鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火原理分析

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一、前言

　　鋼結(jié)構(gòu)件的防火方法主要有涂料保護、防火板保護、混凝土保護、柔性卷材保護、無機纖維保護、結(jié)構(gòu)內(nèi)通水冷卻保護等。其中，涂刷防火涂料施工方便、重量輕、成本低、不受構(gòu)件幾何形狀限制，應(yīng)用范圍最廣，效率最高。

　　要使鋼結(jié)構(gòu)材料在實際應(yīng)用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理，其目的就是將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限提高到設(shè)計規(guī)范規(guī)定的極限范圍。防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生形變塌落，其措施是多種多樣的，關(guān)鍵是要根據(jù)不同情況采取不同方法，如采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結(jié)構(gòu)溫升、強度變?nèi)醯臅r間等。但無論采取何種方法，其原理是一致的。防火涂料就是一種近年來比較先進的防火技術(shù)措施。

　　二、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火原理及組成

　　鋼結(jié)構(gòu)防火保護的原理是采用絕熱或吸熱的材料阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量向鋼材傳遞的速度，推遲鋼結(jié)構(gòu)溫升和強度減弱的時間。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》（GB14907—2002），鋼結(jié)構(gòu)防火涂料定義為施涂于建筑物及構(gòu)筑的鋼結(jié)構(gòu)表面，能形成耐火隔熱保護層以提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限的涂料。目前，國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料主要有基體樹脂、催化劑、成碳劑、發(fā)泡劑等組成。

　　1.基體樹脂

　　基體樹脂與其它組分配伍，既保證了涂料在正常條件下具有各種使用功能，又能在火焰灼燒或高溫條件下具有難燃性和優(yōu)良的膨脹發(fā)泡性能。通常情況下，丙烯酸樹脂防火涂料的炭化層質(zhì)量較高，故通常采用丙烯酸樹脂作為主成膜物，并對其進行改性，以提高涂料的整體效果。

　　2.催化劑

　　催化劑是一種能在一定條件下分解出磷酸的物質(zhì)，分解出的酸使多元醇脫水，從而使之形成不易燃的三維空間結(jié)構(gòu)的炭化層。通常，磷酸三聚氰胺的水溶性較聚磷酸胺小，且兼具催化和發(fā)泡雙重功效，目前主要選用磷酸三聚氰胺為催化劑。

　　3.成碳劑

　　成碳劑是涂層在高溫下形成不易燃三維空間結(jié)構(gòu)的泡沫碳化層的物質(zhì)基礎(chǔ)，對泡沫炭化層起骨架作用。成碳劑在分解溫度上要和催化劑相匹配，當(dāng)采用聚磷酸胺作催化劑時就應(yīng)用熱穩(wěn)定性高的含高碳多羥基化合物作成碳劑，如季戊四醇、二戊季醇超薄型防火涂料用于廣東大亞灣核電站裸露廠房屋架上已達十幾年之久，仍可正常使用。但其缺點是施工時氣味大、涂層易老化，淀粉等。使用淀粉做成碳劑，涂層的耐水性問題不易解決，而二季戊四醇由于其價格原因，在國內(nèi)也很少使用，目前國內(nèi)普遍采用季戊四醇作為防火涂料的成碳劑。

　　4.發(fā)泡劑

　　膨脹型防火涂料只有在發(fā)泡劑的作用下，才能在高溫火焰下產(chǎn)生膨脹層。發(fā)泡劑遇火分解并釋放出氨、水、二氧化碳、鹵化氫等不燃性氣體，使涂層在到達軟化點的情況下發(fā)泡膨脹，形成海綿狀結(jié)構(gòu)。

　　三、存在的技術(shù)問題

　　1.耐久性

　　由于厚型防火涂料存在自重大，裝飾性差，因此只能應(yīng)用在某些對外觀要求不高的室外鋼結(jié)構(gòu)。廣泛應(yīng)用的是薄型和超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，特別是超薄型。此兩類涂料所使用的主要原料聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇均耐水性不良，存在隨著環(huán)境、時間等溶出、分解、降解和老化等問題，因此，此類涂料必定會隨著時間的推移防火性能有所下降，而目前還沒有找出一種評定防火涂料耐久性的方法。檢測報告所給出的耐火極限是涂料涂后保養(yǎng)1至2個月的檢驗結(jié)果，但火災(zāi)的發(fā)生是不可預(yù)測的，火災(zāi)可能是在涂料涂后的1年，也可能在涂后的10年發(fā)生，因此膨脹型防火涂料最主要的就是耐久性問題。

　　2.安全性

　　目前的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料遇火有可能釋放出氨、HCN、鹵化氫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氯、溴等有毒有害氣體。如果這些氣體的濃度超過了人體忍受極限，便會對未逃離火場的人員以及消防人員造成危害。

　　3.生產(chǎn)、施工

　　國內(nèi)多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模不大，生產(chǎn)工藝流程自動化水平不高，有部分企業(yè)還處于手工作坊式在操作，不少產(chǎn)品的配方工藝大同小異，對專用于防火涂料的原料研究不夠，對原材料的檢測、控制不夠，生產(chǎn)過程的檢測手段不全，施工設(shè)備有待改進提高，與防銹漆的配套性也不能進行嚴(yán)格的檢驗。

　　4.測試方法

　　鋼結(jié)構(gòu)防火涂料作為一類功能性涂料，其性能主要有理化和耐火兩方面組成。同樣耐火極限的防火涂料因其應(yīng)用環(huán)境不同、受火類型不同，對基材的保護作用也就不同。

　　5.檢測標(biāo)準(zhǔn)方面

　　GB14907-2002《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》對同種防火涂料只規(guī)定一種涂層厚度的檢驗報告，而實際工程中由于鋼梁、鋼柱、鋼樓板規(guī)范所要求的耐火極限各不相同，例如室內(nèi)厚度為2mm的超薄型防火涂料檢測報告出具耐火極限為1.5h，實際工程要求鋼梁、鋼板、鋼柱耐火極限分別為1.5h、1.0h、2.0h。對鋼板、鋼柱應(yīng)采用何種厚度的防火涂料進行保護，目前無論從理論界或是實際工程均缺乏相應(yīng)的研究。

　　6.檢測標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件與實際工程構(gòu)件的差異性

　　耐火極限檢驗中使用的基材是Q235的標(biāo)準(zhǔn)I36b或I40b熱軋普通工字鋼梁，而實際工程運用中，鋼構(gòu)件的截面尺寸各種各樣。檢驗報告中描述的鋼梁與實際工程中的鋼構(gòu)件并無完全的對應(yīng)關(guān)系，實際使用的鋼構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)鋼梁間應(yīng)該如何進行換算，如何確定實際使用的鋼構(gòu)件的涂層厚度，國家尚無規(guī)定。

　　四、相應(yīng)對策

　　1.對鋼結(jié)構(gòu)建筑進行科學(xué)的防火保護

　　目前，我們通常使用的方法有：鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂防火涂料；用現(xiàn)澆混凝土作外包層；鋼構(gòu)件內(nèi)充水等，其中應(yīng)用最為廣泛的是鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂防火涂料。

　　2.加大宣傳培訓(xùn)教育的力度

　　防火工程造成的火險隱患原因是多方面的，但很重要的一個原因是思想認(rèn)識不到位，輕視火災(zāi)預(yù)防，對違規(guī)施工存在僥幸心理。消防部門應(yīng)利用報紙、廣播等形式廣泛宣傳鋼結(jié)構(gòu)阻燃處理的重要性和必要性，適時組織設(shè)計、施工單位進行消防培訓(xùn)，提高設(shè)計、施工人員的業(yè)務(wù)理論水平和執(zhí)法守法意識。3.加強對防火涂料市場的規(guī)范管理

　　凡是防火涂料的生產(chǎn)廠家必須有國家檢測機構(gòu)檢測合格的報告，方準(zhǔn)出廠銷售，并應(yīng)附有使用說明書，標(biāo)明技術(shù)性能、制造批號、儲存期限、適用范圍；消防監(jiān)督部門應(yīng)對每批防火涂料進行出廠前的質(zhì)量抽檢，并檢驗其包裝、標(biāo)貼、說明等是否符合規(guī)定要求。對于防火涂料的施工單位，明確要求持有相關(guān)施工資質(zhì)。

　　4.嚴(yán)把審核關(guān)

　　在受理鋼結(jié)構(gòu)審核項目時，要求設(shè)計單位在圖紙中明確建筑物的使用性質(zhì)、耐火等級、火災(zāi)危險性分類、生產(chǎn)工藝流程、防火涂料的施工方法等消防設(shè)計內(nèi)容。承擔(dān)消防工程的施工單位應(yīng)具有相應(yīng)的資質(zhì)，并在施工前將施工方案報消防部門審核。對于設(shè)計不全、無施工方案的，消防部門可以下發(fā)不受理通知單并注明不受理的理由。

　　5.正確選用防火涂料品種

　　目前市場上防火涂料的品種繁多，其防火性能也不盡相同。不能把組成、制造工藝、質(zhì)檢方法和標(biāo)準(zhǔn)以及施用技術(shù)等方面存在明顯不同的飾面型防火涂料用于保護鋼結(jié)構(gòu)；對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)耐火極限要求選用不同的防火涂料：耐火極限不超過1h時，可選用超薄型或薄型防火涂料；耐火極限不超過2.5h時，可選用薄型或厚漿型防火涂料；耐火極限在2.5h以上時，應(yīng)選用厚漿型防火涂料。裸露部位且裝飾效果要求高時，如屋頂承重構(gòu)件可選用超薄型防火涂料，裸露的柱及網(wǎng)架構(gòu)件則可選用薄型涂料，隱蔽部位選用厚漿型涂料。不能將技術(shù)性能僅滿足于室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品未加技術(shù)改進就用于保護室外鋼結(jié)構(gòu)，露天鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的選用應(yīng)考慮其耐水、防凍、防腐等因素，只有這樣，才能真正發(fā)揮涂料的防火性能。

　　6.及時進行施工現(xiàn)場檢查

　　防火涂料工程施工較快，加強對施工現(xiàn)場的監(jiān)督檢查非常重要。通過施工現(xiàn)場檢查，可以掌握施工隊伍的情況、工程的進度、施工質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量。只有實地檢查，才能發(fā)現(xiàn)隱患并及時督促整改，避免不必要的損失。有條件的地方，還可以從施工現(xiàn)場取樣并對樣品進行熱性能分析、比較、檢驗，確保工程質(zhì)量。

　　7.嚴(yán)格驗收標(biāo)準(zhǔn)

　　在工程竣工驗收前，消防部門應(yīng)讓建設(shè)、施工、監(jiān)理單位出具質(zhì)量檢測報告，掌握工程施工情況。在工程驗收時，不僅要重視消防設(shè)施的驗收，還應(yīng)把鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的驗收放在重要位置。消防監(jiān)督人員不僅要眼看、手摸，還應(yīng)配置測厚儀等必要的檢測設(shè)備。對于施工質(zhì)量達不到要求的，該返工的要返工，該處罰的處罰，確保鋼

　　結(jié)構(gòu)消防工程的質(zhì)量，從根本上消除鋼結(jié)構(gòu)工程存在的火災(zāi)隱患。

　　五、結(jié)束語

　　由于鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是如今乃至未來社會很有發(fā)展前途的一類產(chǎn)品，只有檢驗機構(gòu)、生產(chǎn)、設(shè)計、施工、監(jiān)理和消防監(jiān)督部門聯(lián)手共同努力，才能使我國的防火涂料領(lǐng)域健康、有序發(fā)展。

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