近年來,鋼結構已在建筑工程中發揮著獨特且日益重要的作用。大型鋼結構建筑建設工期短、收益快,是建造廠房、庫房、商場等首選的建筑結構形式之一。例如:被譽為“鳥巢”的國家體育場的輻射式門式鋼桁架、北京人民大會堂鋼屋架等。可以預測,鋼結構在我國有著非常廣闊的發展前景。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,在未進行防火處理的情況下,鋼材雖然不會起火燃燒,但火災時其強度會迅速下降,據理論計算,在全負荷情況下,使鋼結構失去靜態平衡穩定性的臨界溫度為500℃左右,而一般火場溫度達到800~1000℃,在這樣高的溫度下,裸露的鋼結構會很快出現塑性變形,產生局部破壞,甚至造成鋼結構整體倒塌失效。要使鋼結構材料在實際應用中克服防火方面的不足,必須進行防火保護處理。
到目前為止,采用防火涂料進行鋼結構防火保護的方法仍被業內人士認為是最有效的措施之一,鋼結構防火涂料在90%的鋼結構工程中發揮著重要的防火作用。將防火涂料(又稱阻燃涂料)涂敷于鋼結構表面,它除具有普通涂料的裝飾和保護作用外,還具有防腐、防銹、耐酸堿、鹽霧等性能,更重要的是由于涂料本身具有不燃性或難燃性,能阻止火災發生時火焰的蔓延和延緩火勢的擴展,較好地保護了基材,避免鋼結構失去支撐能力而導致建筑物垮塌。
一、防火涂料的類型
我國的鋼結構防火涂料品種有水性涂料、溶劑性涂料;膨脹性涂料及厚涂型涂料;室內涂料、室外涂料等。根據基料的不同可分為有機和無機兩大類;按其燃燒后的狀態可分為膨脹型和非膨脹型兩種;按涂層厚度將涂料分為超薄型、薄型及厚型涂料三種。
二、常見鋼結構防火涂料的性能
1、超薄型結構防火涂料
超薄型鋼結構防火涂料是指涂層厚度3mm(含3 mm)以內,裝飾效果較好,高溫時能膨脹發泡,耐火極限一般在2 h以內的鋼結構防火涂料。該類鋼結構防火涂料一般為溶劑型體系,具有優越的黏結強度、耐候耐水性好、流平性好、裝飾性好等特點;在受火時緩慢膨脹發泡形成致密堅硬的防火隔熱層,該防火層具有很強的耐火沖擊性,延緩了鋼材的溫升,有效保護鋼構件。超薄膨脹型鋼結構防火涂料施工可采用噴涂、刷涂或輥涂,一般使用在耐火極限要求在2 h以內的建筑鋼結構上。目前國內外,已出現了耐火性能達到或超過2 h的超薄型鋼結構防火涂料新品種,它主要是以特殊結構的聚甲基丙烯酸酯或環氧樹脂與氨基樹脂、氯化石蠟等復配作為基料粘合劑,附以高聚合度聚磷酸銨、雙季戊四醇、三聚氰胺等為防火阻燃體系,添加鈦白粉、硅灰石等無機耐火材料,以200#溶劑油為溶劑復合而成。目前各種輕鋼結構、網架等多采用該類型防火涂料進行防火保護。由于該類防火涂料涂層超薄,使得使用量較厚型、薄型鋼結構防火涂料大大減少,從而降低了工程總費用,又使鋼結構得到了有效的防火保護,是目前市場上大力推廣的品種。
2、薄型鋼結構防火涂料
薄涂型鋼結構防火涂料是指涂層厚度大于3mm,小于等于7 mm,有一定裝飾效果,高溫時膨脹增厚,耐火極限在2 h以內的鋼結構防火涂料。這類鋼結構防火涂料一般是用合適的水性聚合物作基料,再配以阻燃劑復合體系、防火添加劑、耐火纖維等組成,其防火原理同超薄型。對這類防火涂料,要求選用的水性聚合物必須對鋼基材有良好的附著力、耐久性和耐水性。其裝飾性優于厚型防火涂料,遜色于超薄型鋼結構防火涂料,一般耐火極限在2 h以內。因此常用在小于2 h耐火極限的鋼結構防火保護工程中,常采用噴涂施工。該類產品,在一個時期占有很大的比例,但隨著超薄型鋼結構防火涂料的出現,其市場份額逐漸被替代。
3、厚型鋼結構防火涂料
厚型鋼結構防火涂料是指涂層厚度大于7 mm,小于等于50 mm,呈粒狀面,密度較小,熱導率低,耐火極限在2 h以上的鋼結構防火涂料。由于厚型防火涂料的成分多為無機材料,因此其防火性能穩定,長期使用效果較好,但其涂料組分的顆粒較大,涂層外觀不平整,影響建筑的整體美觀,因此大多用于結構隱蔽工程。該類防火涂料在火災中利用材料粒狀表面,密度較小,熱導率低或涂層中材料的吸熱性,延緩了鋼材的溫升,保護鋼材。這類防火涂料是用合適的無機膠結料(如水玻璃、硅溶膠、磷酸鋁鹽、耐火水泥等),再配以無機輕質絕熱骨料材料(如膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、海抱石、漂珠、粉煤灰等)、防火添加劑、化學藥劑和增強材料(如硅酸鋁纖維、巖棉、陶瓷纖維、玻璃纖維等)及填料等混合配制而成,具有成本較低的優點。施工常采用噴涂,適用于耐火極限要求在2 h以上的室內外隱蔽鋼結構、高層全鋼結構及多層廠房鋼結構。如:高層民用建筑的柱、一般工業與民用建筑中支承多層的柱的耐火極限均應達到3 h,需采用該厚型防火涂料保護。
4、礦物棉類建筑防火隔熱涂料
礦物棉類建筑防火隔熱涂料是繼厚涂型建筑防火涂料————珍珠巖系列,氯氧鎂水泥系列防火涂料之后的又一重要防火涂料系列,在我國尚屬空白,它與珍珠巖類防火涂料相比,其主要特點是作為隔熱填料的礦物纖維對涂層強度可起到增強作用,可應用于地震多發的地區或常受震動的建筑物,并能起到防火、隔熱、吸音之作用。礦物棉類建筑防火隔熱涂料主要有礦物纖維防火隔熱涂料、隔熱填料,其主要成分是礦物棉、粘結材料一般是水泥,在現場采用干法噴涂施工,即纖維經分散后與粘結材料一起用高壓空氣輸送至噴口處,然后與分布于噴口周圍的高霧化水混合噴射至待涂表面。能夠獲得密度較小的涂層,從而能減輕整個建筑物的重量,降低建筑物負荷。目前,國外已廣泛使用快干型礦物棉類防火涂料,在施工條件差的建筑工地使用時,具有施工方便、成本低、干燥時間短等優點。
三、鋼結構防火涂料的優選方法及其應用
1、四種優選法
(1)類型篩選法。根據建筑結構防火要求,對防火涂料類型進行篩選,找出符合建筑物防火要求的最佳類型。
(2)功能比較法。根據建筑結構的功能要求和防火涂料的適用范圍,找出符合建筑物防火要求的最佳類型。
(3)價格類比法。根據防火涂料生產廠家的價格比較,找出符合建筑物防火要求的最佳類型。
(4)綜合優選法。綜合上述三種情況,最后遴選出符合建筑物防火要求的最佳類型。
2、應用舉例
某鋼結構工程室內梁、柱根據設計要求需防火涂料覆蓋,耐火極限時間為1·5 h,已查得現有的防火涂料類型參見表2,試選用在考慮功能要求、耐火極限時間、材料價格等因素時最佳防火涂料。根據類型篩選法,可采用鋼結構薄型防火涂料,如表2中的FC-1, FC-5, FC-6, FC-8均可選用,再用功能比較法,涂層厚度應在5mm左右,由價格類比,在滿足功能要求的基礎上,盡量選用價格較低的涂料·所以,通過綜合分析,宜選用FC-8鋼結構防火涂料或FC-6鋼結構防火涂料。
四、結束語
鋼結構防火涂料類型較多,如何在實際工程中選用較為合理的品種,對于優化結構功能要求和降低工程成本將具有重要的意義。本文通過對不同防火涂料類型指標的分析與歸納,提出了進行建筑鋼結構防火涂料的四種優選方法。該方法簡便明了,便于工程設計人員根據鋼結構耐火極限要求、建筑部位、工程的重要性以及防火涂料價格等因素,進行合理的選擇。
