非膨脹型防火涂料主要依靠自身的不燃性,低導熱系數以及吸熱性來保護建筑。一類在防火過程形成釉層保護層,它也能起隔絕氧氣的作用,使氧氣不能和被保護的易燃物質 接觸,從而避免或降低燃 燒反應；另外一類為材料中束縛的結晶水,遇火被釋放出來,使得包括鋼筋在內的被保護材料的臨界 溫度處于100℃左右,直到所有的水分全部被釋放出來。這類產品本身 的導熱系數較低,是良好的隔熱體。

非膨脹型防火涂料在國外又被簡稱為含有膨脹蛭石的輕質水泥(石膏)砂漿。根據密度不同可分為 低密度(250～350 g/L)、中等密度(350～450 g/L)和高密度(600～750 g/L)。應用場合主要包括室內隱蔽場合、鋼結構、混凝土隧道內襯、石化、戶外使用以及芯片車間在內的各類場合。由于不同場合,包括室內、隧道、石化著火時、燃燒物質以及燃燒空間不同,導致火災的溫度—時間都不同,使得需要采用不同的防火涂料才能有效。本文將分別就建筑鋼結構防火、隧道防火以及石化領域防火進行分別闡述。

聚合物對非膨脹型防火涂料的改性已經數十年了,早期國內外大多采用醋酸乙烯-乙烯乳液進行改性,而由于雙組分施工的不方便性和效率較為低下, 致使國外主要防火涂料公司包括Cafco、Grace以及 PPG大多采用單組分形式,如粉末樹脂進行改性,以提高其各類性能。本文還初步研究了可再分散乳膠粉對隧道防火涂料的改性作用。

一、火災時溫度時間曲線

根據燃燒的材料不同,可將火災的溫度上升方 式分為2大類：纖維材質燃燒曲線和烴類物質燃燒曲線。

纖維材質,典型的包括木材、紙張、毛制 品、棉花等,常見的標準溫度－時間曲線包括： ①BS476Pts.20-24:1987-英國；②ASTM-119(UL263)-美國；③DIN4102-德國；④ISO834。這類溫度-時間曲線用于表示纖維材質的燃燒 曲線,具有相對較慢的溫度上升,60 min時,溫度上升至945℃。而烴類物質著火時由于所處的空間不同,從而導 致不同溫度－時間曲線。烴類物質(石油類),具有溫度上 升迅猛的特點,4 min內溫度即上升至900℃, 比纖維類物質燃燒的溫度上升要快得多。因此, 典型的封閉空間(如隧道)和相對開放的空間(如石油煉油廠)就有不同的溫度－時間曲線。相應的標準曲線包括：①Hydrocarbon標準曲線；②RWS 曲線。

碳氫火災主要指的是那些由化學品或燃料(石 油或天然氣),隧道火災可以作為一個分支,一般可 假設為油罐車著火。但不同的是：測試的溫度不是 常見的標準碳氫類物質著火的最高溫度1 120℃, 而是1 300℃,見圖1。

二、建筑鋼結構厚質防火涂料

1、鋼結構火災特點

鋼結構自身不燃,但極易導熱。鋼結構的耐火性能遠較磚石和鋼筋混凝土結構差。鋼材的強度是溫度的函數。當鋼材的溫度上升到某一值而使其失去支撐力,一般的臨界溫度為540℃,其屈服應力僅 有常溫屈服應力的40％,致使承載能力急劇下降。火災溫度大多在800～1 200℃之間,在火災發生的15 min內,火場溫度即可高達700℃以上。裸露的 鋼構件只要十幾分鐘就因達到其耐火極限而喪失承載能力,鋼結構不可避免地發生變形,導致建筑物一部分或全部垮塌毀壞。一般采用典型的纖維材質燃燒溫度－時間曲線,常見為ISO834曲線。

2、非膨脹型厚質鋼結構防火涂料

厚質鋼結構防火涂料一般多用于耐火極限要求 超過2 h以上的室內鋼結構上,如高層民用建筑的 柱,一般工業與民用建筑中的支承多層的柱[4]。對于鋼結構,低密度、中等密度、高密度均可 使用,但使用的場合不同。低密度性由于自身強度 相對降低,適用于隱蔽工程,類型包括水泥基和石膏 基。但低密度型具有單位面積更佳的經濟性：達到 同等的耐火等級厚度更薄。中等密度防火材料具有 優異的室內耐久性,可施工于外露場合、水泥基,耐濕氣性能優異、耐空氣侵蝕、耐磨損性優和抗沖擊性好；能承受交通震動、高濕度和冷凝水；適用場合包括高層商業辦公大樓、交通終端、大會所、停車場、輕型加工廠、游泳池等。由于中等密度防火 砂漿具有比低密度型更好的附著力和耐久性,高層建筑鋼結構防火涂料越來越偏向中等密度型,這一 點和國內采用標準相符。高密度型,強度很高,具有優異的耐水性和耐候性(包括溫濕和凍融等),使其可應用于室外暴露或長期潮濕場合；適合場合:高科技清潔車間、交通終端、健身房等,也可以作為車間預涂裝。

對于有底漆的鋼結構,在施工防火涂料之前,要 確認和防火涂料的附著力以及進行耐火性測試；對 于施工在鋼結構下面的防火涂料,必須等屋頂完成 施工和屋頂不再作為 運輸通道后,方可施工；對于 WINDOWS OF KNOWLEDGE容易彎曲的鋼結構,要求防火涂料需要更好的彎曲 不開裂性,常采用鋼絲網加固和摻入大量的乳液改 性劑,以獲得較好柔韌性。達到長期的使用性能(包 括戶外使用或發生震動區域),也需要鋼絲網進行加 固保持,以確保長期不脫落和開裂。

戶外鋼結構防火涂料常和防腐蝕底漆配套使用, 底漆包括環氧底漆、帶銹底漆、醇酸底漆,但對于這 類底漆,由于不耐堿,通常需要在施工一道界面劑,以 達到隔離目的。同樣可以和一些高耐候面漆一起配 套使用,提高耐候性和裝飾性。典型的中低密度鋼結 構防火涂料,如LG、Cafco 300、Cafco 400等。 所有鋼結構防火涂料必須滿足國家標準鋼結構 防火涂料要求(GB14907-2002)的性能要求。

三、隧道防火涂料

1、隧道火災特點

雖然混凝土具有較好的耐熱性,但溫度超過 380℃,混凝土強度下降；一旦超過800℃,將不再 有可見的抗壓強度。一旦火被滅后冷卻,混凝土強 度將進一步變差。混凝土在急劇高溫下,里面的液 態水變成水蒸氣,一旦水蒸氣的壓力超過混凝土自 身的強度,爆裂將發生。混凝土強度越高,即使在較 低溫度下,也容易爆裂,這主要是高密度和低孔隙率 造成的。強度越高,臨界溫度越低,高強度混凝土的 臨界溫度為200～250℃。降低溫度上升速率,將可 以避免爆裂。在快速升溫的熱沖擊下混凝土保護層 損失嚴重,當溫度超過350℃,混凝土強度下降；當 溫度超過250℃,內襯的加強鋼筋強度下降。同時, 隧道的連接件和密封件遭破壞,導致漏水,隧道甚至 很可能被淹[9－12]。

隧道一旦發生火災,生命可能受到如下危險：

(1)濃煙的嗆吸導致窒息；

(2)燃燒的產物如CO 2 、COHCN等的吸入,而導致中毒；

(3)產生難以忍受的高溫和熱對流；

(4)同時還會由于能見度差、停電、交通的堵塞、混凝土的部分坍塌物,而導致人員疏通受阻。

在隧道主要防止的是烴類火災,由于是狹窄空間的燃燒,因此采用標準曲線為RSW曲線。國外規定：混凝土不爆裂,要求混凝土界面的溫度不超過250℃。

2、隧道防火涂料

隧道防火涂料是近年才開始在我國研究與應用 的,因而尚無制定隧道防火涂料行業或國家標準。 我國《鐵路工程設計防火規范》規定：隧道的建筑 材料主體及附層結構的耐火極限不應小于4.0 h。 目前用于隧道防火涂料除了少量的膨脹型無機防火 涂料外,基本上都屬于輕質隧道防火涂料。蛭石/水 泥均為無機、不可燃；燃燒時,不產生濃煙和有毒 氣體。由于在火災時蛭石/水泥并沒 有被火消耗掉, 因此可以提高二次保護。能經受機械震動和風壓, 同時無機材料具有良好的耐水粘結性。蛭石/水泥類由于多孔,當隧道內濕度較高,還 能吸收潮氣；當隧道較為干燥時,還能釋放水汽,可 作為濕度的調節材料；它在作為地鐵隧道防火材 料同時,還可滿足降噪功能。

對于此類隧道防火涂料,可在其上面施工一道面 漆,以提高耐沖洗性能和光反射。施工隧道涂料,第 一道采用乳液進行 改性,獲得所謂的key coat(界面 層),干燥后,再進行單組分大面積噴涂施工。國外一 般要求8 mm以內,不需要采用加固措施。15 mm以 上需要進行加固(鋼絲網,一般采用六角涂塑鋼絲網 以及機械錨固),以防開裂和剝落[6],以獲得更長的使 用期限。待防火涂料干燥后,才能進行裝飾涂料的施 工。此類裝飾性涂料最好采用無溶劑型或水性。典 型隧道防火涂料,如Fendolite MII和150－2。

四、石油化工防火涂料

1、石油化工火災特點

屬于鋼結構防火范疇,但特殊在于火災前期, 屬于一般的烴類火災,而后,由于烴類的泄漏,一旦 溫度超過所謂的BLEVE(boiling liquid Expanding Vapor Explosion),將發生爆炸。即由Pool fire(1 100℃),變成JET Fire(1 500℃),此時的熱流 (heat flux)可達350 kW/m2。這對涂料的沖擊更大。發生在石化或油氣加工場合的碳氫物質火災, 在著火的數分鐘內溫度上升至1 100℃,未經保護 的鋼結構將可能在短時間,由于強度的喪失而發生 坍塌,更嚴重的發生爆炸。

2、石油化工防火涂料

防火涂料可以使得一旦著火后,儲罐殼數小時 內保持溫度較低,可使得消防人員有足夠的時間去 破滅火情。一旦施工后,由于自然地老化,液化氣的 輸 入和輸出,可使得儲罐的體積發生約5％的體積膨 脹和收縮。這種應力交變將對表面的防火涂料的危 害將是致命的,因此采用機械加固將變得不可缺少, 通常使用六角形鋼絲網或菱形條進行編織加固[14]。 對于戶外石化鋼結構防火涂料,常和防腐蝕底 漆以及裝飾性高耐候面漆配套使用,面漆包括脂肪 族聚氨酯、氟碳涂料以及環氧-硅氧烷涂料[6]。典 型的石油化工防火涂料,如Steelguard CM4702。

五、可再分散乳膠粉在無機非膨脹防火 涂料中的應用

施工后所使用的環境對防火涂料的耐久性影響 很大,通常包括：耐磨損、老化、干濕凍融循環、 潮濕、沖擊、工業氣體、鹽霧、氣流速度、紫外線 和震動等。怎樣有效地抵抗這些因素對防火涂料的 影響,除了合理的施工和措施外,采用聚合物改性已 經被廣泛認可[5]。

無機非膨脹涂料的主要組成包括粘結料(普硅 水泥、高鋁水泥和石膏),阻燃劑(石膏粉或其他內 含結晶水物質如礬土、高嶺土)、輕質填料(膨脹蛭 石、聚苯顆粒、膨脹珍珠巖、海泡石、粉煤灰漂珠 等),纖維(硅酸鋁纖維、玻璃纖維、海泡石纖維),聚 合物(包括乳液和可再分散乳膠粉),填料以及其他助 劑,如緩凝劑、促進劑、纖維素醚、引氣劑等。可再分散乳膠粉對輕質砂漿的改性作用以及 在輕質保溫砂漿等得到廣泛的應用和認可。它在 提高輕質砂漿的粘接強度、耐水強度、耐凍融循 環、抗壓強度、施工性和后期防開裂性等均有很 大的提高。

六、結語

單組分無機非膨脹涂料以其獨有的性能,將會 在高層建筑、公共建筑、石油化工工業、隧道等場 合得到充分的認可和應用。采用可再分散乳膠粉改 性防火涂料,將更加有效的提高涂料安全性的同時, 還大大提高了施工速度。