淺談鋼結構防火材料的應用及發(fā)展趨勢

【摘 要】隨著經濟的高速發(fā)展，鋼結構建筑日益增多。鋼結構與鋼筋混凝土相比有很多得天獨厚的優(yōu)勢，但不加保護的鋼結構耐火極限很低，必須要進行防火處理。目前鋼結構的防火材料正朝著低碳環(huán)保、高質效能、實用化、多功能化的方向發(fā)展。

【關鍵詞】鋼結構；防火材料；應用；發(fā)展趨勢

1 前言

隨著我國經濟建設發(fā)展的需要，鋼結構作為一種理想的建筑結構在建筑業(yè)已日益增多。鋼結構作為現代建筑的主要形式，在常溫下具有強度高、自重輕、抗震性能好、韌性好、施工周期短、環(huán)境污染少、建筑工業(yè)化強度高、空間利用率大等綜合優(yōu)勢，以及能充分滿足建筑設計美感造型的需要，因此受到建筑行業(yè)的青睞。在單層及多層的工業(yè)廠房、大型的候機廳、候車室、高層建筑等都得到了廣泛的應用。鋼材雖然是不燃材料，但在火災高溫作用下，其力學性能如屈服點、抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。鋼結構通常在450~650℃溫度中就會失去承載能力發(fā)生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲變形而不能繼續(xù)使用。一般不加保護的鋼結構的耐火極限為15分鐘左右。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，將鋼結構的耐火極限提高到設計規(guī)范規(guī)定的極限范圍，防止鋼結構在火災中迅速升溫發(fā)生形變塌落。

2 鋼結構防火材料的應用

鋼結構的防火保護措施形式是多種多樣的，但原理不外乎采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結構，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結構溫升、強度變弱的時間。防火保護措施形式一般有外包層法、鋼構件內充水、屏蔽以及防火涂料等。

2.1 外包層。就是在鋼結構外表面做耐火保護層，將構件包裹起來。可以現澆成型，也可以采用噴涂法。現澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現場對鋼結構表面涂抹砂泵以形成保護層。砂泵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、螺栓固定在鋼結構上。外包層法是目前廣泛使用的一種鋼結構防火方法，該方法施工簡便、造價低、防護效果好，在實際工程中應用非常廣泛，特別是在對鋼梁、鋼柱、樓板保護中多數采用此方法。但此方法增加了結構的重量、占用空間，影響美觀，因此對于一些特殊部位，如屋蓋、中庭、大跨度空間、有裝飾需要的場所無法使用此方法。

2.2 鋼構件內充水。空心型鋼結構內充水是抵御火災最有效的防火措施，這種方法能使鋼結構在火災中保持較低的溫度、水在鋼結構內循環(huán)，吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經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。但在實際應用中，該方法對施工要求嚴格、成本高，特別是對系統復雜、高度大的建筑，需要十幾套，甚至幾十套系統來維持，而且在使用中需要對系統進行經常性的維護保養(yǎng)，維護費過大。該方法在國內外都很少使用。

2.3 屏蔽。鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內，或將構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。但在施工中要求工藝較高，吊頂的接縫、孔洞處要封閉嚴密，防止躥火。而且大空間、大跨度的鋼結構將無法使用，應用范圍狹窄。

2.4 防火涂料。是一種涂覆在材料表面，具有隔熱、防燃、阻燃功能，并能有效延緩火勢的發(fā)展、阻止火焰蔓延，對基材起到保護作用的特種涂料。鋼結構防火涂料按所使用的膠黏劑的不同可分為有機防火涂料和無機防火涂料兩類；按涂層厚度分為超薄型、薄涂型和厚涂型三類。超薄型鋼結構防火涂料的涂層厚度不大于3㎜，薄涂型鋼結構涂料涂層厚度一般為3～7㎜，有一定裝飾效果，這兩類涂料在火災中能吸熱膨脹發(fā)泡，形成泡沫狀炭化隔熱層，從而阻止熱量向鋼結構傳遞，耐火極限可達0.5～1.5小時，這種涂料又稱鋼結構膨脹防火材料。厚涂型鋼結構防火涂料厚度一般為8～50㎜， 呈粒狀面，密度較小，涂層受熱不發(fā)泡，依靠其較低的導熱率來延緩鋼結構的溫升，起到防火保護作用，耐火極限可達0.5～3小時，這種涂料又稱鋼結構防火隔熱涂料。防火涂料是近幾十年來新興的一項鋼結構保護方法。防火涂料與其它保護方法比較，具有施工簡便、無須復雜的工具即可施工，涂層質量輕、造價低而且不受鋼結構幾何形體限制，還有一定的美觀裝飾作用，已成為應用范圍最為廣闊、效率最高的鋼結構防火保護方法。

3 鋼結構防火材料的發(fā)展趨勢

防火涂料應用范圍極為廣泛，基本可以適用各種鋼結構，是近年來比較先進的鋼結構防火保護方法，其造價相對低廉。以下為鋼結構防火保護造價對比表：

注：造價是以1米長，表面積為0.4平方米的H型鋼結構按總造價折算進行估算

國外自上世紀50年代以來就采用防火涂料施涂鋼結構表面，火災時能形成耐火隔熱保護層，以提高鋼結構的耐火極限，滿足建筑設計規(guī)范要求，減少建筑物鋼結構火災災害。從20世紀80年代初期起，在我國興建的由國外設計的工程開始采用鋼結構防火涂料。到1985年左右，國內一些科研單位和廠家開始研究生產鋼結構防火涂料。經過近25年的發(fā)展，無論從產品品牌、質量還是應用范圍，都有長足的發(fā)展。與此同時，國家也頒布了該產品的相關技術標準和規(guī)范。如GB14907-2002《鋼結構防火涂料通用技術條件》、中國工程建設標準化協會標準CECS24：90《鋼結構防火涂料應用技術規(guī)范》等，這對我國發(fā)展鋼結構防火涂料的應用起到了很大的推進作用。防火涂料正在向“提高涂膜質量、方便施工、節(jié)省資源、節(jié)省能源和適應環(huán)境”的方向發(fā)展。今后應朝著以下幾個方面發(fā)展。

3.1 開發(fā)復合高效低水溶性的炭化催化劑、成炭劑和發(fā)泡劑；

3.2 通過樹脂的復配或接支改性來改善防火涂料的防火性能和各種理化性能；

3.3 將膨脹型和非膨脹型進行有機的結合，使涂層在高溫下形成低膨脹率的高強度炭化層；

3.4 開發(fā)優(yōu)質的無機膨脹防火涂料，由于其原料易得，價格便宜，環(huán)境污染少，應受重視；

3.5 將新技術應用到防火涂料中去。例如將納米阻燃材料加入到防火涂料體系中；

3.6 將廢物利用和防火涂料的開發(fā)有機的結合起來。

4 結束語

鋼結構防火涂料是如今乃至未來社會很有發(fā)展前途的一類產品，。通過檢驗部門、生產、設計、施工、監(jiān)理和消防監(jiān)督部門聯手共同努力，相信我國的防火涂料一定會健康、有序的發(fā)展。

參考文獻：

[1]建筑設計防火規(guī)范GB50016-

[2]高層民用建筑設計防火規(guī)范GB 50045-

[3]鋼結構防火涂料應用技術規(guī)范CE CS24:90

[4]建筑鋼結構防火技術規(guī)范CEC S200-2006