对超薄型钢结构防火涂料的研究[j]

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1、中国涂料在线www.coatingol.com超薄型钢结构防火涂料的研究时虎（中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，合肥230026）摘要：阐述钢结构防火保护的重要性，介绍了目前常用的超薄型钢结构防火涂料的组成、作用原理，并采用热分析、XRD对涂料的作用过程进行了分析。关键词：钢结构；防火涂料；火灾危险性；热分析1前言现代建筑已经告别了过去“秦砖汉瓦”的时代向着钢结构的“钢筋铁骨”迈进，钢结构已在建筑工程中发挥着独特且日益重要的作用。普通建筑用钢在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。一般在（

2、300～400）℃时，其强度开始迅速下降；到500℃左右，其强度下降到40％～50％，钢材的力学性能，诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降，低于建筑结构所要求的屈服强度，也就是低于建筑结构的承载许用应力。我国20世纪90年代初对裸露钢梁的耐火极限进行了验证，确认了I36b、I40b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min（见图1，其中B为标准升温曲线；C为实际升温曲线；D为钢梁形变曲线）。因此，若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体，一旦发生火灾，则建筑物会迅速坍塌，对人民的

3、生命和财产安全造成严重的损失。图1裸露I36b标准工字钢梁在标准火条件下的耐火极限2超薄型钢结构防火涂料2.1钢结构防火的意义一是可以延长钢结构到达临界温度的过程，减轻钢结构在火灾中的破坏，避免钢结构在火灾中局部或者整体倒塌造成灭火和人员疏散的困难以及人员伤亡；二是可以减少火灾后钢结构的修复费用，缩短灾后结构功能恢复周期，减少间接经济损失。国家现行建筑设计防火规范：国家标准《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(1997年版)、《建筑设计防火规范》GBJ16-87、《建筑室内装修设计防火规范》GB5022

4、2-95对中国涂料在线www.coatingol.com钢结构的耐火极限要求见表1。目前，钢结构的防火保护有多种方法，这些方法主要有：钢结构防火涂料保护、防火板保护、混凝土防火保护、柔性卷材防火保护、耐火钢、结构内通水冷却等。选择钢结构的防火措施时，应考虑下列因素：钢结构所处部位，需防护的构件性质；钢结构采取防护措施后结构增加的重量及占用的空间；防护材料的可靠性；施工难易程度和经济性。这其中以钢结构防火涂料保护方法应用范围最为广阔，效率最高，包括超薄型、薄型、厚型，而这其中超薄型钢结构防火涂料的用量几乎占全部防火涂

5、料的90%。2.2超薄型钢结构防火涂料超薄型钢结构防火涂料为膨胀型防火涂料，该类钢结构防火涂料涂层超薄（小于3mm），一般为溶剂型体系，具有优越的粘结强度、耐候耐水性好、流平性好、装饰性好等特点；在受火时缓慢膨胀发泡形成致密坚硬的防火隔热层，该防火层具有很强的耐火冲击性，延缓了钢材的温升，有效地保护钢构件。超薄膨胀型钢结构防火涂料施工可采用喷涂、刷涂或辊涂，一般使用在耐火极限要求在2h以内的建筑钢结构上。目前国内外，出现了耐火性能达到或超过2h的超薄型钢结构防火涂料新品种。各种轻钢结构、网架等多采用该类型防火涂料进

6、行防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄，工程中使用量较厚型、薄型钢结构防火涂料大大减少，从而降低了工程总费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，是目前市场上大力推广的品种。作为膨胀型防火涂料，通常含有成膜剂、成炭剂、成炭催化剂、发泡剂、无机颜填料等。2.2.1基本机理从燃烧的条件得知，要使燃烧不能进行，必须将燃烧的三个因素（可燃物、氧气、热源）中的任何一个因素隔绝开来。因此防火涂料之所以防火（阻燃），大致归纳为以下几点：（1）防火涂料本身具有难燃或不燃性，使之被保护的可燃性基材不直接与空气接触而延缓基材着火燃烧；（2）

7、防火涂料遇火受热分解放出不燃性的惰性气体，冲淡被保护基材受热分解放出的易燃气体和空气中的氧气，抑制燃烧；（3）燃烧被认为是游离基引起的连锁反应。而含氮、磷的防火涂料受热分解放出一些活性自由基团，与有机自由基结合，中断连锁反应，降低燃烧速度；（4）膨胀防火涂料遇火膨胀发泡，生成一层泡沫隔热层，封闭被保护基材，阻止其燃烧。2.2.2基本组成（1）成膜剂。成膜剂对膨胀型防火涂料的性能有着很大的影响。它与其它组分匹配，既保证涂层在正常条件下具有各种使用性能，又能在火焰或高温作用下使涂层具有难燃性和优异的膨胀效果。考虑到涂层

8、需要较好的耐候性及防火强度，实验中采用了丙烯酸树脂，约占总体系的20%～30%。（2）催化剂。催化剂的主要作用是促进和改变涂层的热分解进程，如促进涂层内含羟基的有机物脱水炭化形成不易燃的三维空间结构的炭质层，减少热分解产生的焦油、醛、酮的量，阻止放热量大的炭氧化反应等，如：中国涂料在线www.coatingol.com聚磷酸铵、多聚磷酸铵、磷酸氢铵等。实验中