廠房鋼結(jié)構(gòu)防火涂料性能評估與選擇策略

摘要：由于承載力強、施工方便，鋼結(jié)構(gòu)在廠房建設(shè)中的應(yīng)用比較廣泛。然而，其耐火性能相對較低，為滿足建筑防火安全要求，必須通過防火涂料將其耐火極限提高。通過介紹鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的主要種類，并對其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)從耐火性能、黏結(jié)強度、耐候性、環(huán)境保護等方面進行了評價，以期為廠房鋼結(jié)構(gòu)防火涂料性能評價及選用策略提供參考。

關(guān)鍵詞：廠房鋼結(jié)構(gòu)；防火涂料；性能評估

中圖分類號：TU998.1" " " 文獻標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）12-0121-03

鋼結(jié)構(gòu)廠房具有質(zhì)量輕、強度高、跨度大、搬移方便、循環(huán)使用無污染等優(yōu)點，在工業(yè)建筑領(lǐng)域的應(yīng)用比較廣泛。然而，鋼結(jié)構(gòu)廠房在高溫環(huán)境下耐火性較差，容易出現(xiàn)強度衰減，通常在500℃左右開始喪失承載力，600℃時可能面臨結(jié)構(gòu)坍塌的風(fēng)險。在溫度較低的地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)還容易出現(xiàn)脆性斷裂，影響使用壽命。防火涂料通過在火災(zāi)中形成隔熱屏障，阻隔熱量傳遞，延緩鋼材溫度升高，避免因建筑坍塌而喪失對鋼結(jié)構(gòu)的支撐能力。根據(jù)防火需求和使用環(huán)境的不同，防火涂料分為膨脹型防火涂料和非膨脹型防火涂料兩大類。在實際工程應(yīng)用中，防火涂料的選擇受到多種因素的影響，如廠房的耐火等級要求、施工環(huán)境、經(jīng)濟成本、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等。

1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的基本分類

1.1" 膨脹型防火涂料

目前，在鋼結(jié)構(gòu)防火涂料中廣泛使用的一類是膨脹型防火涂料。其主要特點是在火災(zāi)高溫環(huán)境下膨脹后迅速形成致密的炭化泡沫層，可有效隔絕氧氣和熱量，延緩鋼結(jié)構(gòu)溫度升高，提高耐火極限[1]。這類涂料的基本組成包括成膜物質(zhì)、發(fā)泡劑、碳源和催化劑等，這些物質(zhì)受熱后可快速反應(yīng)產(chǎn)生膨脹層。膨脹型防火涂料在不影響鋼結(jié)構(gòu)整體美觀的情況下，既有較好的防火性能，又有較薄的涂層厚度，適用于工業(yè)和民用建筑，需要兼顧防火性能和裝飾效果。然而，其耐久性和抗老化能力相對較弱，在長期使用過程中，可能會因環(huán)境因素而影響防火效果。因此，在施工和維修過程中，要特別注意其附著力和耐候性。

1.2" 非膨脹型防火涂料

非膨脹型防火涂料在不影響鋼結(jié)構(gòu)整體美觀的情況下，既有較好的防火性能，又有較薄的涂層厚度，可適用于工業(yè)和民用建筑，尤其適用于需要兼顧防火性能和裝飾效果的場所。然而，其耐久性和抗老化能力相對較弱，長期使用過程中可能會因環(huán)境因素而影響防火效果。因此，在施工和維修過程中，需特別注意它的附著力和耐候性。

1.3" 其他特殊類型防火涂料

市場上除了常見的膨脹型和非膨脹型防火涂料外，還存在一些針對個性化需求的特殊功能型防火涂料。這些涂料包括結(jié)合了不同防火機理的超薄型防火涂料、水性防火涂料、納米防火涂料等，還有采用高效阻燃劑和智能溫控微膠囊等技術(shù)的復(fù)合防火材料，以提高耐火性能、施工便捷性和環(huán)保性。除此之外，還有不含有機溶劑，適用于對揮發(fā)性有機物（VOC）排放要求嚴(yán)格的場所的水性防火涂料；利用高熱穩(wěn)定性和低導(dǎo)熱性的納米材料制作而成的納米防火涂料，在提高防火性能的同時，也增強了涂層的附著力和耐久性。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，特殊類型防火涂料的應(yīng)用前景廣闊，將為鋼結(jié)構(gòu)建筑提供更高效、安全、環(huán)保的防火解決方案。

2 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的性能評估

2.1" 防火涂料的性能指標(biāo)

防火涂料的耐火極限是指在建筑構(gòu)件、配件或結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗條件下，從受到火作用時起至失去承載能力、完整性或隔熱性時止的時間，通常以“h”為單位。不同建筑結(jié)構(gòu)和使用要求對應(yīng)著不同的耐火極限需求，一般廠房鋼結(jié)構(gòu)的耐火等級需達到1.5h以上。耐火極限的高低受涂料成分、涂層厚度以及涂料的膨脹或隔熱能力等因素影響。膨脹型防火涂料通過形成泡沫狀碳化層來延長耐火時間，而非膨脹型防火涂料則主要依靠其低導(dǎo)熱性和耐高溫特性提供保護。

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的黏結(jié)強度指的是涂料與基材之間的附著力。這種附著力隨基材表面處理、涂料配方、施工工藝及環(huán)境因素的不同而有所差異。黏結(jié)強度是同種物質(zhì)分子之間存在分子力的表現(xiàn)，直接影響防火涂料的使用壽命和耐火性能。若防火涂料在長期使用過程中能維持良好的黏結(jié)強度，可避免發(fā)生剝落或開裂現(xiàn)象。反之，若黏結(jié)強度不足，涂層在受到振動、溫濕度變化等外部因素影響時易脫落，從而導(dǎo)致防火保護失效。

對于暴露在潮濕、高溫、化學(xué)腐蝕或紫外線輻射等惡劣環(huán)境中的廠房鋼結(jié)構(gòu)而言，耐久性是防火涂料能否長期維持正常工作狀態(tài)的重要指標(biāo)。耐久性良好的防火涂料能確保涂層不因環(huán)境變化而開裂、失穩(wěn)或脫落，從而保證長期的防火效果。以常見的非膨脹型防火涂料和膨脹型防火涂料來對比，前者的耐久性要比后者更好，但是采用如硅酸鹽或水泥基等無機材料的防火涂料則具有更優(yōu)異的抗老化性能。在選擇防火涂料時，應(yīng)綜合考量各種因素，特別是要根據(jù)廠房的具體使用環(huán)境來選擇相應(yīng)的耐候性增強型防火涂料。

2.2" 影響防火涂料性能的關(guān)鍵因素

防火涂料的性能受多種因素影響，包括其化學(xué)組成、施工工藝、基材處理及使用中的溫濕度、化學(xué)腐蝕、機械損傷等環(huán)境因素[2]。涂料的防火性能主要由防火機理決定，例如膨脹型涂料的發(fā)泡劑、碳源和催化劑的配比會直接影響涂料的膨脹效果和耐火極限；而非膨脹型涂料的無機填料種類則決定了涂料的隔熱和抗老化能力。此外，涂料性能的發(fā)揮還受施工工藝水平的制約。涂層厚度是否達標(biāo)、涂抹是否均勻、是否經(jīng)過充分干燥，以及涂覆方式是采用噴涂、刷涂還是滾涂的選擇都會影響涂料的最終性能。若在施工過程中未進行科學(xué)合理的操作，例如鋼結(jié)構(gòu)表面未經(jīng)專業(yè)處理，則會導(dǎo)致涂層剝落，進而影響涂料的黏結(jié)強度和附著力，最終造成防火性能下降。因此，施工方式直接影響防火涂料的防火保護效果。

3 廠房鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的選擇策略

3.1" 根據(jù)耐火等級與防火設(shè)計要求選擇

鋼結(jié)構(gòu)廠房的生產(chǎn)性質(zhì)不同，導(dǎo)致其建筑耐火極限、等級、防火設(shè)計要求也不同。建筑構(gòu)件（梁、柱、樓板、墻體等）的燃燒性能和防火極限是決定建筑耐火等級的關(guān)鍵因素。通常情況下，輕工業(yè)廠房可能要求鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限達到1.5h，而重工業(yè)廠房因涉及高溫作業(yè)及大量可燃物儲存，其耐火極限要求可能更高。那么，防火涂料的生產(chǎn)商在生產(chǎn)防火涂料時，需嚴(yán)格遵守GB50016—2014（2018年版）《建筑設(shè)計防火規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證涂料在結(jié)構(gòu)耐火性能方面能夠達到要求。此外，還要結(jié)合鋼構(gòu)件的類型（如柱、梁、屋架等）、負(fù)荷情況以及防火設(shè)計的具體情況，選用適宜的種類和涂層厚度，以達到防護效果最佳。

3.2" 根據(jù)施工條件與環(huán)境選擇

防火涂料選用的重要依據(jù)還有施工條件和廠房環(huán)境的特殊性。在施工時，應(yīng)考慮噴涂、刷涂或滾涂等施工方式的選擇，以及烘干時間對施工進度的影響。就施工條件而言，膨脹型防火涂料由于涂層較厚，對施工條件要求較為苛刻，而非膨脹型防火涂料則相對容易，適合大面積鋼結(jié)構(gòu)使用。從環(huán)境適應(yīng)性角度來說，廠房可能處于高溫、高濕、強腐蝕或粉塵較多的環(huán)境中，因此需選擇耐候性好、耐腐蝕的涂料。例如，在潮濕環(huán)境下，應(yīng)優(yōu)先選用抗水能力強的無機防火涂料；而在酸堿環(huán)境復(fù)雜的化工廠房中，防火涂料的抗酸堿、耐腐蝕能力更為重要[3]。此外，對于長期暴露在陽光下的鋼結(jié)構(gòu)廠房，需要采取相應(yīng)措施來應(yīng)對紫外線照射導(dǎo)致的性能衰減問題。

3.3" 根據(jù)經(jīng)濟性與維護成本選擇

當(dāng)需要達到相同的防火效果時，在原材料采購階段，膨脹型防火涂料可以有效控制成本支出，因為其涂層厚度較薄，單位使用量較低。由于其施工技術(shù)更為復(fù)雜，對建筑工人的專業(yè)技能要求較高，相應(yīng)地會導(dǎo)致人力成本的增加。而非膨脹型防火涂料的單位面積價格相對更實惠，但其所需的涂層更厚，這不僅使涂料的使用量大幅增加，施工周期也隨之延長，進而造成總的施工費用增加。此外，涂料運輸需求的大量增加也將帶動運輸費用的上升。以工業(yè)廠房為例，是否需要設(shè)立維修專崗應(yīng)事先規(guī)劃，維修資金也要合理預(yù)留。一些耐久性強的防火涂料，雖然初期采購費用較高，但從長期經(jīng)營角度看，能為企業(yè)節(jié)省經(jīng)營成本，可以明顯減少維修工作量。

3.4" 根據(jù)法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)要求選擇

行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)具有強制性和法律效應(yīng)，為確保安全合規(guī)，防火涂料的選用必須在遵循法律框架內(nèi)進行。我國對建筑防火涂料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格，制定了《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》《建筑材料及制品燃燒性能分級》等一系列法律條文，對防火涂料的耐火性能、理化參數(shù)、檢測方法等進行了明確規(guī)定。

隨著生態(tài)、綠色發(fā)展理念的深入，以及環(huán)保領(lǐng)域法規(guī)制度的日益完善，防火涂料的環(huán)保性能變得愈發(fā)重要。傳統(tǒng)的溶劑型防火涂料在施工時經(jīng)常會因揮發(fā)性有機物（VOC）含量高而危害施工人員的健康。而新型現(xiàn)代防火涂料不含有機溶劑和有害物質(zhì)，深受施工人員的喜愛，成為環(huán)保防火涂料的代表，進一步提升了防火涂料的環(huán)保性能。在廠房鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計上，應(yīng)優(yōu)先選用符合國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的低VOC防火涂料，既能在防火方面滿足需求，又能減少對環(huán)境及人體的傷害。

4 未來發(fā)展趨勢與優(yōu)化策略

4.1" 新型環(huán)保防火涂料

隨著環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格和綠色建筑理念的普及，工廠鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的發(fā)展將更加注重環(huán)保性能。傳統(tǒng)防火涂料中有機溶劑和揮發(fā)性有機物（VOC）含量較高，對環(huán)境和人體健康可能造成不良影響。未來的新型環(huán)保防火涂料將更側(cè)重于采用環(huán)保型配方，以降低對環(huán)境的污染，如開發(fā)低污染、易于施工的水性膨脹型防火涂料和納米材料，能夠增強涂料的耐火性和穩(wěn)定性。

4.2" 自修復(fù)技術(shù)防火涂料

自修復(fù)防火涂料是一種特殊的涂層，能夠在火災(zāi)發(fā)生后對破壞區(qū)域進行自動修復(fù)。該涂層通常含有一種黏合劑基質(zhì)和一種熱激活性修復(fù)劑。當(dāng)涂層暴露于火災(zāi)中時，通過微膠囊技術(shù)釋放修復(fù)劑，激活并遷移至受損處，經(jīng)聚合或交聯(lián)反應(yīng)，形成新的保護層。自修復(fù)技術(shù)防火涂料不僅省去更換破損涂料的麻煩，還減少了垃圾的產(chǎn)生。

4.3" 提升施工效率與長期性能

建筑質(zhì)量直接影響防火性能和使用壽命，因此，未來發(fā)展的重要方向是提高施工效率，并優(yōu)化長期性能。目前，傳統(tǒng)防火涂料在施工中往往需要噴涂多層以保證良好的黏結(jié)力，由于涂層較厚，干燥處理需較長時間才能達到保護效果，導(dǎo)致施工周期較長，從而使廠房投入使用在一定程度上產(chǎn)生滯后性。未來防火涂料將在材料、施工工藝等方面進行改進，提高固含量，并采用減少材料干燥時間的特殊制作工藝，從而使施工周期縮短。加強防火涂料的長效性能優(yōu)化，能夠確保其在惡劣環(huán)境下依然能夠穩(wěn)定地發(fā)揮應(yīng)有的功效。結(jié)合機器人自動噴涂、智能檢測等新技術(shù)，未來的廠房鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工將更加精準(zhǔn)，也能在安全防護方面提供更堅實的保證。

5 結(jié)束語

本研究通過比較分析不同類型防火涂料的特性，對防火涂料的耐火極限、黏結(jié)強度、耐久性等關(guān)鍵指標(biāo)進行了詳細的論述，并對不同類型防火涂料的選用策略進行了深入探討。隨著科技的進步，防火涂料的種類將更加多樣化，用途會更加廣泛，使用壽命也會延長，整體朝著環(huán)保、智能、高效的建設(shè)方向發(fā)展。在防火涂料研究領(lǐng)域，合理的性能評價和優(yōu)化應(yīng)用策略將為工廠鋼結(jié)構(gòu)提供更為安全、經(jīng)濟的保護方案。

參考文獻

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[2]秦汝祥，葛小麗，滕麗影，等.膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的制備及性能[J].電鍍與涂飾，2023，42（12）：63-70.

[3]吳天琦.淺論鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火性能檢測方法現(xiàn)狀及發(fā)展[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2021（11）：120-121.