近年來,鋼結(jié)構(gòu)已在建筑工程中發(fā)揮著獨特且日益重要的作用。大型鋼結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)工期短、收益快,是建造廠房、庫房、商場等首選的建筑結(jié)構(gòu)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(yù)測,鋼結(jié)構(gòu)在我國有著非常廣闊的發(fā)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(zāi)時其強度會迅速下降,據(jù)理論計算,在全負荷情況下,使鋼結(jié)構(gòu)失去靜態(tài)平衡穩(wěn)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(jié)構(gòu)會很快出現(xiàn)塑性變形,產(chǎn)生局部破壞,甚至造成鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌失效。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,必須進行防火保護處理。
到目前為止,采用防火涂料進行鋼結(jié)構(gòu)防火保護的方法仍被業(yè)內(nèi)人士認為是最有效的措施之一,鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在90%的鋼結(jié)構(gòu)工程中發(fā)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(jié)構(gòu)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(zāi)發(fā)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(jié)構(gòu)失去支撐能力而導(dǎo)致建筑物垮塌。
一、防火涂料的類型
我國的鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)涂料、室外涂料等。根據(jù)基料的不同可分為有機和無機兩大類;按其燃燒后的狀態(tài)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(jié)構(gòu)防火涂料的性能
1、超薄型結(jié)構(gòu)防火涂料
超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度3mm(含3 mm)以內(nèi),裝飾效果較好,高溫時能膨脹發(fā)泡,耐火極限一般在2 h以內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。該類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料一般為溶劑型體系,具有優(yōu)越的黏結(jié)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(fā)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(gòu)件。超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)的建筑鋼結(jié)構(gòu)上。目前國內(nèi)外,已出現(xiàn)了耐火性能達到或超過2 h的超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料新品種,它主要是以特殊結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸酯或環(huán)氧樹脂與氨基樹脂、氯化石蠟等復(fù)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(fù)合而成。目前各種輕鋼結(jié)構(gòu)、網(wǎng)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(jié)構(gòu)防火涂料大大減少,從而降低了工程總費用,又使鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)防火涂料
薄涂型鋼結(jié)構(gòu)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(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。這類鋼結(jié)構(gòu)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(fù)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(yōu)于厚型防火涂料,遜色于超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料,一般耐火極限在2 h以內(nèi)。因此常用在小于2 h耐火極限的鋼結(jié)構(gòu)防火保護工程中,常采用噴涂施工。該類產(chǎn)品,在一個時期占有很大的比例,但隨著超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的出現(xiàn),其市場份額逐漸被替代。
3、厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料
厚型鋼結(jié)構(gòu)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(dǎo)率低,耐火極限在2 h以上的鋼結(jié)構(gòu)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(wěn)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(jié)構(gòu)隱蔽工程。該類防火涂料在火災(zāi)中利用材料粒狀表面,密度較小,熱導(dǎo)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(jié)料(如水玻璃、硅溶膠、磷酸鋁鹽、耐火水泥等),再配以無機輕質(zhì)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(xué)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(yōu)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(nèi)外隱蔽鋼結(jié)構(gòu)、高層全鋼結(jié)構(gòu)及多層廠房鋼結(jié)構(gòu)。如:高層民用建筑的柱、一般工業(yè)與民用建筑中支承多層的柱的耐火極限均應(yīng)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(yīng)用于地震多發(fā)的地區(qū)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(jié)材料一般是水泥,在現(xiàn)場采用干法噴涂施工,即纖維經(jīng)分散后與粘結(jié)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(yōu)點。
三、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的優(yōu)選方法及其應(yīng)用
1、四種優(yōu)選法
(1)類型篩選法。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)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(jù)建筑結(jié)構(gòu)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(jù)防火涂料生產(chǎn)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(yōu)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(yīng)用舉例
某鋼結(jié)構(gòu)工程室內(nèi)梁、柱根據(jù)設(shè)計要求需防火涂料覆蓋,耐火極限時間為1·5 h,已查得現(xiàn)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(jù)類型篩選法,可采用鋼結(jié)構(gòu)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(yīng)在5mm左右,由價格類比,在滿足功能要求的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)防火涂料或FC-6鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。
四、結(jié)束語
鋼結(jié)構(gòu)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(yōu)化結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)防火涂料的四種優(yōu)選方法。該方法簡便明了,便于工程設(shè)計人員根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)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。
