近年来,钢结构已在建筑工程中发挥着独特且日益重要的作用。大型钢结构建筑建设工期短、收益快,是建造厂房、库房、商场等首选的建筑结构形式之一。例如:被誉为“鸟巢”的国家体育场的辐射式门式钢桁架、北京人民大会堂钢屋架等。可以预测,钢结构在我国有着非常广阔的发展前景。但是,钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷,在未进行防火处理的情况下,钢材虽然不会起火燃烧,但火灾时其强度会迅速下降,据理论计算,在全负荷情况下,使钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500℃左右,而一般火场温度达到800~1000℃,在这样高的温度下,裸露的钢结构会很快出现塑性变形,产生局部破坏,甚至造成钢结构整体倒塌失效。要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足,必须进行防火保护处理。

到目前为止,采用防火涂料进行钢结构防火保护的方法仍被业内人士认为是最有效的措施之一,钢结构防火涂料在90%的钢结构工程中发挥着重要的防火作用。将防火涂料(又称阻燃涂料)涂敷于钢结构表面,它除具有普通涂料的装饰和保护作用外,还具有防腐、防锈、耐酸碱、盐雾等性能,更重要的是由于涂料本身具有不燃性或难燃性,能阻止火灾发生时火焰的蔓延和延缓火势的扩展,较好地保护了基材,避免钢结构失去支撑能力而导致建筑物垮塌。

一、防火涂料的类型

我国的钢结构防火涂料品种有水性涂料、溶剂性涂料;膨胀性涂料及厚涂型涂料;室内涂料、室外涂料等。根据基料的不同可分为有机和无机两大类;按其燃烧后的状态可分为膨胀型和非膨胀型两种;按涂层厚度将涂料分为超薄型、薄型及厚型涂料三种。

二、常见钢结构防火涂料的性能

1、超薄型结构防火涂料

超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度3mm(含3 mm)以内,装饰效果较好,高温时能膨胀发泡,耐火极限一般在2 h以内的钢结构防火涂料。该类钢结构防火涂料一般为溶剂型体系,具有优越的黏结强度、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2 h以内的建筑钢结构上。目前国内外,已出现了耐火性能达到或超过2 h的超薄型钢结构防火涂料新品种,它主要是以特殊结构的聚甲基丙烯酸酯或环氧树脂与氨基树脂、氯化石蜡等复配作为基料粘合剂,附以高聚合度聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺等为防火阻燃体系,添加钛白粉、硅灰石等无机耐火材料,以200#溶剂油为溶剂复合而成。目前各种轻钢结构、网架等多采用该类型防火涂料进行防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄,使得使用量较厚型、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。

2、薄型钢结构防火涂料

薄涂型钢结构防火涂料是指涂层厚度大于3mm,小于等于7 mm,有一定装饰效果,高温时膨胀增厚,耐火极限在2 h以内的钢结构防火涂料。这类钢结构防火涂料一般是用合适的水性聚合物作基料,再配以阻燃剂复合体系、防火添加剂、耐火纤维等组成,其防火原理同超薄型。对这类防火涂料,要求选用的水性聚合物必须对钢基材有良好的附着力、耐久性和耐水性。其装饰性优于厚型防火涂料,逊色于超薄型钢结构防火涂料,一般耐火极限在2 h以内。因此常用在小于2 h耐火极限的钢结构防火保护工程中,常采用喷涂施工。该类产品,在一个时期占有很大的比例,但随着超薄型钢结构防火涂料的出现,其市场份额逐渐被替代。

3、厚型钢结构防火涂料

厚型钢结构防火涂料是指涂层厚度大于7 mm,小于等于50 mm,呈粒状面,密度较小,热导率低,耐火极限在2 h以上的钢结构防火涂料。由于厚型防火涂料的成分多为无机材料,因此其防火性能稳定,长期使用效果较好,但其涂料组分的颗粒较大,涂层外观不平整,影响建筑的整体美观,因此大多用于结构隐蔽工程。该类防火涂料在火灾中利用材料粒状表面,密度较小,热导率低或涂层中材料的吸热性,延缓了钢材的温升,保护钢材。这类防火涂料是用合适的无机胶结料(如水玻璃、硅溶胶、磷酸铝盐、耐火水泥等),再配以无机轻质绝热骨料材料(如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、海抱石、漂珠、粉煤灰等)、防火添加剂、化学药剂和增强材料(如硅酸铝纤维、岩棉、陶瓷纤维、玻璃纤维等)及填料等混合配制而成,具有成本较低的优点。施工常采用喷涂,适用于耐火极限要求在2 h以上的室内外隐蔽钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构。如:高层民用建筑的柱、一般工业与民用建筑中支承多层的柱的耐火极限均应达到3 h,需采用该厚型防火涂料保护。

4、矿物棉类建筑防火隔热涂料

矿物棉类建筑防火隔热涂料是继厚涂型建筑防火涂料————珍珠岩系列,氯氧镁水泥系列防火涂料之后的又一重要防火涂料系列,在我国尚属空白,它与珍珠岩类防火涂料相比,其主要特点是作为隔热填料的矿物纤维对涂层强度可起到增强作用,可应用于地震多发的地区或常受震动的建筑物,并能起到防火、隔热、吸音之作用。矿物棉类建筑防火隔热涂料主要有矿物纤维防火隔热涂料、隔热填料,其主要成分是矿物棉、粘结材料一般是水泥,在现场采用干法喷涂施工,即纤维经分散后与粘结材料一起用高压空气输送至喷口处,然后与分布于喷口周围的高雾化水混合喷射至待涂表面。能够获得密度较小的涂层,从而能减轻整个建筑物的重量,降低建筑物负荷。目前,国外已广泛使用快干型矿物棉类防火涂料,在施工条件差的建筑工地使用时,具有施工方便、成本低、干燥时间短等优点。

三、钢结构防火涂料的优选方法及其应用

1、四种优选法

(1)类型筛选法。根据建筑结构防火要求,对防火涂料类型进行筛选,找出符合建筑物防火要求的最佳类型。

(2)功能比较法。根据建筑结构的功能要求和防火涂料的适用范围,找出符合建筑物防火要求的最佳类型。

(3)价格类比法。根据防火涂料生产厂家的价格比较,找出符合建筑物防火要求的最佳类型。

(4)综合优选法。综合上述三种情况,最后遴选出符合建筑物防火要求的最佳类型。

2、应用举例

某钢结构工程室内梁、柱根据设计要求需防火涂料覆盖,耐火极限时间为1·5 h,已查得现有的防火涂料类型参见表2,试选用在考虑功能要求、耐火极限时间、材料价格等因素时最佳防火涂料。根据类型筛选法,可采用钢结构薄型防火涂料,如表2中的FC-1, FC-5, FC-6, FC-8均可选用,再用功能比较法,涂层厚度应在5mm左右,由价格类比,在满足功能要求的基础上,尽量选用价格较低的涂料·所以,通过综合分析,宜选用FC-8钢结构防火涂料或FC-6钢结构防火涂料。

四、结束语

钢结构防火涂料类型较多,如何在实际工程中选用较为合理的品种,对于优化结构功能要求和降低工程成本将具有重要的意义。本文通过对不同防火涂料类型指标的分析与归纳,提出了进行建筑钢结构防火涂料的四种优选方法。该方法简便明了,便于工程设计人员根据钢结构耐火极限要求、建筑部位、工程的重要性以及防火涂料价格等因素,进行合理的选择。