淺談鋼結構防火涂料及其存在的技術問題

1、前言

鋼材是一種不會燃燒的建筑材料，它具有抗震、抗彎等特性。在實際應用中，鋼材既可以相對增加建筑物的荷載能力，也可以滿足建筑設計美感造型的需要，還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲、拉伸的缺陷，因此鋼材受到了建筑行業的青睞，單層、多層、摩天大樓，廠房、庫房、候車室、候機廳等采用鋼材都很普遍。但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機械性能，如屈服點抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。北京消防檢測維保公司-淺談鋼結構防火涂料及其存在的技術問題 文/袁坤 孫剛

鋼結構通常在450～650℃溫度中就會失去承載能力，發生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果因過大的形變而不能繼續使用，一般不加保護的鋼結構的耐火極限為15分鐘左右。這一時間的長短還與構件吸熱的速度有關。

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。

2、防火涂料的作用及組成

2.1,防火涂料的作用及分類

防火涂料是指涂敷于物體表面，并能很好地豁結形成完整的保護膜的物料。用于建筑物作裝飾或保護的涂料為建筑涂料。建筑涂料是應用十分廣泛的建筑材料之一。其主要功能是起保護作用，調節建筑物使用功能以及改善建筑物的特殊要求。合理利用特殊功能的涂料，可以直接彌補建筑功能方面的不足以滿足工程技術的實際需要，達到多功能的目的。

防火涂料屬于特種涂料，當它用于可燃性基材表面時，則在火災高溫作用下可以降低材料表面燃燒特性，改變其燃燒性能推遲或消除引燃過程，阻滯火災迅速蔓延，并可提高其耐火極限;當它用于不燃性或建筑構件(如鋼結構、預應力鋼筋混凝土樓板等)時，則在火災高溫作用下可以有效地降低構件溫度_L升速度，提高其耐火極限，從而推遲結構失穩過程。

防火涂料按被保護的基材可分為鋼結構防火涂料和飾面型防火涂料。按成膜物質的種類分為有機防火涂料和無機防火涂料。按分散介質的種類分為溶劑型防火涂料和水性涂料。按其組成材料不同分為膨脹型防火涂料和非膨脹防火涂料。

2.2,防火涂料的及組成

防火涂料一般由私結劑防火劑、防火隔熱填充料及其他添加劑組成。

(1)基料基料對膨脹型防火涂料的性能有很大的影響。它與其他組分配合，既保證涂層在正常工作條件下具有一般的使用性能，又能在火焰或高溫作用下使涂層具有難燃性和優良的膨脹效果。常用的基料主要有:

①水性樹脂 水性樹脂是以水作溶劑的一類樹脂。它具有節約有機溶劑，施工方便，毒性小，無火災危險等優點。常用的水性樹脂有聚醋酸乙烯乳液、氯乙烯偏二氯乙烯共聚物乳液、聚丙烯酸乳液、氯丁橡膠乳液。

②含氮樹脂。含氮樹脂的耐水性、耐化學性、裝飾性及物理力學性能都較好，具有定的阻燃效果。常用的有三聚氰胺甲醛樹脂、聚氨基甲酸醋樹脂、聚酸胺樹脂、丙烯睛共聚物等。

(2)脫水成碳催化劑主要作用是涂料遇熱時促進涂層脫水、炭化，形成炭化層。常用的催化劑有磷酸二氫按、磷酸氫二按、焦磷酸按、多聚磷酸錢以及有機磷酸醋等。其中多聚磷酸按具有水溶性小，熱穩定性高的特點。

(3)碳化劑涂料受熱后形成多孔結構的碳化層。使用較多的有淀粉、糊精、季戊四醇等。

(4)發泡劑涂料受熱時，釋放出不燃性氣體，如氨、二氧化碳、水蒸氣、鹵化氫等，使涂層膨脹起來，并在涂層內形成海綿狀結構。常用的發飽劑有三聚氰胺、氯化石蠟、碳酸鹽、磷酸按鹽等。

(5)阻燃劑在防火涂料中的作用是增加涂層的阻燃能力，并在其他組分的協同作用下實現涂層的難燃化。用于防火涂料中的阻燃劑種類很多，常用含磷、鹵素的有機阻燃劑，如磷酸醋、三(二澳丙基)磷酸醋，三(二氯丙基)磷酸醋等，常用無機阻燃劑有氧化鋁、硼砂、氫氧化鎂等。

(6)無機隔熱材料用于鋼結構、混凝土隔熱防火涂料，其主要有膨脹蛙石、膨脹珍珠巖等。鋼結構、混凝土本身是不燃性材料，涂覆防火涂料的目的不是起阻燃作用，而是起隔熱作用。

(7)顏料對膨脹型防火涂料來說，含有機填料的比例較少，甚至不含。固其含量增加會影響涂層的發泡效果，從而降低涂層的防火性能。常用的著色顏料有欽白粉、氧化鋅、鐵紅、鐵黃等。

3、鋼結構防火涂料的防火機理

(1)具有難燃性或不燃性，使被保護基材不直接與空氣接觸而減緩燃燒速度。

(2)具有較低的導熱系數，可以延遲火焰溫度向被保護基材的傳遞。

(3)受熱分解出不燃的惰性氣體，沖淡被保護物體受熱分解出的可燃性氣體，使之不易燃燒或燃燒速度減慢。

(4)含氮的防火涂料受熱分解放出NO、NH3等基團，與有機游離基化合，中斷連鎖反應，降低溫度。

(5)月彭脹型防火涂料受熱膨脹發泡，形成碳質抱沫隔熱層，封閉被保護的物體，延遲熱量向基材的傳遞，阻止物體著火或因溫度升高而造成強度下降。

4、鋼結構防火涂料技術方面存在的問題

(1)安全性問題

目前的膨脹型鋼結構防火涂料的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、澳等有毒有害氣體。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。

(2)耐久性問題

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按、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1～2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一年，也可能在涂后的十年發生，因此膨脹型防火涂料的最主要的就是耐久性問題。

(3)測試方法存在的問題

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。

(4)生產、施工問題

國內多數鋼結構防火涂料的生產企業的生產規模不大，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。

(5)檢測標準構件與實際工程構件差異性問題

耐火極限檢驗中使用的基材是Q235的標準136b或140b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。

(6)檢測標準方面存在的問題

目前我國評價防火涂料性能的標準有：

①GB12441一1998飾面型防火涂料通用技術條件，適用于建筑物及工程中可燃性基材使用的飾面型防火涂料。如匯麗的X一60飾面型防火涂料。

②G B14907一2002《鋼結構防火涂料》，適用于建筑及工程鋼結構使用的防火涂料。如匯麗的SJ-1、SJ-2型隔熱防火涂料，HL一2超薄型鋼結構防火涂料。淺談鋼結構防火涂料及其存在的技術問題 文 /袁坤 孫剛

GB14907一2002《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1.5小時，實際工程要求鋼梁、鋼板、鋼柱耐火極限分別為1.5, 1.0, 2.0小時，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。