钢结构防火涂料防火原理分析
一、前言
钢结构件的防火方法主要有涂料保护、防火板保护、混凝土保护、柔性卷材保护、无机纤维
保护、结构内通水冷却保护等。其中涂刷防火涂料施工方便、重量轻、成本低、不受构件
几何形状限制应用范围最广效率最高。
要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足必须进行防火处理其目的就是将钢结
构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落
其措施是多种多样的关键是要根据不同情况采取不同方法如采用绝热、耐火材料阻隔火
焰直接灼烧钢结构降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间等。但无论采取
何种方法其原理是一致的。防火涂料就是一种近年来比较先进的防火技术措施。
二、钢结构防火涂料防火原理及组成
钢结构防火保护的原理是采用绝热或吸热的材料阻隔火焰直接灼烧钢结构降低热量向钢材
传递的速度推迟钢结构温升和强度减弱的时间。根据《钢结构防火涂料》
GB14907—2002钢结构防火涂料定义为施涂于建筑物及构筑的钢结构表面能形成
耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限的涂料。目前国内外钢结构防火涂料主要有基体树
脂、催化剂、成碳剂、发泡剂等组成。 1.基体树脂 基体树脂与其它组分配伍既保证了涂料在正常条件下具有各种使用功能又能在火焰灼烧
或高温条件下具有难燃性和优良的膨胀发泡性能。通常情况下丙烯酸树脂防火涂料的炭化
层质量较高故通常采用丙烯酸树脂作为主成膜物并对其进行改性以提高涂料的整体效 果。 2.催化剂
催化剂是一种能在一定条件下分解出磷酸的物质分解出的酸使多元醇脱水从而使之形成
不易燃的三维空间结构的炭化层。通常磷酸三聚氰胺的水溶性较聚磷酸胺小且兼具催化
和发泡双重功效目前主要选用磷酸三聚氰胺为催化剂。 3.成碳剂
成碳剂是涂层在高温下形成不易燃三维空间结构的泡沫碳化层的物质基础对泡沫炭化层起
骨架作用。成碳剂在分解温度上要和催化剂相匹配当采用聚磷酸胺作催化剂时就应用热稳
定性高的含高碳多羟基化合物作成碳剂如季戊四醇、二戊季醇超薄型防火涂料用于广东大
亚湾核电站裸露厂房屋架上已达十几年之久仍可正常使用。但其缺点是施工时气味大、涂
层易老化淀粉等。使用淀粉做成碳剂涂层的耐水性问题不易解决而二季戊四醇由于其
价格原因在国内也很少使用目前国内普遍采用季戊四醇作为防火涂料的成碳剂。 4.发泡剂
膨胀型防火涂料只有在发泡剂的作用下才能在高温火焰下产生膨胀层。发泡剂遇火分解并 释放出氨、水、二氧化碳、卤化氢等不燃性气体使涂层在到达软化点的情况下发泡膨胀
形成海绵状结构。
三、存在的技术问题 1.耐久性
由于厚型防火涂料存在自重大装饰性差因此只能应用在某些对外观要求不高的室外钢结
构。广泛应用的是薄型和超薄型钢结构防火涂料特别是超薄型。此两类涂料所使用的主要
原料聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇均耐水性不良存在随着环境、时间等溶出、分解、降
解和老化等问题因此此类涂料必定会随着时间的推移防火性能有所下降而目前还没有
找出一种评定防火涂料耐久性的方法。检测报告所给出的耐火极限是涂料涂后保养1至2个
月的检验结果但火灾的发生是不可预测的火灾可能是在涂料涂后的1年也可能在涂后的10年发生因此膨胀型防火涂料最主要的就是耐久性问题。 2.安全性
目前的膨胀型钢结构防火涂料遇火有可能释放出氨、HCN、卤化氢、一氧化氮、二氧化氮、一
氧化碳、二氧化碳、氯、溴等有毒有害气体。如果这些气体的浓度超过了人体忍受极限便
会对未逃离火场的人员以及消防人员造成危害。 3.生产、施工
国内多数钢结构防火涂料生产企业的规模不大生产工艺流程自动化水平不高有部分企业
还处于手工作坊式在操作不少产品的配方工艺大同小异对专用于防火涂料的原料研究不 够对原材料的检测、控制不够生产过程的检测手段不全施工设备有待改进提高与防
锈漆的配套性也不能进行严格的检验。 4.测试方法
钢结构防火涂料作为一类功能性涂料其性能主要有理化和耐火两方面组成。同样耐火极限
的防火涂料因其应用环境不同、受火类型不同对基材的保护作用也就不同。 5.检测标准方面
GB14907-2002《钢结构防火涂料》对同种防火涂料只规定一种涂层厚度的检验报告而实际
工程中由于钢梁、钢柱、钢楼板规范所要求的耐火极限各不相同例如室内厚度为2mm的超
薄型防火涂料检测报告出具耐火极限为1.5h实际工程要求钢梁、钢板、钢柱耐火极限分别
为1.5h、1.0h、2.0h。对钢板、钢柱应采用何种厚度的防火涂料进行保护目前无论从理论
界或是实际工程均缺乏相应的研究。 6.检测标准构件与实际工程构件的差异性
耐火极限检验中使用的基材是Q235的标准I36b或I40b热轧普通工字钢梁而实际工程运用
中钢构件的截面尺寸各种各样。检验报告中描述的钢梁与实际工程中的钢构件并无完全的
对应关系实际使用的钢构件和标准钢梁间应该如何进行换算如何确定实际使用的钢构件
的涂层厚度国家尚无规定。
四、相应对策
1.对钢结构建筑进行科学的防火保护 目前我们通常使用的方法有钢结构表面喷涂防火涂料用现浇混凝土作外包层钢构件
内充水等其中应用最为广泛的是钢结构表面喷涂防火涂料。 2.加大宣传培训教育的力度
防火工程造成的火险隐患原因是多方面的但很重要的一个原因是思想认识不到位轻视火
灾预防对违规施工存在侥幸心理。消防部门应利用报纸、广播等形式广泛宣传钢结构阻燃
处理的重要性和必要性适时组织设计、施工单位进行消防培训提高设计、施工人员的业
务理论水平和执法守法意识。3.加强对防火涂料市场的规范管理
凡是防火涂料的生产厂家必须有国家检测机构检测合格的报告方准出厂销售并应附有使
用说明书标明技术性能、制造批号、储存期限、适用范围消防监督部门应对每批防火涂
料进行出厂前的质量抽检并检验其包装、标贴、说明等是否符合规定要求。对于防火涂料
的施工单位明确要求持有相关施工资质。 4.严把审核关
在受理钢结构审核项目时要求设计单位在图纸中明确建筑物的使用性质、耐火等级、火灾
危险性分类、生产工艺流程、防火涂料的施工方法等消防设计内容。承担消防工程的施工单
位应具有相应的资质并在施工前将施工方案报消防部门审核。对于设计不全、无施工方案
的消防部门可以下发不受理通知单并注明不受理的理由。 5.正确选用防火涂料品种 目前市场上防火涂料的品种繁多其防火性能也不尽相同。不能把组成、制造工艺、质检方法和标准以及施用技术等方面存在明显不同的饰面型防火涂料用于保护钢结构对钢结构防
火涂料应根据钢结构耐火极限要求选用不同的防火涂料耐火极限不超过1h时可选用超薄
型或薄型防火涂料耐火极限不超过2.5h时可选用薄型或厚浆型防火涂料耐火极限在
2.5h以上时应选用厚浆型防火涂料。裸露部位且装饰效果要求高时如屋顶承重构件可选
用超薄型防火涂料裸露的柱及网架构件则可选用薄型涂料隐蔽部位选用厚浆型涂料。不
能将技术性能仅满足于室内钢结构防火涂料标准要求的产品未加技术改进就用于保护室外钢
结构露天钢结构防火涂料的选用应考虑其耐水、防冻、防腐等因素只有这样才能真正
发挥涂料的防火性能。 6.及时进行施工现场检查
防火涂料工程施工较快加强对施工现场的监督检查非常重要。通过施工现场检查可以掌
握施工队伍的情况、工程的进度、施工质量和产品质量。只有实地检查才能发现隐患并及
时督促整改避免不必要的损失。有条件的地方还可以从施工现场取样并对样品进行热性
能分析、比较、检验确保工程质量。 7.严格验收标准
在工程竣工验收前消防部门应让建设、施工、监理单位出具质量检测报告掌握工程施工
情况。在工程验收时不仅要重视消防设施的验收还应把钢结构防火涂料的验收放在重要 位置。消防监督人员不仅要眼看、手摸还应配置测厚仪等必要的检测设备。对于施工质量
达不到要求的该返工的要返工该处罚的处罚确保钢 结构消防工程的质量从根本上消除钢结构工程存在的火灾隐患。
五、结束语
由于钢结构防火涂料是如今乃至未来社会很有发展前途的一类产品只有检验机构、生产、
设计、施工、监理和消防监督部门联手共同努力才能使我国的防火涂料领域健康、有序发 展。
