薄型鋼結構防火涂料膨脹性能的調查分析

施鴻鵬 叢海軍 穆秀君

（1北京市消防總隊經濟技術開發區消防支隊，北京100176；2中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京100024）

由于鋼結構具有強度高、自重輕、密閉性好、制造簡便、施工周期短、占地面積小、建筑工業化程度高、外觀優美等特點，隨著我國經濟的不斷發展，鋼結構作為一種理想的建筑結構，正進入一種新的更高的發展階段。但隨著鋼結構的應用日益廣泛，鋼結構的防火問題也隨之凸顯。鋼材耐熱不耐火的特性也就成了鋼結構的致命弱點。鋼材常溫熱導率高達52.8W/m·K，升溫或遇水時熱導率會更高，當遇火或遇熱溫度達到500℃左右時，其彈性模量、屈服強度和極限強度均顯著下降，應變急劇增大，迅速扭曲變形，從而導致鋼結構建筑物部分或全部塌陷破壞，這個破壞過程僅用0.25小時( 即鋼材的耐火極限)[1]。鋼結構防火保護的方法有多種，其中，在鋼結構表面涂覆各種防火涂料是目前相對簡單易行、可靠、經濟實用的方法，它可明顯提高鋼結構的耐火極限，減少火災損失。因此,鋼結構防火涂料得到了廣泛的應用。與此同時，鋼結構防火涂料的耐久性問題引起人們的關注，本文對影響室內薄型鋼結構防火涂料的耐久性的膨脹性能進行了調查分析。

1 室內薄型鋼結構防火涂料

薄型防火涂料，厚度一般為2～7㎜，又可分為水性涂料和溶劑型涂料。根據涂層厚度分為薄涂型(涂層厚度≤7㎜，標準耐火極限時間≥1.5h)和超薄型(涂層厚度≤3㎜，標準耐火時間≤1.5h)。薄涂型鋼結構防火涂料又稱膨脹裝飾涂料或膨脹油灰。其主要組成:粘結劑有機樹脂或有機與無機復合物(10%～30%)、有機和無機絕熱材料(30%～60%)、顏料和化學助劑(5%～15%)、溶劑和稀釋劑(10%～25%)。一般分為底涂、中涂和面涂(裝飾層)。使用時，涂層一般不超過7mm，有一定裝飾效果，涂料受熱膨脹，耐火極限可由0.5h提高到2.0h左右。遇火后自身能發泡膨脹為原涂層厚度的幾十倍到數十倍，并可形成多孔碳質層阻擋外部熱源對鋼材的傳熱，對于鋼結構的防火保護，其作用有以下3點：首先，斷絕火焰對鋼材的直接加熱，隔絕底鋼材與空氣的接觸，并有效地阻止熱量向鋼材傳遞；其次，涂層的軟化、熔融、膨脹等物理變化以及聚合物、填料、助劑的分解、蒸發和炭化等化學作用將會吸收大量的熱量，有利于降低體系溫度和火焰的傳播速度;最后，分解出的不燃性或難燃性氣體能稀釋氧氣的濃度且高溫釋放出的鹵化氫氣體能捕獲燃燒產生的自由基，使燃燒反應終止，起到滅火的作用。此類防火涂料的主要特點為涂層薄、重量輕、抗振性好，有較好的裝飾性、易老化等優點[2]。

2 現場取樣

本次研究選取了9座鋼結構廠房，噴涂的均為室內薄型鋼結構防火涂料，噴涂時間從1998年至2008年，取樣日期為2011年11月，取樣數量均大于10g。詳細見表1。

表1 室內薄型鋼結構防火涂料取樣

3 試驗

依據DBJ01-616-2004《建筑防火涂料（板）工程設計、施工與驗收規程》中附錄B防火涂料膨脹性能的測定方法進行試驗[3]。

3.1 試驗設備

不燃性測定儀

3.2 試驗方法

將在工程現場刮取的防火涂料粉末粉碎后，放入直徑Ф45mm的特制容器中，均勻鋪滿容器底部并壓實至2mm刻度線處，然后放入恒溫750℃的不燃性測定儀中，試驗進行5min，停止試驗后取出容器。觀查膨脹后的涂料表面是否溢出容器上表面[3]。對于薄型鋼結構防火涂料如果溢出則大于5倍，表示合格，在研究中我們不判定是否合格，僅測量其膨脹的倍數。

4 結果分析

對9個樣品進行膨脹性能試驗，其結果見表2，部分試驗照片見圖1。

表2 膨脹性能試驗

4.1 結果分析

1）從實驗結果來看，膨脹倍數大于5倍僅有2個，占到22.2%，其余7個，均小于5倍，占到77.8%；

2）2號樣品有可能為超薄型鋼結構防火涂料，并且膨脹性能良好；

3）假設所有鋼結構防火涂料在施工驗收時膨脹性能都合格，即都能達到5倍，那么防火涂料的膨脹倍數隨使用時間增長損失較快，鋼結構廠房存在火災隱患；

4）從實驗結果來看，防火涂料膨脹性能隨著使用時間的增長，存在衰減，但是僅從以上數據得不出其衰減的規律。

5 建議

1）室內薄型鋼結構防火涂料由于其防火體系為有機物，隨著使用時間的增長，其防火性能會逐步的衰減，從實際的取樣分析中得到了驗證，但由于數據有限，不能得出其衰減的規律，建議開展室內薄型鋼結構防火涂料的耐久性能的研究；

2）從本研究的數據得出，目前鋼結構防火工程存在著較大的防火風險，建議對既有鋼結構廠房的防火涂料的進行取樣分析，并針對分析結果提出一些相應建議或者建議其采取相應的一些措施；

3）從實驗結果看，有些涂料在施工時膨脹性能就達到不到5倍，建議鋼結構防火涂料進場復試時應該進行膨脹性能的試驗。

[1]施鴻鵬等《鋼結構防火涂料在設計、施工和維護使用中的問題分析》中國建材科技 2006年第4期

[2]夏璐《鋼結構防火涂料優選方法的研究及應用》安徽建筑工業學院碩士論文 2010年

[3]DBJ01-616-2004《建筑防火涂料（板）工程設計、施工與驗收規程》