钢结构防火涂料应用的若干前沿问题

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1、钢结构防火涂料应用的若干前沿问题王玲玲李国强王永昌同济大学建筑工程系上海摘要：简要介绍钢结构防火涂料的工作原理及分类，并对钢结构防火涂料应用的若干前沿问题进行探讨，包括非膨胀型防火涂料的破损问题、膨胀型防火涂料的老化问题和膨胀型防火涂料隔热参数的确定问题。关键词：钢结构防火涂料；等效热传导系数；耐火极限；破损；老化1钢结构防火涂料的工作原理及分类在GB14907-2002《钢结构防火涂料》规范中，钢结构防火涂料定义为涂于建筑物及构筑物的钢结构表面，形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限的涂料。目前，钢结构防火涂料已广泛应用于建筑工

2、程、舰船室、化工储罐、石油管道等钢结构的防火保护。其工作原理概括起来有：（1）涂层对钢结构起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰的高温中，延迟着火和减小燃烧速度。（2）防火涂料本身除了具有难燃性和不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护钢结构基体的传递。（3）涂层吸热后部分物质分解出的水蒸气或其他不燃气体起到消耗热量、降低温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。（4）膨胀型防火涂料遇高温时涂层能迅速在钢结构表面建立一个轻质绝热泡沫层，减缓温度向钢结构基体的传导，使之达到规范规定的耐火极限要求。防火涂料根据不同的标准有不

3、同的分类方法：按防火机理的不同可分为非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料；按基料组成成分的不同可分为无机防火涂料和有机防火涂料；按使用的分散介质不同可分为水溶性防火涂料和溶剂型防火涂料；按涂覆基材的不同可分为结构型防火涂料和饰面型防火涂料。在文献[1]中，按使用场所的不同。将钢结构防火涂料分为室内钢结构防火涂料（用于建筑物室内或隐蔽工程的钢结构表面）和室外钢结构防火涂料（用于建筑物室外或露天工程的钢结构表面）；按使用厚度的不同将钢结构防火涂料分为超薄型钢结构防火涂料（涂层厚度小于或等于3mm）、薄型钢结构防火涂料（涂层厚度大于3mm且

4、小于或等于7mm）以及厚型钢结构防火涂料（涂层厚度大于7mm且小于或等于45mm）。厚涂型钢结构防火涂料又叫钢结构防火隔热喷涂涂料，该涂料是用合适的无机胶结料、防火添加剂、化学药剂和增强材料及填料等混合配制而成，成本较低。火灾中涂层基本不膨胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的温升，保护钢构件。其防火性能稳定，长期使用效果好，但涂层外观装饰性差、表面粗糙，大多用于隐蔽钢结构及多层厂房结构。薄型钢结构防火涂料，一般用水性聚合物做基料，再配以阻燃剂复合体系、防火添加剂、耐火纤维等组成。受火时能膨胀发泡，以膨胀发

5、泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的升温，保护钢构件。其装饰性优于厚涂型防火涂料，逊色于超薄型钢结构防火涂料，一般用在耐火极限要求不超过2h的建筑钢结构，特别适用于体育馆和工业厂房等裸露钢结构。超薄型钢结构防火涂料一般为溶剂型体系，其防火机理与薄型钢结构防火涂料相同。与厚涂型和薄涂型钢结构防火涂料相比，超薄型钢结构防火涂料具有粒度细、涂层薄、施工方便、装饰性好等优点。在满足防火性能要求的同时，还能满足高装饰性要求，特别适用于裸露钢结构的装饰与保护。喷涂防火涂料具有施工简便、重量轻、耐火时间长且不受钢构件几何形状限制等优点，作为一种主要的

6、钢结构抗火措施被广泛应用。在钢构件表面喷涂防火涂料虽然具有较好的经济性和实用性，但还存在诸多尚未较好解决的问题，目前的前沿研究包括非膨胀型钢结构防火涂料的破损、膨胀型钢结构防火涂料的老化以及钢结构防火涂料隔热参数的确定等问题。2非膨胀型钢结构防火涂料的破损问题在使用过程中，由于厚涂型防火涂料与钢构件之间的粘结性能差，在地震、碰撞和爆炸等作用下会发生破损或者脱落，从而使钢结构构件全部或部分失去防火保护，如图1所示。图1，厚涂型钢结构防火涂料破损图片厚涂型钢结构防火涂料的破损问题早在20世纪90年代就被人们重视，但一直没有得到很好的解

7、决。纽约世贸中心倒塌前，美国建筑师协会（AIA）曾在1999-2000年6月对世贸中心双塔钢结构防火保护的情况进行过全面的调查，调查结果显示，世贸中心双塔钢结构防火在施工、维护方面存在一系列严重的问题。在“9.11”恐怖袭击造成纽约世贸中心双塔楼和7号楼因撞击和火灾倒塌后，美国建筑业和消防界做了大量研究，专家认为，对于采用钢结构的高层建筑，可靠的防火保护是保障整个大楼安全的关键因素。2002年5月，美国联邦紧急事务管理局联邦应急管理局公布了题为《纽约世贸中心建筑性能研究：基础资料、初步检测与推荐对策》的调查报告，文中强调，钢结构防

8、火保护是决定建筑安全的关键因素。钢结构由于撞击、火烧而发生变形时，防火保护材料必须牢固附着在钢材表面，以确保钢结构在设计的耐火极限内不发生破坏。目前，非膨胀型钢结构防火涂料的破损问题受到了国内外研究学者的广泛关注并取得了一些研究成果。Tomecek