淺析鋼結構防火涂料防火原理及技術

鋼結構作為現代建筑的主要形式，在常溫下具有質量輕、強度高，抗震性能好，施工周期短，建筑工業化程度高，空間利用率大等優點，為企業節省投資而被投資者大量應用。但鋼結構建筑抗火性能差的特點也非常明顯，因為鋼材雖是一種不燃燒的材料，卻是熱的良導體，極易傳導熱量。鋼材在溫度超過300度以后，屈服點和極限強度顯著下降，達到600度時強度幾乎等于零。科學試驗和實例都表明，未加保護的鋼結構在火災情況下，只需15分鐘，自身溫度就會上升到540度以上，致使構件本身扭曲變形，導致建筑物坍塌毀壞，變形后的鋼結構也無法修復使用。因此，對鋼結構必須采取防火保護措施。

一、前言

鋼結構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、結構內通水冷卻保護等。其中，涂刷防火涂料施工方便、重量輕、成本低、不受構件幾何形狀限制，應用范圍zui廣，效率zui高。

要使鋼結構材料在實際應用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理，其目的就是將鋼結構的耐火極限提高到設計規范規定的極限范圍。防止鋼結構在火災中迅速升溫發生形變塌落，其措施是多種多樣的，關鍵是要根據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構，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結構溫升、強度變弱的時間等。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措施。

二、鋼結構防火涂料防火原理及組成

鋼結構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構，降低熱量向鋼材傳遞的速度，推遲鋼結構溫升和強度減弱的時間。根據《鋼結構防火涂料》(GB14907—2002)，鋼結構防火涂料定義為施涂于建筑物及構筑的鋼結構表面，能形成耐火隔熱保護層以提高鋼結構耐火極限的涂料。目前，國內外鋼結構防火涂料主要有基體樹脂、催化劑、成碳劑、發泡劑等組成。

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良的膨脹發泡性能。通常情況下，丙烯酸樹脂防火涂料的炭化層質量較高，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，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構的炭化層。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構的泡沫碳化層的物質基礎，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，當采用聚磷酸胺作催化劑時就應用熱穩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，在國內也很少使用，目前國內普遍采用季戊四醇作為防火涂料的成碳劑。

4 發泡劑

膨脹型防火涂料只有在發泡劑的作用下，才能在高溫火焰下產生膨脹層。發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泡膨脹，形成海綿狀結構。

三、存在的技術問題

1 耐久性

由于厚型防火涂料存在自重大，裝飾性差，因此只能應用在某些對外觀要求不高的室外鋼結構。廣泛應用的是薄型和超薄型鋼結構防火涂料，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1至2個月的檢驗結果，但火災的發生是不可預測的，火災可能是在涂料涂后的1年，也可能在涂后的10年發生，因此膨脹型防火涂料zui主要的就是耐久性問題。

2 安全性

目前的膨脹型鋼結構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、施工

國內多數鋼結構防火涂料生產企業的規模不大，生產工藝流程自動化水平不高，有部分企業還處于手工作坊式在操作，不少產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，生產過程的檢測手段不全，施工設備有待改進提高，與防銹漆的配套性也不能進行嚴格的檢驗。

4 測試方法

鋼結構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用環境不同、受火類型不同，對基材的保護作用也就不同。

5 檢測標準方面

GB14907-2002《鋼結構防火涂料》對同種防火涂料只規定一種涂層厚度的檢驗報告，而實際工程中由于鋼梁、鋼柱、鋼樓板規范所要求的耐火極限各不相同，例如室內厚度為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的研究。

6 檢測標準構件與實際工程構件的差異性

耐火極限檢驗中使用的基材是Q235的標準I36b或I40b熱軋普通工字鋼梁，而實際工程運用中，鋼構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件并無完全的對應關系，實際使用的鋼構件和標準鋼梁間應該如何進行換算，如何確定實際使用的鋼構件的涂層厚度，國家尚無規定。

四、相應對策

1 對鋼結構建筑進行科學的防火保護

目前，我們通常使用的方法有：鋼結構表面噴涂防火涂料；用現澆混凝土作外包層；鋼構件內充水等，其中應用zui為廣泛的是鋼結構表面噴涂防火涂料。