鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的應(yīng)用分析

尹 革（陜西省安康市公安消防支隊，陜西 安康 725000）

鋼結(jié)構(gòu)體系建筑被譽為21世紀的“綠色建筑”，雖然有耐火性能差的弱點，但還是有比較多優(yōu)點：較大的可利用空間，較容易安裝，較短的施工周期，較好的抗震性，較快的投資回收，環(huán)境污染少，因此在大型建筑，如工業(yè)廠房、體育館、展覽館等建設(shè)中廣泛使用。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料對鋼結(jié)構(gòu)有很好的防火保護作用，其具有易于施工，而且施工過程不受幾何形體限制，隔熱性能好等優(yōu)點，所以一些大型建筑的鋼結(jié)構(gòu)部件都會涂刷這種防火材料以提高建筑物的耐火等級，如，上海東方明珠電視塔、廣州新白云機場、首都機場航站樓、北京奧林匹克運動中心。

1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料概述

1.1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的工作理論基礎(chǔ)

國家GB14907 - 2002《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》規(guī)范中，對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的概念陳述為：用于構(gòu)筑物及建筑物的鋼結(jié)構(gòu)表面進而生成耐火隔熱保護層達到提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限目的的涂料。在實際應(yīng)用中，其工作原理有以下幾方面：

第一，防火涂料不僅具有不燃性和難燃性的特點，而且導(dǎo)熱系數(shù)較小，使得火焰溫度向被保護鋼結(jié)構(gòu)的傳遞得到延緩。第二，涂層具有屏蔽作用，使鋼結(jié)構(gòu)在火焰的高溫中不直接暴露，降低燃燒速度，延遲著火時間。第三，在吸熱之后，涂層的部分物質(zhì)會分解產(chǎn)生水蒸氣等不燃氣體，能降低火場溫度、消耗火場熱量。第四，在高溫情況下，膨脹型防火涂料涂層在鋼結(jié)構(gòu)表面快速建立絕熱泡沫層，使鋼結(jié)構(gòu)基體之間的溫度傳導(dǎo)減緩，使之符合耐火極限的規(guī)定[1]。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的類型

依據(jù)不同的標準，防火涂料的分類方法不同(見表1）。

2 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

從上世紀60年代開始，世界各國出現(xiàn)的性能優(yōu)異的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料型號較多，如，加拿大AD防火有限責(zé)任公司AD Firefilm II型和英國Nullifire公司S605鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。我國鋼結(jié)構(gòu)防火涂料出現(xiàn)較晚，80年代初起步，90年代后得到迅速發(fā)展，產(chǎn)品類型也以薄涂型和超薄型為主，例如大連福嘉集團提供的薄層SWB膨脹型防火涂料和鋼結(jié)構(gòu)防火涂料[2]。迄今為止，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料體系不僅為工程建設(shè)生產(chǎn)了許多性能優(yōu)良的產(chǎn)品，而且已經(jīng)發(fā)展到跨行業(yè)研究。國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的國內(nèi)市場需求量高達2萬噸/年，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的累計應(yīng)用量20多萬噸[4]。生產(chǎn)和施工的企業(yè)單位超過2000家，工程技術(shù)人員超過萬人，生產(chǎn)企業(yè)主要集中在四川、山東、上海、北京、江蘇、廣東等全國20多個省、市、自治區(qū)。

表1 防火涂料分類

2.2 存在的主要問題

隨著鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的廣泛應(yīng)用，涂料可能會出現(xiàn)老化和破損等問題，這直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的安全，如何合理保護鋼結(jié)構(gòu)，很好發(fā)揮涂料的防護作用是一個關(guān)鍵性的問題。

2.2.1 非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的破損問題

因為鋼構(gòu)件與厚涂型防火涂料有較差的粘結(jié)性，所以，劇烈震動、碰撞發(fā)生時，涂料會產(chǎn)生脫落和破損現(xiàn)象，對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火保護作用會喪失。在20世紀90年代，厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的破損問題就引起人們的重視，卻一直沒有找到較好的解決措施[3]。美國建筑師協(xié)會(AIA )曾在1999-2000年6月這段時間對世貿(mào)中心雙塔鋼結(jié)構(gòu)防火保護的情況進行過全面的調(diào)查，結(jié)果表明，在施工、維護方面，其防火保護有很嚴重的問題存在，卻一直未得到很好的解決。

2.2.2 膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的老化問題

膨脹型防火涂料的組成以有機物為主。無論是在室內(nèi)還是室外，膨脹型防火涂料都要經(jīng)受濕度和溫度的變化，紫外線照射等多種因素影響，使涂料成分發(fā)生老化和降解等變化[6]。當(dāng)前，各種防火涂料的檢測報告所顯示的耐火極限的檢驗結(jié)果都是在使用之前，但是，火災(zāi)一般發(fā)生在涂料涂覆之后，甚至是涂覆后更長時間。一旦火災(zāi)發(fā)生，防火涂料能否發(fā)揮應(yīng)有的作用還需要進一步探討。

2.2.3 防火涂料隔熱參數(shù)確定的不合理性

防火涂料提高鋼結(jié)構(gòu)的抗火性能主要是通過隔熱延緩鋼結(jié)構(gòu)受火升溫來實現(xiàn)的。所以，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的基礎(chǔ)就是對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料隔熱參數(shù)準確性的確定。在CECS 200：2006《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》中對非膨脹型防火涂料的規(guī)定：生產(chǎn)廠商應(yīng)提供等效導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度參數(shù)或者導(dǎo)熱系數(shù)(500℃)、比熱容、含水率和密度參數(shù)。膨脹型防火涂料的特點之一，就是高溫條件下，其中的化學(xué)成分發(fā)生發(fā)泡膨脹的反應(yīng)，進而對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行保護。在發(fā)泡膨脹過程中，膨脹型防火涂料的厚度和熱工參數(shù)會因溫度的變化而改變。所以，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的過程采用常溫下的厚度和熱工參數(shù)是存在問題的。對于確定膨脹型防火涂料熱工參數(shù)的方法在相關(guān)規(guī)范中也沒有準切的界定。

2.3 解決方案

第一，因為防火涂料和鋼結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)完全不同，鋼構(gòu)件和涂料之間的粘結(jié)應(yīng)力會隨著鋼構(gòu)件的曲率變化而變化。地震等劇烈的震動造成的厚型防火涂料的破損主要發(fā)生在鋼梁的端部、鋼柱的端部和中部等構(gòu)件曲率變化較大的地方。所以，防火涂料在使用和施工中，針對鋼構(gòu)件上防火涂料易破損處進行重點防護和采用特殊工藝進行防火涂料施工是非常必要的。

第二，高效協(xié)同體系的運用，不僅可以增強鋼結(jié)構(gòu)與涂料的耐久性和粘結(jié)強度，對涂料防火和物理性能的下降起到延緩作用，而且可以延長防火涂料的使用周期，預(yù)防防火涂料的老化現(xiàn)象發(fā)生，如在防火效果不發(fā)生變化的基礎(chǔ)上，盡可能減少填料及助劑和阻燃劑等輔助性材料的使用[5]。對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料耐久性方法的研制，能準確預(yù)測其實際的使用壽命，可以根據(jù)其基材或主體結(jié)構(gòu)的使用壽命和環(huán)境要求的不同來判斷更換或維修的時間[7]。

第三，現(xiàn)在所用的防火涂料隔熱參數(shù)并沒有完全代表火災(zāi)發(fā)生時鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的實際耐火情況，因此，應(yīng)加快對標準的修訂，研發(fā)出一種有效的方法來擬定與實際火災(zāi)發(fā)生時接近的相關(guān)參數(shù)，使防火涂料的防火作用得到最大程度的發(fā)揮。

3 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的發(fā)展前景

現(xiàn)在，防火涂料的品種和應(yīng)用范圍逐漸擴大，在防火性能和理化性能方面也在不斷提高和改進。隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的使用范圍也在成倍的增加。涂料工業(yè)的發(fā)展帶動防火涂料正向節(jié)省能源、節(jié)省資源、提高涂膜質(zhì)量、方便施工和保護環(huán)境這五個方向邁進[8]。水溶型的防火涂料在市場份額中的比例逐漸增加。防火涂料的發(fā)展方向主要在以下幾個方面：①對復(fù)合高效低水溶性的炭化發(fā)泡劑、催化劑進行研發(fā)。②對環(huán)境污染少、原料易得的優(yōu)質(zhì)的無機膨脹防火涂料進行重視和開發(fā)。③在高檔家具的應(yīng)用以及古建筑、文物保護等方面要采用透明膨脹防火涂料。④為了取得較好的效果，可以把納米阻燃材料等一些新技術(shù)加入防火涂料體系中。⑤防火涂料的開發(fā)要與廢物利用相結(jié)合。

[1]肖亞明，孫強，馬芹永，完海鷹.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005:1-14.

[2]孫強，吳昊，夏璐.淺議建筑鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的優(yōu)選方法[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報.2008,16(4):1-4.

[3]周世斌.鋼結(jié)構(gòu)防火涂料存在問題探析[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013.4.

[4]陳曉霞，衛(wèi)愛民，賈黎君.鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用進展[J]，安慶師范學(xué)院學(xué)報，2007,(2):140-142.

[5]孫強，吳昊，夏璐.淺議建筑鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的優(yōu)選方法[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報.2008.

[6]張偉;段程廣.鋼結(jié)構(gòu)防火涂料存在的問題及對策[J].科技傳播，2013.12.

[7]于立東.淺析鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在建筑防火之中的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2013.7.

[8]吳潤澤，萬雄衛(wèi)，刁曉亮，王桂銀.國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2012.12