淺談鋼結(jié)構(gòu)的防火涂料

黃為真 楊思超

淺談鋼結(jié)構(gòu)的防火涂料

黃為真 楊思超

通過對鋼結(jié)構(gòu)防火保護措施的綜述,介紹了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的分類及防火機理,并對防火涂層的厚度以及防火涂料保護面積的計算、防火涂料的選用等作了詳細論述,以期保證鋼結(jié)構(gòu)建筑物的安全性。

鋼結(jié)構(gòu),防火涂料,涂層厚度

0 引言

隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展和產(chǎn)鋼量的提高,鋼結(jié)構(gòu)不僅應用于工業(yè)和大型公共設施中,在民用建筑領域也得到了更加廣泛的應用。近 10年來,輕鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展尤其迅速。雖然鋼結(jié)構(gòu)具有材質(zhì)均勻,可靠性高;強度高,重量輕;塑性和韌性好;便于機械化制造;安裝方便,工期短;抗震性能好等特點,但鋼結(jié)構(gòu)耐火性差,耐銹蝕性差。

常見的鋼結(jié)構(gòu)防火保護措施有以下幾種：

1)外包層：就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層,可以現(xiàn)澆成型,也可以采用噴涂法。現(xiàn)澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強,以限制收縮裂縫,并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場對鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂漿以形成保護層,砂漿可以是石灰水泥或是石膏砂漿,也可以摻入珍珠巖或石棉。同時外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預制板,采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結(jié)構(gòu)上。

2)充水(水套)：空心型鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)充水是抵御火災最有效的防護措施。這種方法能使鋼結(jié)構(gòu)在火災中保持較低的溫度,水在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán),吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經(jīng)冷卻后可以進行再循環(huán),或由管道引入涼水來取代受熱的水。

3)屏蔽：鋼結(jié)構(gòu)設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi),或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里,只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。這是一種最為經(jīng)濟的防火方法。

4)膨脹材料：采用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保護構(gòu)件,這種方法具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結(jié)構(gòu)幾何形體限制等優(yōu)點,一般不需要添加輔助設施,且涂層質(zhì)量輕,還有一定的美觀裝飾作用,屬于現(xiàn)代的先進防火技術(shù)措施。

本文淺談一下鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。

1 防火涂料的分類

防火涂料又稱阻燃涂料,根據(jù)分類方式的不同,可分為以下類型：

根據(jù)溶劑不同,分為溶劑型和水型;根據(jù)基料不同,分為無機類和有機類;根據(jù)受火狀態(tài)不同,分為非膨脹型和膨脹型;根據(jù)涂層厚度,分為厚型、薄型和超薄型;根據(jù)適用對象,分為鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、電線電纜、混凝土和隧道;根據(jù)適用環(huán)境,分為室內(nèi)和室外。

2 防火涂料的防火機理

燃燒必須滿足三個要素,即可燃物,氧氣和熱源。防火涂料之所以能夠起到防火(阻燃)的作用,是因為：

1)防火涂料本身具有難燃性或不燃性,使被保護基材不直接與空氣接觸,延遲物體著火和減少燃燒的速度;2)防火涂料除本身具有難燃性或不燃性外,它還具有較低的導熱系數(shù),可以延遲火焰溫度向被保護基材的傳遞;3)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;4)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;5)膨脹型防火涂料受熱膨脹發(fā)泡,形成碳質(zhì)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。

3 防火涂層的厚度

在標準火升溫狀態(tài)下,鋼結(jié)構(gòu)的防火保護層厚度主要與構(gòu)件承受的有效重力荷載和構(gòu)件的截面系數(shù)有關(guān)。

涂裝鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的鋼基層表面應嚴格除水、除油,經(jīng)噴砂除銹達到 Sa21/2級標準(手工除銹達到 St3級以上)后,采用合適的防銹涂料做防腐蝕處理。

根據(jù) CECS 24：90鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應用技術(shù)規(guī)范中,當用厚涂型防火涂料(即 W1/D1≥22,T1≥9mm)、耐火極限 t≥1h時,計算公式如下：

其中,T1為待噴防火涂層厚度,mm;T2為標準試驗時的涂層厚度,mm;W1為待噴鋼梁重量,kg/m;W2為標準試驗時的鋼梁重量,kg/m;D1為待噴鋼梁防火涂層接觸面周長,mm;D2為標準試驗時鋼梁防火涂層接觸面周長,mm;K為系數(shù)。對鋼梁,K=1;對相應樓層鋼柱的保護層厚度,宜乘以系數(shù)K,設 K=1.25。

根據(jù)歐盟的鋼結(jié)構(gòu)防火規(guī)范和設計手冊,適用于鋼結(jié)構(gòu)厚型隔熱防火涂料的涂層厚度計算方法是：

其中,A為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)定的耐火極限時間內(nèi)所需要的保護層厚度;T為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限;λ為涂料涂層的導熱系數(shù);ξ為鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面系數(shù),即構(gòu)件周長與截面積比值或外周面積與構(gòu)件體積之比。

一般來說,薄的型材需要較厚的防火涂層,而厚的型材的防火涂層厚度相應減薄。

4 防火涂料保護面積的計算

4.1 輕鋼結(jié)構(gòu)

輕鋼結(jié)構(gòu)需進行防火處理的部位主要是柱、梁、檁條、連接件。因各部位的防火要求不同,一般應分開計算。

4.1.1 柱

柱可分為方形柱和H形柱。方形柱的面積按周長乘以高得出。H形柱主要是H形鋼,先計算出周長(即上下翼緣板的 4個面和腹板的 2個面),再乘以高度,得出面積。

以上計算的是主面積,考慮接頭、伸腿等多余面積,可乘以不超過 5%的系數(shù)。

4.1.2 梁

梁的縱斷面一般為H形,但中間的弓高不一定相同,一般按梯形面計算面積。

4.1.3 檁條

一般為 C形檁條,例如 C200×70×20×3的 C形檁條,高為200mm,寬為 70mm,拐端 20mm,壁厚 3mm。計算面積為：S=(200×2+70×4+20×4)×L。

因為梁和檁條與柱連接,總有一部分面積不能涂刷鋼結(jié)構(gòu)涂料,所以可扣除不超過8%的面積。

4.1.4 其他連接件

鋼結(jié)構(gòu)中,其他連接件面積均較小,一般占總面積的 5%～10%,如圓鋼拉條,角鋼斜撐,圓管等。面積計算方法均為周長乘以長度。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)比較特殊,它是由直徑相同或不同的鋼管與鋼球連接而成。一般為雙層結(jié)構(gòu),每個球平均連接 8根鋼管,如圖 1所示。

4.2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

若球數(shù)為 N,管徑為 d,兩層高度差為 h,則總面積約為：

5 防火涂料的選用

應根據(jù)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(nèi)隱藏鋼結(jié)構(gòu)、高層全鋼結(jié)構(gòu)及多層廠房鋼結(jié)構(gòu),當規(guī)定其耐火極限在 1.5h以上時,宜選用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料;室內(nèi)裸露的鋼結(jié)構(gòu),輕型屋蓋鋼結(jié)構(gòu)及有裝飾要求的鋼結(jié)構(gòu),當規(guī)定的耐火極限在 1.5h及以下時,宜選用薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料;耐火極限超過 2.0h時,應選用厚型鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)防火涂料。用于保護鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)須保持其性能。防火涂料的特性和適用范圍見表 1。

表1 防火涂料的特性及適用范圍

6 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是目前國內(nèi)應用最多的鋼結(jié)構(gòu)防火方法,消防部門應加大宣傳培訓教育的力度,消除思想認識不到位,輕視火災預防,對違規(guī)施工心存僥幸的心理。并利用報紙、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,適時組織設計、施工單位進行消防培訓,提高設計、施工人員的業(yè)務理論水平和執(zhí)法守法意識。同時,還應加強對防火涂料市場的規(guī)范管理,才能防患于未然。

[1]CECS 24∶90,鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應用技術(shù)規(guī)范[S].

[2]劉 新,石 虎.鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕和防火涂裝[M].北京：化學工業(yè)出版社,2004：127,129-131.

[3]建科[2001]254號,鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑產(chǎn)業(yè)化技術(shù)導則[Z].2001.

[4]GB 14907-2002,鋼結(jié)構(gòu)防火涂料[S].

Initial discussion on fire-proof paint of steel structure

HUANG W ei-zhen YANG Si-chao

Through comp rehensive overview on fire-proof p rotectivemeasures of steel structure,this paper introduces the classification and fireproofmechanism of fire-p roof paint of steel structure,and specifically discusses the thickness of fire-proof paint layer,calculation of fire-p roof paint protective surface,and selection of fire-proofpaint and so on,with a view to ensure the safety of steel structural buildings.

steel structure,fire-p roof paint,thickness of paint layer

TU545

A

1009-6825(2011)03-0033-03

2010-09-23

黃為真(1976-),女,工程師,山東貝利工程咨詢有限公司,山東濟南 250014

楊思超(1977-),男,工程師,山東緯劍工程設計有限公司,山東濟南 250014

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