张勇(海南省东方市公安消防大队) 李耀群(海南省乐东县公安消防大队)
摘要：介绍了钢结构防火涂料的分类及其防火原理,论述了钢结构防火涂料的质量控制、施工中存在的问题及解决方法,指出科学合理地选择防火涂料品种对保障建筑物的火灾安全是至关重要的.关键词：钢结构 建筑材料 防火涂料
引言
防火涂料是一类重要的消防安全产品,广泛应用于各类建筑物和构筑物的防火保护。近年来随着钢结构建筑不断地迅猛发展,对钢结构进行有效的防火保护工作也开始引起广泛关注[ 1 ] 。
1 防火涂料的类型和防火特性
1. 1 薄型钢结构防火涂料
薄型防火涂料要求涂层厚度在不大于7 mm 时,其耐火极限不低于1. 5 h。薄型钢结构防火涂料的组成主要包括树脂(基料) 、酸源(催化剂)、气源(发泡剂) 、碳源(碳化剂) 、载体等五部分。薄型涂料对钢结构的保护作用不是靠涂层本身的隔热作用实现,而是靠涂层在高温下的物理化学反应过程所形成的膨胀隔热泡沫保护层所实现的。 此类涂料的防火保护原理是涂层中树脂首先熔融引起涂层软化,此时脱水催化剂分解成磷酸、聚磷酸使涂层中含羟基的有机物脱水成为碳骨架,同时,发泡剂在热的 作用下不断释放出不燃性气体,使涂层形成泡沫层。当泡沫层达到最大体积时,泡沫凝固碳化形成一个多孔的碳化泡沫层,这一碳化泡沫层可有效阻止热的传导,从 而保护钢材在火灾的威胁下不受破坏。
1. 2 超薄型钢结构防火涂料
超薄型防火涂料是指涂层厚度不大于3 mm 时,其耐火极限不小于1. 5 h。超薄涂料对钢材的保护原理与薄型涂料完全一致,只是其生产工艺及技术难度相对更高一些。超薄涂料涂层表面光滑,装饰效果好,其生产工艺水平类似于油 漆,这本身对涂料的生产水平就有了一些高要求。同时由于其涂层厚度小而耐火要求都与薄型涂料一致,这就要求涂层在受热时膨胀高度要更大,同时泡沫层的强度 也更高。这样对原材料的质量要求就会更加苛刻,配方的合理化要求更高,加工难度也会相应提高。
1. 3 厚浆型钢结构防火涂料
厚浆型防火涂料规定其厚度在7 mm～45 mm。当厚度不大于20 mm 时,耐火极限不低于1. 5 h。厚浆型防火涂料主要由多孔绝热材料如蛭石、珍珠岩、矿物纤维等为骨料加上粘结剂而形成。其防火原理就是由于涂层的导热系数小,具有良好的热绝缘性,从 而可在火灾中有效保护钢材不受破坏。
2 防火涂料的选用和质量控制
2. 1 防火涂料的选用
防火涂料的选用要严格遵守《钢结构防火涂料应用技术规范》的规定[ 4 ,5 ] 。
1) 根据钢结构耐火极限要求选用不同的防火涂料:耐火极限不超过1 h 时,可选用超薄型或薄型防火涂料;耐火极限不超过2. 5 h 时,可选用薄型或厚浆型防火涂料;耐火极限在2. 5 h 以上时,应选用厚浆型防火涂料。
2) 根据建筑部位选用不同种类的防火涂料。
3) 裸露部位且装饰效果要求高时如屋顶承重构件可选用超薄型防火涂料;对裸露的柱及网架构件则可选用薄型涂料;隐蔽部位选用厚浆型涂料。
4) 根据工程的重要性选用不同种类防火涂料。对于重要工程如核能工程、电力工程等选用涂料时,应主要选用厚浆型涂料,在民用工程中可选用薄型或超薄型涂料。
2. 2 防火涂料的质量控制
防火涂料的质量控制包括生产过程和使用过程中的质量控制。防火涂料技术含量高、生产过程简单,是关系到国计民生的特殊产品。因此,防 火材料对原材料、生产过程的控制要十分严格,任何原材料的质量问题和任何一步生产工艺问题,都可能导致涂料防火性能的大幅度下降,甚至丧失防火功能。
目前在我国从涂料的使用趋势看,薄型及超薄型涂料的应用越来越多。一方面人们为了追求装饰效果,另一方面为了降低工程造价。因此,涂料有了越做越薄之势。生 产厂家为了迎合这一趋势,不顾目前的实际原料生产水平及涂料生产工艺水平条件下,盲目地“科学”组合配方,用近似只有实验室条件下才能产生的“产品”通过检测后就推向了市场。为了制止我国目前盲目追求防火涂料薄涂层的倾向,使用钢结构防火涂料时必须对涂层厚度提出限制性要求,可确保建筑物有可靠的抵御火灾 的能力[ 6 ] 。
1) 超薄型防火涂料在耐火极限超过1. 5 h 时不宜使用;不超过1. 5 h 耐火极限的构件实际喷涂厚度不得低于3 mm。
2) 薄型防火涂料在耐火极限不超过2 h 时,实际喷涂厚度不得低于5 mm;耐火极限不超过1. 5 h 时,实际喷涂厚度不得低于4 mm 等。
对于特种涂料确可做到在很薄情况下,耐久性能又有保证,可根据工程实际情况,在工程建设过程中专门进行测试以确定使用的可靠性。另外,建筑工程中在使用防火涂料时应在防火涂料涂层表面涂刷保护层。为了防止涂料的老化及有效成分的析出,特别是对于超 薄型及薄型防火涂料,加涂保护层尤为重要。如超薄型防火涂料涂层厚度不足3 mm ,一旦其膨胀性能丧失,对钢结构的保护作用几乎为零,其危险性不言而喻。
在施工过程中,施工质量的好坏直接影响使用效果和消防安全性能, 所以钢结构防火喷涂保护应由经过培训合格的专业施工队施工,从而避免把饰面漆当防火涂料,同时保证防火涂料的喷涂层厚度达到设计要求。如果装修破坏了防火涂料的喷涂层,钢结构的防火性能将受到影响,应立即重喷或采取必要措施进行补救。与此同时,还要考虑防火涂料的长期可靠性,即防火涂料的老化及耐久性。膨胀型防火涂料防火性能是靠其有机物成分的物理化学反应而实现的。但防火涂料在长期暴露中必然出现有机成分的析出、分解、降解等老化失效问题。相对而言,厚浆型防火涂料的耐久性优于膨胀型防火涂料。但厚浆型涂料在长期使用中防火性能也同样会降低。它的降低主要是由于涂层孔隙的变化而产生,如长期使用中水及 CO2气体的作用使涂层孔隙率提高并最终由封闭的孔隙而成为贯通孔隙,从而使得涂层导热系数加大,降低了涂层的隔热性。但由于厚型涂料的厚度保证了其防火性能整体降低不大。因此,只有真正安全有效地使用钢结构防火材料,才能确保钢结构建筑物或构筑物的耐火极限达到安全的设计要求。
采用表8 中级配,取空隙率为3. 5 %时的沥青用量为最佳沥青用量,并对纤维沥青混合料进行- 10 ℃低温弯曲试验。
2. 2 原材料的基本性状
为保持胶浆和混合料原材料的一致性,沥青采用KLMY290号沥青,集料采用花岗岩和石灰岩矿粉。为改善酸性花岗岩石料与沥青之间的粘附性,加入阳离子抗剥落剂(沥青∶抗剥落剂=1∶3 ‰) 。
2. 3 低温试验结果与分析混合料的低温试验结果见表9 、表10 。
由表可得出:
1) 加入纤维后沥青混合料最佳油石比均比不加纤维的大,且加入的纤维不同,油石比增加的幅度也不同,这与纤维的表面特性有关。
2) 沥青混合料的应变能密度临界值指标是混合料临界弯拉应变和弯拉强度2 个指标的综合,本次试验用它来评价沥青混合料的低温抗裂性能[ 3 ]。
3) 不同纤维沥青混合料的低温性能不同,沥青混合料中掺加聚酯纤维或矿物纤维,与木质素纤维相比,能有效改善沥青混合料的低温性能。
3 结语
1) 纤维的加入可以提高沥青混合料的低温性能。
2) 不同纤维对沥青混合料的低温性能改善效果不同,聚酯纤维和矿物纤维比木质素纤维对沥青混合料的低温性能改善效果明显。