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建築鋼結構防火塗料應用現狀及發展趨勢分析

作者:admin 發布日期:2019/3/25 關注次數: 二維碼分享

建築鋼結構具有強度高、自重輕、工業化程度高、抗震性能好、環境污染少等優點,在高層建築、工業廠房、體育館及展覽館等領域得到了廣泛應用。随着鋼結構在建築業的不斷發展,鋼結構的防火問題也成為建築學者亟待解決的重大問題之一。在正常荷載作用下,500℃左右時鋼結構即會失去承載能力,而火場溫度通常會在10min内上升至800℃以上,在這樣的環境下,裸露的鋼結構很快會出現明顯變形、産生局部破壞,終失去承載力。

為延緩火勢蔓延,保護群衆的生命财産,必須對鋼結構進行防火設計。目前,鋼結構防火為常用的方法是防火塗料法。該方法施工簡單、阻燃性好、粘結強度高、裝飾性好,被廣泛應用到鋼結構建築結構中。在國内鋼結構防火塗料經過50多年的發展,已形成了厚塗型、薄塗型和超薄塗型等三大類鋼結構防火塗料,完全能夠滿足各項鋼結構建築中對于不同耐火等級的設計要求。首都機場航站樓、上海東方明珠電視塔、北京奧體中心都采用了防火塗料保護法,使用過程中表現出了良好的實用性。




1.防火塗料的應用現狀

防火塗料根據其特性,也被稱為阻燃劑塗料。除具有防腐性、裝飾性以外,還具有不燃性、阻燃性,它能夠在建築物或周邊環境發生火災時,有效的延滞火勢蔓延,起到防火作用,防止鋼結構在高溫作用下産生強度衰減,影響整個建築的承載能力。鋼結構防火塗料在很大程度上對鋼結構起到了屏蔽作用,将其與火焰隔離開。我國防火塗料的研究起步較晚,開始于20世紀60年代,經過50年的研究和實踐,我國的鋼結構防火塗料無論是在産品品質、應用範疇、生産産量方面都取得了很大進步。鋼結構防火材料按照防火機理可以分為膨脹性和非膨脹性;根據使用範圍又可以分為室内型和室外型;根據分散介質不同可以分為溶劑型和水劑型;根據塗層厚度不同還可以分為厚塗型、薄塗型和超薄型。其中常用的分類方式是按照塗層厚度劃分。塗層厚度在8mm-50mm範圍内,稱

為厚塗型防火塗料;塗層厚度在3mm-7mm範圍内,稱為薄塗型防火塗料;塗層厚度小于3mm,稱

為超薄型防火塗料。

1.1厚塗型鋼結構防火塗料的應用現狀

厚塗型鋼結構防火塗料,又稱為鋼結構防火隔熱噴塗料。防火塗層厚度相對較厚,一般的使用厚度在8mm-50mm之間,厚塗型鋼結構防火塗料的耐火極限高可達 3h。厚塗型防火塗料在預熱後不會産生膨脹,并具有良好的不燃性、阻燃性,能夠有效吸收周圍環境中的熱能,延緩鋼結構溫度的升高。

厚塗型防火塗料首先要選擇合适的無機粘結材料,将粘結劑、無機輕質絕熱材料、防火添加劑以及強度增強材料按照設計比例摻合,然後塗抹噴灑在鋼結構材料表面。厚型防火塗料的成分中含有大量的無機材料,而且塗料顆粒的密度較小、比表面積相對較大、熱導率較低、吸熱性能好,在火災中的防火穩定性較好,具有良好的長期使用效果,與其他材料相比,厚型防火塗料的造價還相對較低。因此,厚塗型防火材料一般用在要求耐火極限大于2h的鋼結構工程,考慮到其美觀性相對較差,多用于鋼結構建築的隐蔽工程以及部分鋼結構工業廠房中。重要的鋼柱應采用厚塗型防火塗料,其節點部位宜加厚處理[2],塗層内應設置與鋼構件相連的鋼絲網。

1.2薄塗型鋼結構防火塗料的應用現狀

薄塗型鋼結構防火塗料,通常是指塗層厚度在3mm-7mm之間,具有一定的裝飾性和美觀性,預熱會産生膨脹的鋼結構防火塗料。當溫度升高到一定程度的時候,脫水劑促使多羟基化合物脫水碳化,在發泡劑分解釋放出的大量氣體作用下,塗層發生膨脹,膨脹倍數可達十幾倍甚至幾十倍,形成緻密的泡沫狀炭化隔熱層,從而阻止熱量向鋼結構傳遞,起到防火保護作用[3]。

這類防火塗料一般都具有一定的水溶性,在制備時應首先選擇合适的水性聚合物作為溶劑,然後将防火添加劑、阻燃劑、耐火纖維等材料混合在其中。在選擇溶劑時必須選取與鋼結構材料具有良好附着力的水性聚合物,在實際應用當中使用較多的水性聚合物主要有聚醋酸乙烯乳液、苯乙烯改性丙烯酸乳液、偏氯乙烯乳液等,這些材料同時也具有很好的耐水性和耐久性。薄塗型防火塗料中的添加劑和外摻材料通常是分散在溶劑中的,因此溶劑還要起到分散載體的作用,對于分散能力相對較差的溶劑還應加入适量的分散劑增加其分散介質的能力。

生産薄塗型防火塗料時,首先要将各種添加劑及外摻材料分散在水中,将這些材料的混合料研磨成規定細度的料漿,然後再将料漿、水性聚合物、防火添加劑、阻燃劑、耐火纖維等混合攪拌均勻,後添加适量的消泡劑,待其達到一定強度後噴塗在鋼結構表面。薄塗型鋼結構防火塗料在遇熱後會膨脹,自身的發泡厚度是原塗層厚度的幾十倍,能夠阻斷火焰直接對鋼結構加熱,對鋼材起保護作用,其次,塗層膨脹、發泡等化學反應還會吸收周圍的熱量,有效降低周邊溫度,發泡分解出的不燃性氣體還能夠吸附燃燒所産生的自由基,減少可燃燒材料。薄塗型防火材料适用于耐火極限不超過2h的鋼結構建築,并且具有良好的裝飾性,在超薄型防火材料廣泛推廣前得到了大量應用。

1.3超薄型鋼結構防火塗料的應用現狀

超薄型鋼結構防火材料早是由德國科學家首先提出的,它的塗層厚度一般都小于3mm。超薄型防火塗料的優點是塗料層薄、塗料用量少、成本相對較低,并且具有較好的防火能力和美觀性。

超薄型防火塗料和薄塗型防火塗料一樣,在遇到高溫時能夠迅速在鋼結構材料表面産生一層輕質泡沫隔熱層,能夠有效減少周邊環境溫度對鋼材的影響,而且在塗料熔融軟化和發泡碳化的過程中都會吸收熱量,降低鋼材溫度。超薄型鋼結構防火塗料的主要組成成分包括基料樹脂、發泡劑、隔熱劑、阻燃劑、成碳催化劑和抑煙劑等,其生産工藝和薄塗型防火材料大緻相同。

配制超薄型鋼結構防火塗料時是以合成樹脂為基料,并使用有機溶劑作為稀釋劑,加入發泡劑、隔熱劑、阻燃劑、成碳催化劑和抑煙劑等材料,研磨加工至規定細度,制成後可直接塗抹在鋼結構表面使用。超薄型防火塗料一般直接噴塗在鋼結構表面,可根據實際要求,摻加一定的染料以起到裝飾的作用,多用在耐火極限不超過2h的鋼結構建築中,特别是大型鋼結構建築的外側,能夠充分發揮它的裝飾性。超薄型鋼結構防火塗料作為防火塗料的後起之秀,具有十分廣闊的應用前景。

2.鋼結構防火塗料的發展趨勢分析

随着國家政策的引導和人們環保意識的增強,人們對于防火塗料的污染和毒性也越來越重視,所以具備更環保、更安全、更高性能的防火塗料成為大型塗料企業技改和産品研發創新的方向。與傳統的化學膨脹型防火塗料相比,可膨脹石墨防火塗料的應用也非常廣泛。此外,在可膨脹石墨防火塗料中添加聚磷酸铵和聚氨酯可産生協同阻燃效果[4]。

2.1厚塗型防火塗料發展趨勢

對于厚塗型鋼結構防火塗料,近年來市場上出現了用于室内鋼結構保護的以石膏為主要黏結劑的噴塗防火塗料,其典型代表為韓國格雷斯有限公司生産的Monokote(火力克)、MK-6/HY防火塗料,塗層厚度 24mm,耐火極限3h。相較于水泥基塗料,石膏基塗料大大降低了産品的自重,噴塗損耗也大大降低。國内出現的另一種新型厚型鋼結構防火塗料,系公安部四川消防研究所開發的噴射無機纖維防火材料[5],該材料質輕、無毒無味、吸聲、耐候性好、高效隔熱、耐火可靠,可實現5 h以上高耐火極限保護。适用于建築物和隧道的防火保護,尤其是耐火極限要求比較高的高層鋼結構的防火保護,同樣也适用于建築物的保溫吸音和石油化工設備的保溫節能。上述兩種厚型防火塗料在水泥基産品的基礎上有突破性進展,且石膏基防火塗料已在我國室内鋼結構保護中得以應用。

2.2 薄塗型鋼結構防火塗料發展趨勢

和厚塗型防火塗料不同,薄塗型鋼結構防火塗料近年鮮有新産品問世,主要原因是國内科研機構更加關注膨脹型鋼結構防火塗料中塗層較薄(小于3mm)的超薄型鋼結構防火塗料的研發,對于薄型鋼結構防火塗料的研發工作開展得較少。雖然不少高等院校和科研院所在薄塗型鋼結構防火塗料底漆的技術升級改造上做了很多有益的工作,如公安部四川消防研究所、同濟大學、清華大學等。但工作延續了我國第一種薄塗型鋼結構膨脹防火塗料LB 薄型鋼結構防火塗料的生産思路,仍系雙體系塗料即以乳液作黏結劑,因此薄塗型鋼結構防火塗料的開發還有大量工作要做。

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