鋼結構防火涂料的應用分析

尹 革（陜西省安康市公安消防支隊，陜西 安康 725000）

鋼結構體系建筑被譽為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，環境污染少，因此在大型建筑，如工業廠房、體育館、展覽館等建設中廣泛使用。鋼結構防火涂料對鋼結構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，隔熱性能好等優點，所以一些大型建筑的鋼結構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 鋼結構防火涂料概述

1.1 鋼結構防火涂料的工作理論基礎

國家GB14907 - 2002《鋼結構防火涂料》規范中，對鋼結構防火涂料的概念陳述為：用于構筑物及建筑物的鋼結構表面進而生成耐火隔熱保護層達到提高鋼結構耐火極限目的的涂料。在實際應用中，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，而且導熱系數較小，使得火焰溫度向被保護鋼結構的傳遞得到延緩。第二，涂層具有屏蔽作用，使鋼結構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，涂層的部分物質會分解產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構表面快速建立絕熱泡沫層，使鋼結構基體之間的溫度傳導減緩，使之符合耐火極限的規定[1]。

1.2 鋼結構防火涂料的類型

依據不同的標準，防火涂料的分類方法不同(見表1）。

2 鋼結構防火涂料的應用現狀分析

2.1 應用現狀

從上世紀60年代開始，世界各國出現的性能優異的鋼結構防火涂料型號較多，如，加拿大AD防火有限責任公司AD Firefilm II型和英國Nullifire公司S605鋼結構防火涂料。我國鋼結構防火涂料出現較晚，80年代初起步，90年代后得到迅速發展，產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構防火涂料[2]。迄今為止，鋼結構防火涂料體系不僅為工程建設生產了許多性能優良的產品，而且已經發展到跨行業研究。國內鋼結構防火涂料的國內市場需求量高達2萬噸/年，鋼結構防火涂料的累計應用量20多萬噸[4]。生產和施工的企業單位超過2000家，工程技術人員超過萬人，生產企業主要集中在四川、山東、上海、北京、江蘇、廣東等全國20多個省、市、自治區。

表1 防火涂料分類

2.2 存在的主要問題

隨著鋼結構防火涂料的廣泛應用，涂料可能會出現老化和破損等問題，這直接關系到鋼結構的安全，如何合理保護鋼結構，很好發揮涂料的防護作用是一個關鍵性的問題。

2.2.1 非膨脹型鋼結構防火涂料的破損問題

因為鋼構件與厚涂型防火涂料有較差的粘結性，所以，劇烈震動、碰撞發生時，涂料會產生脫落和破損現象，對鋼結構構件的防火保護作用會喪失。在20世紀90年代，厚涂型鋼結構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]。美國建筑師協會(AIA )曾在1999-2000年6月這段時間對世貿中心雙塔鋼結構防火保護的情況進行過全面的調查，結果表明，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 膨脹型鋼結構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。無論是在室內還是室外，膨脹型防火涂料都要經受濕度和溫度的變化，紫外線照射等多種因素影響，使涂料成分發生老化和降解等變化[6]。當前，各種防火涂料的檢測報告所顯示的耐火極限的檢驗結果都是在使用之前，但是，火災一般發生在涂料涂覆之后，甚至是涂覆后更長時間。一旦火災發生，防火涂料能否發揮應有的作用還需要進一步探討。

2.2.3 防火涂料隔熱參數確定的不合理性

防火涂料提高鋼結構的抗火性能主要是通過隔熱延緩鋼結構受火升溫來實現的。所以，鋼結構抗火設計的基礎就是對鋼結構防火涂料隔熱參數準確性的確定。在CECS 200：2006《建筑鋼結構防火技術規范》中對非膨脹型防火涂料的規定：生產廠商應提供等效導熱系數、比熱容和密度參數或者導熱系數(500℃)、比熱容、含水率和密度參數。膨脹型防火涂料的特點之一，就是高溫條件下，其中的化學成分發生發泡膨脹的反應，進而對鋼結構構件進行保護。在發泡膨脹過程中，膨脹型防火涂料的厚度和熱工參數會因溫度的變化而改變。所以，鋼結構抗火設計的過程采用常溫下的厚度和熱工參數是存在問題的。對于確定膨脹型防火涂料熱工參數的方法在相關規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構的材料性質完全不同，鋼構件和涂料之間的粘結應力會隨著鋼構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生在鋼梁的端部、鋼柱的端部和中部等構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，高效協同體系的運用，不僅可以增強鋼結構與涂料的耐久性和粘結強度，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，預防防火涂料的老化現象發生，如在防火效果不發生變化的基礎上，盡可能減少填料及助劑和阻燃劑等輔助性材料的使用[5]。對鋼結構防火涂料耐久性方法的研制，能準確預測其實際的使用壽命，可以根據其基材或主體結構的使用壽命和環境要求的不同來判斷更換或維修的時間[7]。

第三，現在所用的防火涂料隔熱參數并沒有完全代表火災發生時鋼結構防火涂料的實際耐火情況，因此，應加快對標準的修訂，研發出一種有效的方法來擬定與實際火災發生時接近的相關參數，使防火涂料的防火作用得到最大程度的發揮。

3 鋼結構防火涂料的發展前景

現在，防火涂料的品種和應用范圍逐漸擴大，在防火性能和理化性能方面也在不斷提高和改進。隨著建筑鋼結構產業的發展，鋼結構防火涂料的使用范圍也在成倍的增加。涂料工業的發展帶動防火涂料正向節省能源、節省資源、提高涂膜質量、方便施工和保護環境這五個方向邁進[8]。水溶型的防火涂料在市場份額中的比例逐漸增加。防火涂料的發展方向主要在以下幾個方面：①對復合高效低水溶性的炭化發泡劑、催化劑進行研發。②對環境污染少、原料易得的優質的無機膨脹防火涂料進行重視和開發。③在高檔家具的應用以及古建筑、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加入防火涂料體系中。⑤防火涂料的開發要與廢物利用相結合。

[1]肖亞明，孫強，馬芹永，完海鷹.鋼結構設計原理[M].合肥:合肥工業大學出版社，2005:1-14.

[2]孫強，吳昊，夏璐.淺議建筑鋼結構防火涂料的優選方法[J].安徽建筑工業學院學報.2008,16(4):1-4.

[3]周世斌.鋼結構防火涂料存在問題探析[J].中國建筑金屬結構，2013.4.

[4]陳曉霞，衛愛民，賈黎君.鋼結構防火涂料應用進展[J]，安慶師范學院學報，2007,(2):140-142.

[5]孫強，吳昊，夏璐.淺議建筑鋼結構防火涂料的優選方法[J].安徽建筑工業學院學報.2008.

[6]張偉;段程廣.鋼結構防火涂料存在的問題及對策[J].科技傳播，2013.12.

[7]于立東.淺析鋼結構防火涂料在建筑防火之中的應用[J].化學工程與裝備，2013.7.

[8]吳潤澤，萬雄衛，刁曉亮，王桂銀.國內鋼結構防火涂料生產工藝現狀及發展趨勢[J].現代涂料與涂裝，2012.12