng)架構(gòu)件則可選用薄型涂料，隱蔽部位選用厚漿型涂料。不能將技術(shù)性能僅滿足于室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品未加技術(shù)改進(jìn)就用于保護(hù)室外鋼結(jié)構(gòu)，露天鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的選用應(yīng)考慮其耐水、防凍、防腐等因素，只有這樣，才能真正發(fā)揮涂料的防火性能。 6.及時(shí)進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)

12、檢查 防火涂料工程施工較快，加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督檢查非常重要。通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)檢查，可以掌握施工隊(duì)伍的情況、工程的進(jìn)度、施工質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量。只有實(shí)地檢查，才能發(fā)現(xiàn)隱患并及時(shí)督促整改，避免不必要的損失。有條件的地方，還可以從施工現(xiàn)場(chǎng)取樣并對(duì)樣品進(jìn)行熱性能分析、比較、檢驗(yàn)，確保工程質(zhì)量。 7.嚴(yán)格驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) 在工程竣工驗(yàn)收前，消防部門應(yīng)讓建設(shè)、施工、監(jiān)理單位出具質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，掌握工程施工情況。在工程驗(yàn)收時(shí)，不僅要重視消防設(shè)施的驗(yàn)收，還應(yīng)把鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的驗(yàn)收放在重要位置。消防監(jiān)督人員不僅要眼看、手摸，還應(yīng)配置測(cè)厚儀等必要的檢測(cè)設(shè)備。對(duì)于施工質(zhì)量達(dá)不到要求的，該返工的要返工，該處罰的處罰，確保鋼 結(jié)構(gòu)消防工程的質(zhì)量，從根本上消除鋼結(jié)構(gòu)工程存在的火災(zāi)隱患。 五、結(jié)束語(yǔ) 由于鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是如今乃至未來(lái)社會(huì)很有發(fā)展前途的一類產(chǎn)品，只有檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和消防監(jiān)督部門聯(lián)手共同努力，才能使我國(guó)的防火涂料領(lǐng)域健康、有序發(fā)展。 參考文獻(xiàn)： 1徐曉楠，周政懋.防火涂