雅致专业防火涂料

浅 谈 钢 结 构 防 火 涂 料 的 应 用

摘要：  随着科技的不断发展，许多建筑工程采用了钢制材料，对于钢制的材料现在在我们的生活里并不是很熟悉，对此我将进行钢结构中防火涂料的分类及特性的探讨，对钢结构的防火涂料在技术和应用方面存在的问题进行分析，结合钢的性能考虑一下钢的防火原理，同时钢又有哪些不足之处，为钢结构设计的完整性提供了参考。随着钢结构防火涂料的广泛应用，使用场所的复杂性对防火涂料的性能提出了更高的要求，新型的室外、薄型和超薄型钢结构防火涂料相继被研发出来。为了适应防火涂料的发展现状，对防火涂料的质量作出科学的评价，必须修订原标准。为此，公安部于1996年下达了修订《钢结构防火涂料通用技术条件》的任务，由公安部四川消防研究所标准修订课题组负责完成。该标准的修订是在原标准主体结构不变的情况下，调整某些技术指标并增加室外钢结构防火涂料和薄型、超薄型钢结构防火涂料技术要求和试验方法等内容。

关键词：钢结构防火涂料； 钢结构； 防火涂料； 防火机理 。

Discussion on the fire protection of steel structure coating and its application

Abstract：With the development of science and technology, many construction projects with the steel material, for the steel material now in our life is not very familiar with, I will be in the steel structure fire retardant coatings classification and characteristics of, on the steel structure fireproof coating in technology and applied to analyze the problems combined with the performance of steel, consider steel fireproof principle, while steel and what are the shortcomings, for the design of steel structure integrity provides reference. With fire retardant coatings for steel structure is widely used, the use of workplace complexity on the performance of fire retardant coatings has put forward higher requirements, new outdoor, thin and ultra thin fire retardant coatings for steel structures have been developed. In order to adapt to the development status of fire retardant coating, fire retardant coating quality appraisal, must be revised the original standard. Therefore, the Ministry of public security in 1996 issued a revised " fire retardant coatings for steel structures - General technical conditions " of the task, by the Ministry of Public Security Fire Research Institute of Sichuan standards revision group responsible for the completion of. The revised standard is in the original standard main structure unchanged, the adjustment of certain technical index and increase the outdoor fire retardant coatings for steel structure and thin, ultra-thin steel structure fire retardant coating technical requirements and test methods of content.

Key word：Steel structure fire retardant coating; steel structure; fire retardant coating; fireproof mechanism.

一、钢结构防火涂料简介

钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在550摄氏度左右时，降低幅度更为明显，一般在15min左右就会丧失承重能力而垮塌。要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限至少提高到设计规范规定的极限范围。钢结构构件的防火方法主要有涂料保护、防火板保护、混凝土保护、柔性卷材保护、无机纤维保护、结构内通水冷却保护等。防火涂料就是一种近年来比较先进的防火技术措施。钢结构防火涂料主要有两大类： 非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料，前者防火效果较差，已逐渐被淘汰，钢的涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。防火涂料就是一种近年来比较先进的防火技术措施，由于钢结构防火涂料为水性，不含石棉等有害物质，使用过程中均无刺激气味，并且钢结构防火涂料的成本较低，造价也很便宜。防火涂料是指涂敷于物体表面，并能很好地豁结形成完整的保护膜的物料。钢结构防火涂料，是高性能、多用途新型单组分无机防火涂料，该防火涂料采用特种非金属矿物为主体材料，复合以新型无机粘合剂、特种填充料及各种化学助剂，按照特定的加工工艺制造而成。防火涂料涂刷于钢构件表面，遇火时涂层膨胀发泡形成炭化耐火隔热保护层，隔绝氧气，延滞钢结构受热的速度，避免钢构件快速升温，从而提高钢结构的耐火时限，降低热量传递的速度，推迟钢结构温升、强度变弱的时间等。但无论采取何种方法，其原理是一致的。

二、钢结构防火涂料的分类

钢结构防火涂料的类型可根据不同的方法来定义：从所用溶剂来分，可分为溶剂型和水基型钢结构防火涂料；从使用范围分，可分为室内和室外钢结构防火涂料；根据防火机理分，可分为非膨胀型和膨胀型钢结构防火涂料；根据涂层厚度来分，可分为厚型、薄型、超薄型钢结构防火涂料。钢结构防火涂料的技术性能应符合下表1－14

表１－14　  钢结构防火涂料技术性能要求

注：1 、本表所列防火涂料性能仅适用于建筑物及构筑物室内使用的各类钢结构防火涂料，不包括室外钢结构防火涂料的技术要求。

   2 、超薄型钢结构防火涂料比普通膨胀性防火涂料涂层更薄，其装饰性和耐火性能更好，其涂层外观完全类同于一般饰面型涂料，既可喷涂也可手工涂刷。由于国内目前处于起步阶段，尚无正式标准。通常将3mm涂层厚，耐火极限不低于90分钟的膨胀型防火涂料称之         为超薄型钢结构防火涂料。

三、防火涂料的防火机理

在GB14907-2002《钢结构防火涂料》规范中，钢结构防火涂料定义为涂于建筑物及构筑物的钢结构表面，形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限的涂料。目前，钢结构防火涂料已广泛应用于建筑工程、舰船室、化工储罐、石油管道等钢结构的防火保护。其工作原理概括起来有：

（1）涂层对钢结构起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰的高温中，延迟着火和减小燃烧速度。

（2）防火涂料本身除了具有难燃性和不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护钢结构基体的传递。

（3）涂层吸热后部分物质分解出的水蒸气或其他不燃气体起到消耗热量、降低温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。

（4）防火涂料受热分解出不燃惰性气体,冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体,使之不易燃烧或燃烧速度减慢。

（5) 含氮的防火涂料受热分解出NO,NH3等基团,与有机游离基化合,中断连锁反应,降低温度。

（6) 膨胀型防火涂料受热膨胀发泡,形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体,延迟热量与基材的传递,阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。

四、钢结构防火涂料的性质 

1. 钢结构防火涂料的耐久性 

  对各种类型的防火涂料在工程环境中的使用寿命缺乏科学的评价，防火涂料厂商在产品的说明中不能够提供在不同的使用环境下可使用的年限和更换周期。无论哪一种防火涂料，其检测报告中给出的耐火极限都是其使用前的检验结果，而在防火涂料涂覆若干年后，防火涂料的防火性能是否依旧? 防火涂料的维修也不是简单的重新涂刷，在旧防火涂料基层上重新涂刷，是否能够达到技术性能要求?重新刷新防火涂料尤其对是隐蔽工程其施工难度如何克服?这些都是需要进一步研究的课题。钢结构防火涂料的使用都是抱着“一劳永逸”的态度。钢结构防火涂料的耐久性研究已经是一项迫在眉睫的工作，应当制定有关防火涂料耐久性的评价标准和评价方法，从而科学的判定更换或维修防火涂料的周期或年限。

2. 安全性   

目前的膨胀型钢结构防火涂料遇火有可能释放出氨、 HCN、卤化氢、 一氧化氮、 二氧化氮、 一氧化碳、 二氧化碳、 氯、 溴等有毒有害气体。如果这些气体的浓度超过了人体忍受极限， 便会对未逃离火场的人员以及消防人员造成危害。  

3. 生产、 施工

国内多数钢结构防火涂料生产企业的规模不大， 生产工艺流程自动化水平不高， 有部分企业还处于手工作坊式操作，不少产品的配方工艺大同小异，对专用于防火涂料的原料研究不够， 对原材料的检测、 控制不够， 生产过程的检测手段不全， 施工设备有待改进提高， 与防锈漆的配套性也不能进行严格的检验。 

4.  测试方法

钢结构防火涂料作为一类功能性涂料， 其性能主要有理化和耐火两方面组成。同样耐火极限的防火涂料因其应用环境不同、受火类型不同， 对基材的保护作用也就不同。  

5. 检测标准方面

GB14907- 2002 《钢结构防火涂料》对同种防火涂料只规定一种涂层厚度的检验报告，而实际工程中由于钢梁、 钢柱、 钢楼板规范所要求的耐火极限各不相同，例如室内厚度为 2mm 的超薄型防火涂料检测报告出具耐火极限为 1.5h，实际工程要求钢梁、钢板、钢柱耐火极限分别为 1.5h、 1.0h、 2.0h。对钢板、 钢柱应采用何种厚度的防火涂料进行保护， 目前无论从理论界或是实际工程均缺乏相应的研究。 

6. 检测标准构件与实际工程构件的差异性

耐火极限检验中使用的基材是 Q235 的标准 I36b 或 I40b 热轧普通工字钢梁， 而实际工程运用中， 钢构件的截面尺寸各种各样。检验报告中描述的钢梁与实际工程中的钢构件并无完全的对应关系， 实际使用的钢构件和标准钢梁间应该如何进行换算， 如何确定实际使用的钢构件的涂层厚度， 国家尚无规定。

五、防火涂料的选用

应根据建筑部位和耐火极限要求的不同, 选择相应的防火涂料。室内隐藏钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构, 当规定其耐火极限在 1. 5 h以上时, 宜选用厚涂型钢结构防火涂料; 室内裸露的钢结构, 轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构, 当规定的耐火极限在 1. 5 h及以下时, 宜选用薄涂型钢结构防火涂料; 耐火极限超过 2. 0 h时, 应选用厚型钢结构防火涂料。选用厚型防火涂料时, 外表面需要做装饰面隔护。装饰要求较高处可选用超薄型防火涂料, 但应严格控制超薄型钢结构防火涂料的选用。室外不宜使用膨胀型防火涂料, 应选择适合室外用的钢结构防火涂料。用于保护钢结构的防火涂料应不含石棉, 不用苯类溶剂; 在施工干燥后应没有刺激性气味; 不腐蚀钢材, 在预定的使用期内须保持其性能。

六、几种常用的钢结构防火涂料

1.厚型钢结构防火涂料：所谓厚型钢结构防火涂料是指涂层厚度在8～50毫米的涂料，这类钢结构防火涂料的耐火极限可达0.5～3小时。在火灾中涂层不膨胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的温升，保护钢件。这类钢结构防火涂料是用合适的粘结剂，再配以无机轻质材料，增强材料组成。与其他类型的钢结构防火涂料相比，它除了具有水溶性防火涂料的一些优点之外，由于它从基料到大多数添加剂都是无机物，因此它还具有成本低廉这一突出特点。该类钢结构防火涂料施工采用喷涂，一般多应用在耐火极限要求2小时以上的室内钢结构上。但这类产品由于涂层厚，外观装饰性相对较差。
　　2.薄型钢结构防火涂料：涂层使用厚度在3～7毫米的钢结构防火涂料称为薄型钢结构防火涂料。该类涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的温升，保护钢构件。这类钢结构涂料一般是用适当的乳胶聚合物作基料，再配以阻燃剂、添加剂等组成。对这种类型防火涂料，要求选用的乳液聚合物必须对钢基材具有良好的附着力，耐久性和耐水性好。该类钢结构防火涂料在生产过程中一般都分为三步：第一步先将各种阻燃添加剂分散在水中，然后研磨成规定细度的浆料，第二步再用基料(乳液)进行配漆，第三步在浆料中配以无机轻质材料、增强材料等搅拌均匀。该涂料一般分为底层(隔热层)和面层(装饰层)，其装饰性比厚型好，施工采用喷涂，一般使用在耐火极限要求不超过2小时的建筑钢结构上。
　　3.超薄型钢结构防火涂料：超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度不超过3毫米的钢结构防火涂料，这类钢结构防火涂料受火时膨胀发泡，形成致密的防火隔热层，是近几年发展起来的新品种。它可采用喷涂、刷涂或滚涂施工，一般使用在要求耐火极限2小时以内的建筑钢结构上。与厚涂型和薄涂型钢结构防火涂料相比，超薄型膨胀钢结构防火涂料粘度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好是其突出优点。在满足防火要求的同时又能满足高装饰性要求，特别是对裸露的钢结构，这类涂料是目前备受用户青睐的钢结构防火涂料。为了赶上或超过国外同类产品，满足市场的需要，研制和开发高耐候性的室外超薄型钢结构防火涂料是今后发展的方向。

七、目前市场需求较大的防火材料产品　

１．超薄型钢结构防火涂料：施涂于建筑物和构筑物钢结构件表面，有良好的装饰效果，高温时膨胀增厚，形成耐火隔热保护层，将钢结构耐火极限提高到王Ｏ．５～２小时，涂层厚度小于３ｍｍ。它是由阻燃剂、碳化剂、复合粘合剂、填料、增塑剂、复合溶剂等复配而成。

２．饰面型防火涂料：施涂于可燃材料表面，遇火能形成致密保护层，阻止火焰进一步燃烧，从而保护基层，同时具有较好的装饰作用，是兼防火和装饰功能为一体的防火涂料。

３．有机防火堵料和防火包：电缆井防火封堵材料，特点是遇火膨胀，隔断火焰和烟雾，从而阻断火焰燃烧。优点是可拆性好，可重复使用。有机防火堵料是由阻燃剂、复合粘合剂、复合填料等捏合而成；防火包是由耐火纤维、膨胀剂和助剂混合而成。

八、钢结构防火涂料的选择及注意事项

(1) 实际工程中选用的防火涂料必须有国家检测机构对其耐火性能认可的检测报告及生产许可证。

(2) 民用建筑及大型公用建筑的承重钢结构宜采用防火涂料防火，一般应由建筑师与结构工程师按建筑物耐火等级及耐火时限，根据《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS24，选用涂料的类别（薄涂型或厚涂型）及构造做法。

(3) 选用时宜优先选用薄涂型防火涂料，选用厚涂型涂料时，其外需做装饰面层隔护。装饰要求较高的部位可选用超薄型防火涂料。

(4) 防火涂料的厚度，宜直接采用实际构件的耐火试验数据。当构件的截面尺寸或形状与试验标准构件不同时，应按现行《钢结构防火涂料应用技术规程》CECS24附录三的方法，推算所需防火涂层厚度。

(5) 室外环境的钢结构，一般不考虑防火保护。但石化企业的室内、外应按《石油化工企业设计防火规范》的规定进行防火防护设计。当室外钢结构需防火保护时，应采用专用的露天用防火涂料，并以防锈底漆打底。

(6) 不得将饰面型防火涂料（适用于基材为可燃材料的木结构）用于钢结构的的防火保护。

(7) 重要的钢柱构件采用防火涂料保护时，一般应采用厚涂型防火涂料，且节点部位宜做加厚处理。当所用防火涂料的粘接强度小于0.05Mpa时，涂层内应设置与钢构件相连接的钢丝网。

(8) 承重钢梁构件采用厚涂型防火涂料时，其重要节点部位宜加厚处理。当为下列任意中情况时，涂层内应设与钢梁相连接的钢丝网。

①　受振动作用的钢梁；

②　涂层厚度大于或等于40mm的梁；

③　梁用防火涂料粘接强度小于或等于0.05Mpa时；

④　梁腹板高度超过1.5m时。

(9) 当有技术经济依据时，重要的承重构件可采用耐火钢外加防火涂料的防火做法，其防火设计及对材料性能、构造施工等方面的技术要求，可参照上海市地方标准《钢结构防火技术规范》的规定。

(10) 防火涂料的施工应由专业队伍承担，并按《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205及《钢结构防火涂料应用技术规程》CECS24检查验收。

三、未来钢结构防水材料的发展方向

１．水性环保化涂料

目前国内市场普遍采用的有：四川消防研究所推出适用于保护钢结构和钢筋混凝土楼板的ＳＧＬ水性膨胀型防火涂料，以及适用于室外钢结构的薄层ＳＷＢ膨胀型防火涂料；总后建筑工程研究院采用复合涂层技术研制出无机膨胀型钢结构防火涂料；广州白云山雷威化工厂开发出ＧＷＢ室外钢结构防火涂料：扬州金陵特种涂料厂推出ＢｓＣ～Ａ钢结构防火涂料等。国内厂家生产的钢结构防火涂料由于品牌、涂层厚度的不同，耐火极限也不同，基本能满足建筑设计防火规范所规定的有关要求。

２．纳米材料涂料

北京首创纳米科技有限公司承担了国家科技部“８６３计划”纳米专项研究课题，计划使用纳米材料对防火阻燃涂料的３个最重要的成分进行改性和优选，从而获得优异的阻燃涂料。主要有：1纳米无机一有机士杂化树脂，纳米级无机材料与有机分子复合形成具有共价键结合的复合树脂。复合树脂具有耐高温、粘接强度高等特点，是本项目的核心技术。②纳米三氧化二锑、氢氧化镁材料。经实践证实，由于具有更好的分布结构，纳米三氧化二锑、氢氧化镁作为阻燃助剂效果良好，可以大大提高阻燃性能，并能制成具有装饰性的超薄涂料。3无机纤维。计划制备一种具有纳米级纤维结构的无机纤维，运用特殊工艺将其制成纳米级分散体，保证其与树脂等材料的充分复合，使超薄涂料即使在燃烧后也具有高温强度。

参考文献：

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[5] GB 14907-2002,  钢结构防火涂料 [S].

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