鋼結構防火涂料的現狀和發展探討

張赟　吳曉羽

摘 要：文章綜述了鋼結構防火涂料的現狀、發展、機理、分類，結合工作實際評述了新產品在建筑中的實際應用，并展望了鋼結構防火涂料發展趨勢。

關鍵詞：鋼結構；防火涂料

中圖分類號：TU561 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0138-02

隨著我國建筑業的不斷發展，建筑構造的形式也日新月異，其中，鋼結構建筑以其自身強度高、質量輕，并有良好的延伸性能、抗震性能并且具備施工周期短等特點，在建筑業得到了廣泛應用，尤其在高層建筑以及大跨度建筑等方面顯示出了強大的影響力。據統計，世界上在100 m以上的高層建筑中鋼結構建筑占了總數的約79%。近年來，隨著相關技術的完善，鋼結構建筑技術在我國也得到了長足地應用。在我國高層建筑中鋼結構建筑占了37%，多數是近幾年建設起來的。隨著我國各地城鎮化速度的穩步推進，鋼結構技術在我國建筑領域中將擁有更加廣闊的遠景。但由于其自身的缺陷讓鋼結構建筑出現了很多的瑕疵，建筑的質量安全與消防安全對鋼結構建筑影響是最大的，如何處理好這兩方面的問題是最急需要考慮的問題。

1 火災中鋼結構建筑所暴露出來的問題

鋼結構建筑雖然自身是不燃燒體，但因其耐火性能差，在實際火場的高溫下，其強度、彈性系數等都會明顯降低，當溫度達到600℃時，鋼材就會完全喪失其強度和硬度。

①鋼結構內的夾芯材料防火性能不佳。鋼結構廠房多用夾芯的彩鋼板做墻體和分隔材料，而該芯材多是聚氨脂泡沫、聚苯乙烯等易燃或可燃材料填充，且燃燒時會產生有毒氣體，易造成人員傷亡，2013年消防局已經正式下文杜絕使用此類易燃有毒的彩鋼板。

②鋼結構因自身的抗火性能很差，受熱極易垮塌，不利于消防官兵進行火災撲救和人員物質的疏散。無保護的鋼結構屋架，耐火極限只有15 min，同時，所造成的鋼結構倒塌將嚴重影響火災撲救，消防官兵無法進入建筑內部實施撲救，無法直接撲滅著火點。

2 對鋼結構的強化以及對裸露結點的保護

在火場中，使鋼結構失去穩定性的溫度約為500℃，在我們常見的火場溫度有800～1 000℃，此時，裸露結點會很快出現變形和坍塌，這就要求對容易起火、火災負荷大的部位應進行強化，如可適當加密鋼柱的間距，從而提升隔墻的防火承載能力。同時，也應采用噴涂防火涂料對裸露的結點進行保護。

3 鋼結構防火涂料的歷程

防火涂料是建筑材料中的重要成員。自防火涂料配方被研制出來，防火涂料不斷向前發展，效能也得到了及大的提升，后來又出現了膨脹型防火涂料。我國防火涂料的歷程，較發達國家晚5～10 a，但現在的發展速度已經有迎頭趕上的架勢了。不論品種類型、性能效果還是適用標準上看，已經接近國際領先水平。

4 防火涂料的機理

防火涂料的機理可歸納為以下五點：

①本身為不燃材料，使被保護的材料不直接充分地與空氣接觸，延緩被保護材料著火并減緩燃燒速度。

②具有導熱系數低的特點，可以阻止燃燒時高溫向被保護材料的傳遞時間和速度。

③氮系防火涂料受熱分解出NO、NH3等氮化產物，和有機游離基化合，阻斷連鎖反應，抑制燃燒。

④受熱分解會產生惰性氣體，充斥在了被保護材料受熱分解出的可燃氣體周邊，使之燃燒速度減緩。

⑤膨脹型防火涂料受到高溫后膨脹發泡，同泡沫滅火機理形成泡沫隔熱層將被保護材料覆蓋，延遲熱量向被保護材料的傳遞，抑制物體著火燃燒。

5 按成分的分類

①一般的防火涂料主要用于木材、人造板等板材上，如用在建筑的木質屋架、頂棚等表面。

②膨脹型防火涂料又劃分為乳液膨脹型防火涂料、溶劑膨脹型防火涂料和膨脹無毒型防火涂料。

③乳液膨脹型防火涂料和溶劑膨脹型防火涂料主要用于常規建筑物上。

④膨脹無毒型防火涂料主要用于保護電絕緣管、聚乙烯管道上。

6 按效果分類

6.1 厚型

厚型鋼結構防火涂料是指涂層厚度在7～50 mm的涂料，此類防火涂料的耐火極限之多可達到3 h。高溫中涂層表面不發生膨脹，依靠不燃、低導熱和吸熱性，大幅延緩了鋼結構的升溫。與其他涂料相比，除開具有水溶型防火涂料的部分特點之外，因為其從自身的基質到添加劑均為無機物，所以成本低廉。然而由于其成分采用無機材料，其防火性能較穩定，縱使長期使用其性能也能保證，但其涂料成分的粒質過大，導致其外觀會有凹凸不平的現象，影響了鋼結構建筑的整體外觀視覺，因此此類型多用于隱蔽的工程。實際中，多層工業或民用建筑、高層民用建筑的鋼柱中支承柱的耐火極限要求達到3 h，此時要達到耐火標準采用此類厚型防火涂料進行保護為最佳選擇。

6.2 薄型

薄型鋼結構防火涂料是指涂層厚度在3～7 mm的涂料，此類涂料受火時會發生膨脹發泡現象，其機理也是以膨脹發泡形成耐火隔熱的泡沫層，借此來延緩被保護鋼材的升溫，其耐火極限在2 h以內。對此類防火涂料，所選用的水基型的混合物必須對鋼結構基材具備較好的附著力、耐水性和耐久性。其視覺美觀效果比厚型防火涂料強，但差于超薄型鋼結構防火涂料。

6.3 超薄型

超薄型鋼結構防火涂料是指涂層厚度不超過3 mm的涂料，此類防火涂料遇到高溫也是發生膨脹發泡現象，其形成的致密防火隔熱泡沫層，使耐火極限一般控制在2 h左右，也是近幾年發展起來的新新品種。與之前所述的厚型與薄型鋼結構防火涂料相比，超薄型鋼結構防火涂料的附著力更強，涂層更薄，視覺美觀性也好。在滿足消防規范的同時也能滿足視覺美觀性的要求，尤其針對有大量裸露結點的鋼結構建筑中，此類涂料更是備受好評的涂料。于此同時，由于此類防火涂料涂層需要敷設的表面很薄，使得對材料的需求大幅減少，從而降低了涂料的成本費用，于此同時還能讓鋼結構建筑的防火保護達到消防規范要求，性能效果很好，勢必成為今后行業發展的趨勢。

6.4 礦物棉型

礦物棉型防火涂料是繼厚型防火涂料之后的進一步升級材料，其與厚型防火涂料所采用的珍珠巖系列和氯氧鎂水泥珍珠巖系列涂料相比，其礦物纖維基料對涂層強度起到了增強作用，起到防火、隔熱和吸音的效果。實際應用中，已廣泛使用的是快干型礦物棉型防火涂料，在施工條件有限的工地使用時，具備了降低施工難度、降低成本和降低干燥時間等多項優點。

7 結合工程實際展望新技術

在筆者于2013年7月驗收的荊溪鎮小城鎮規劃建設展示館項目中，建設方就采用了武漢武立涂料有限公司出品的室內薄型鋼結構防火涂料來處理該建筑的耐火性能，經公安部消防產品合格評定中心抽檢，由國家防火建筑材料質量監督檢驗中心出具的檢驗報告顯示，該NB室內薄型鋼結構防火涂料在涂層厚度4.7 mm時，耐火性能試驗時間為3.0 h，符合規定的耐火時間要求，其余各項技術指標均合格。該NCB室內超薄型鋼結構防火涂料在涂層厚度2.00 mm（含防銹漆厚度0.04 mm）時，耐火性能試驗時間為2.1 h，符合規定的耐火時間要求，其余各項技術指標均合格。從而滿足了規范要求的鋼柱3 h，鋼梁2 h的要求。

由此得知，國內已經出現了耐火性能達到或超過3 h的薄型鋼結構防火涂料新品種，它主要是以特殊結構的丙烯酸乳液作為基料粘合劑，附以高聚合度聚磷酸銨、季戊四醇（95%含量）、三聚氰胺（一等品）等為防火阻燃體系，添加鈦白粉、膨脹石墨等無機耐火材料，以200#溶劑油為溶劑復合而成。各種輕鋼結構、網架等已經可以采用該類型防火涂料進行防火保護。由于該類防火涂料涂層薄，使得使用量較厚型防火涂料大大減少，從而降低了工程費用，又使鋼結構得到了有效的防火保護，防火效果很好。

隨著對環境保護要求的不斷提高，防火涂料的環保性能也提上了發展日程，向著低污染、高性能的方向提升。水基型防火涂料由于安全無毒、對環境影響小，成為今后發展的重要方向。其中，又以無機型防火涂料具備的不燃性、耐高溫性，即使高溫作用也不會產生有害氣體的優良因素，讓其在防火涂料發展中越來越受到重視。如硅酸鹽膨脹型防火涂料，就是用梯次發泡的原理，讓低溫發泡層與高溫發泡層的融合，解決了火場高溫中鋼結構前期導熱升溫快和后期涂層融化的問題。另外，采用膨脹型和非膨脹型防火涂料相結合的方法也是重要的研究方向，即涂料的配方中既有膨脹型的材料，又含有較多耐火基料的成分，再加入高熔點的無機纖維材料等，使防火涂層在火場高溫的作用下形成膨脹率很低的高強度碳素表面，確保表面能夠長時間在火場中迎火而不會造成脫落。

8 結 語

總之，隨著我國建筑業的蓬勃發展，鋼結構基材作為一種相當好的建筑材料，其應用也將越來越廣泛。鋼結構建筑廣泛應用后的消防安全問題，直接關系著廣大人民群眾人生和財產的安全。然而鋼結構建筑在耐火性能上存在著先天不足，為了創造出更好的消防安全環境，我們著手大力發展新型防火涂料是非常重要的和刻不容緩的。新的鋼結構防火涂料產品的不斷問世和深入發展，也促進著消防事業的發展，在保護國家和人民群眾的生命財產安全中發揮了其重大作用。

參考文獻：

[1] CECS 24-90，鋼結構防火涂料應用技術規范[S].

[2] GB 14907-2002，鋼結構防火涂料[S].

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