淺析鋼結(jié)構(gòu)防火涂料發(fā)展趨勢及其作用

建筑防火是消防科學(xué)技術(shù)的一個重要領(lǐng)域，而防火涂料又是防火建筑材料中的重要組成部分。防火涂料是指涂裝在物體表面，可防止火災(zāi)發(fā)生，阻止火勢蔓延傳播或隔離火源，延長基材著火時間或增加絕熱性能以推遲結(jié)構(gòu)破壞時間的一類涂料。按用途和使用對象的不同可分為：飾面型防火涂料、電纜防火涂料、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、預(yù)應(yīng)力混凝土樓板防火涂料等。我國防火涂料的發(fā)展，較國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家晚15～20年，雖然起步晚，但發(fā)展速度較快。尤其是鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，從品種類型、技術(shù)性能、應(yīng)用效果和標(biāo)準(zhǔn)化程度上看，已接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平。近幾年，其需求量成倍增長，這與鋼結(jié)構(gòu)建筑的迅速發(fā)展是分不開的。 
鋼結(jié)構(gòu)防火涂料

　　鋼結(jié)構(gòu)作為高層建筑結(jié)構(gòu)的一種形式，以其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，并有良好的延伸性、抗震性和施工周期短等特點(diǎn)，在建筑業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，尤其在超高層及大跨度建筑等方面顯示出強(qiáng)大的生命力。截止1990年底，世界上高200m以上的100棟超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)占了79%。改革開放以來，隨著國際間技術(shù)交流與合作的加強(qiáng)，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)在我國得到了蓬勃發(fā)展，高層和超高層建筑迅速增長。據(jù)1995年的統(tǒng)計(jì)資料，我國建成的100幢超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)占37%，多數(shù)是近幾年興建的。隨著我國城市規(guī)模的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在我國建筑業(yè)的應(yīng)用具有非常廣闊的前景。但由于鋼結(jié)構(gòu)自身不燃，鋼結(jié)構(gòu)的防火隔熱保護(hù)問題曾一度被人們忽視。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)資料報(bào)道及有關(guān)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，鋼結(jié)構(gòu)建筑的耐火性能較磚石結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)差。鋼材的機(jī)械強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，在5000℃左右，其強(qiáng)度下降到40%～50%，鋼材的力學(xué)性能，諸如屈服點(diǎn)、抗壓強(qiáng)度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降，很快失去支撐能力，導(dǎo)致建筑物垮塌。因此，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)勢在必行。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料刷涂或噴涂在鋼結(jié)構(gòu)表面，起防火隔熱作用，防止鋼材在火災(zāi)中迅速升溫而降低強(qiáng)度，避免鋼結(jié)構(gòu)失去支撐能力而導(dǎo)致建筑物垮塌。早在20世紀(jì)70年代，國外對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研究和應(yīng)用就展開了積極的工作并取得了較好的成就，至今仍是方興未艾。80年代初國外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料就進(jìn)入中國市場，在工程上應(yīng)用。從80年代初，我國也開始研制鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，至今已有許多優(yōu)良品種廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。

　　厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料

　　厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度在8～50mm的涂料，這類防火涂料的耐火極限可達(dá)0.5～3h。在火災(zāi)中涂層不膨脹，依靠材料的不燃性、低導(dǎo)熱性或涂層中材料的吸熱性，延緩鋼材的升溫，保護(hù)鋼件。這類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料采用合適的粘結(jié)劑，再配以無機(jī)輕質(zhì)材料、增強(qiáng)材料。與其他類型的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，除了具有水溶性防火涂料的一些優(yōu)點(diǎn)之外，由于它從基料到大多數(shù)添加劑都是無機(jī)物，因此成本低廉。該類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工一般采用噴涂，多應(yīng)用在耐火極限要求2h以上的室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)上。但這類產(chǎn)品由于涂層厚，外觀裝飾性相對較差。

　　薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料

　　涂層厚度在3～7mm的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料稱為薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。該類涂料受火時能膨脹發(fā)泡，以膨脹發(fā)泡所形成的耐火隔熱層延緩鋼材的升溫，保護(hù)鋼構(gòu)件。這類鋼結(jié)構(gòu)涂料一般是用合適的乳膠聚__合物作基料，再配以阻燃劑、添加劑等組成。

　　對這類防火涂料，要求選用的乳液聚合物必須對鋼基材具有良好附著力、耐久性和耐水性。

　　常用作這類防火涂料基料的乳液聚合物有苯乙烯改性的丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液、偏氯乙烯乳液等。對于用水性乳液作基料的防火涂料，阻燃添加劑、顏料及填料是分散到水中的，因而水實(shí)際上起分散載體的作用，為了使粒狀的各種添加劑能更好地分散，還加入分散劑，如常用的六偏磷酸鈉等。該類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在生產(chǎn)過程中一般都分為3步：第一步先將各種阻燃添加劑分散在水中，然后研磨成規(guī)定細(xì)度的漿料；第二步再用基料(乳液)進(jìn)行配漆；第三步在漿料中配以無機(jī)輕質(zhì)材料、增強(qiáng)材料等攪拌均勻。該涂料一般分為底層(隔熱層)和面層(裝飾層)，其裝飾性比厚涂型好，施工采用噴涂，一般使用在耐火極限要求不超過2h的建筑鋼結(jié)構(gòu)上。

　　超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料

　　超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度不超過3mm的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，這類防火涂料受火時膨脹發(fā)泡，形成致密的防火隔熱層，是近幾年發(fā)展起來的新品種。它可采用噴涂、刷涂或輥涂施工，一般使用在要求耐火極限2h以內(nèi)的建筑鋼結(jié)構(gòu)上。與厚涂型和薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，超薄型膨脹鋼結(jié)構(gòu)防火涂料黏度更細(xì)、涂層更薄、施工方便、裝飾性更好。在滿足防火要求的同時又能滿足高裝飾性要求，特別是對裸露的鋼結(jié)構(gòu)，這類涂料是目前備受用戶青睞的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。公安部消防科研所研制出的“SCB”(溶劑型)和“SCA”(水性)超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度分別為2.69mm和1.6mm，耐火極限分別為147min和63min；“LF”(溶劑型)和“L6”(溶劑型)超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度分別為2mm和3mm，耐火極限分別為94min和90min；德國Herberts公司的“WatetBase”38320型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料(水性)，涂層厚度為2.63mm，耐火極限為63min；38091型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料(溶劑型)，涂層厚度為2.42mm，耐火極限為124min；英國“Nullifire”鋼結(jié)構(gòu)防火涂料(溶劑型)，涂層厚度為2.24mm，耐火時間為106min；江蘇蘭陵公司的“SF”(溶劑型)和“ECB”(水性)超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度為2.07mm和1.6mm，耐火極限分別為150min和44min?？偠灾?，由于國內(nèi)研究超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的時間還較短，對涂膜的防火性能及理化性能研究雖然進(jìn)展較快，但是要提出效果優(yōu)異的適合于室外應(yīng)用的超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，還需要在其耐候性方面作進(jìn)一步研究。國外的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料已向著超薄、超耐候性能、裝飾性能優(yōu)良的方向發(fā)展，并參照歐洲老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了耐候性實(shí)驗(yàn)，耐候性能優(yōu)良，其涂膜的耐候性能滿足室外使用的要求。所以為了趕上或超過國外同類產(chǎn)品，滿足市場的需要，研制和開發(fā)高耐候性的室外超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是今后發(fā)展的方向。

　　飾面型防火涂料

　　除了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，飾面型防火涂料、電纜防火涂料等也飛速發(fā)展。飾面型防火涂料是一種集裝飾和防火為一體的新型涂料品種，當(dāng)它涂覆于可燃基材上時，平時可起一定的裝飾作用；一旦火災(zāi)發(fā)生時，則具有阻止火勢蔓延，從而達(dá)到保護(hù)可燃基材的目的。正是因?yàn)樗倪@種特殊用途，所以國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)20年代就出現(xiàn)了防火涂料。這種涂料的發(fā)展經(jīng)過了兩個階段。初期出現(xiàn)的是以硅酸鹽水玻璃為粘結(jié)劑的無機(jī)防火涂料，此類防火涂料自身不燃燒，遇火時能形成空芯泡層，對可燃基材有一定的保護(hù)作用，缺點(diǎn)是隔熱性能和耐候性能較差，易產(chǎn)生泛白、龜裂和脫落。

　　40年代末期，人們開始著手研制有機(jī)膨脹型防火涂料，此涂料主要特點(diǎn)是防火性和理化性均優(yōu)于無機(jī)防火涂料，涂層遇火時能形成具有良好隔熱性能的致密的海綿狀膨脹泡沫層，能更有效地保護(hù)可燃性基材。與無機(jī)防火涂料相比，有機(jī)膨脹防火涂料是更有發(fā)展前途的防火涂料類型，所以在以后的幾十年間得以迅速的發(fā)展，到70年代末國外膨脹型防火涂料年銷量已在7380t以上。

　　我國飾面型防火涂料的發(fā)展也分兩個階段。20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)的防火涂料也是以硅酸鹽水玻璃為粘結(jié)劑的無機(jī)防火涂料。70年代初期，一些專業(yè)油漆廠生產(chǎn)了過氯乙烯、氯化橡膠防火漆。以上兩種防火涂料由于防火效果并不理想，所以并未在我國形成市場。直到70年代后期，我國才開始進(jìn)行有機(jī)膨脹型防火涂料的研究工作。最早出現(xiàn)的膨脹型防火涂料是由公安部四川消防科學(xué)研究所研制B60-1丙烯酸膨脹防火涂料和A60-1改性氨基膨脹防火涂料。此后，我國的有機(jī)膨脹防火涂料得以迅速發(fā)展。到目前為止，我國的防火涂料生產(chǎn)企業(yè)已發(fā)展到200多家，銷__量數(shù)萬噸，已形成跨部門的研究生產(chǎn)體系。

　　飾面型膨脹防火涂料，可分為溶劑型和水性兩類，兩類涂料所選用的防火組分基本相同，因此很難說它們的防火性能有多大的差別。其選用的溶劑以采用的成膜物質(zhì)而定。溶劑型防火涂料的成膜物質(zhì)一般選用氯化橡膠、過氯乙烯、氨基樹脂、酚醛樹脂等，采用的溶劑為200號溶劑汽油、噴漆稀料、醋酸丁酯等。水性防火涂料的成膜物質(zhì)一般選用氯乙烯-偏二氯乙烯乳液、苯丙乳液、純丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液等，這些材料均以水為溶劑。這兩類涂料性能上的差別主要在于涂料的理化性能以及耐候性能，溶劑型防火涂料這兩方面的性能都優(yōu)于水性防火涂料。透明防火涂料是近幾年發(fā)展起來并趨于成熟的一類飾面型防火涂料，產(chǎn)品廣泛地適用于賓館、醫(yī)院、劇場、計(jì)算機(jī)房等木結(jié)構(gòu)的裝修，各種高層建筑及古建筑的裝飾和防火保護(hù)。然而，隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展及市場上的需求，對透明防火涂料提出了更高的要求，不但要具有良好的防火性能，而且要求漆膜透明光亮，耐候性能好。

　　電纜防火涂料

　　我國電纜防火涂料產(chǎn)品的研制始于20世紀(jì)70年代末和80年代初，它是在飾面型防火涂料基礎(chǔ)上結(jié)合自身要求發(fā)展起來的，其理化性能及耐候性能較好，涂層較薄，遇火能生成均勻致密的海綿狀泡沫隔熱層，有顯著的隔熱防火效果，從而達(dá)到保護(hù)電纜、阻止火焰蔓延、防止火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展的目的。電纜防火涂料作為電纜防火保護(hù)的一種重要產(chǎn)品，通過近20年來的應(yīng)用，對減少電纜火災(zāi)損失、保護(hù)人民財(cái)產(chǎn)安全起了積極作用，其應(yīng)用也從不規(guī)范到規(guī)范。但由于現(xiàn)代社會的飛速發(fā)展，電纜使用的環(huán)境、敷設(shè)的方式的多樣化，從電纜防火涂料多年的應(yīng)用情況看，現(xiàn)行的水性防火涂料還有些性能需要改進(jìn)提高，才能滿足電纜使用環(huán)境要求。目前使用情況較好的是溶劑型防火涂料，但由于這類涂料本身易燃，使用的火災(zāi)隱患也相當(dāng)大，加之溶劑對人體會有不同程度的傷害，因此特別是在電纜豎井、電纜溝、電纜隧道等空間狹窄或不易通風(fēng)的場所使用時應(yīng)加強(qiáng)安全防護(hù)措施。從環(huán)保的角度考慮，今后應(yīng)努力開發(fā)研制理化性能和耐候性能優(yōu)良的水性防火涂料。

　　預(yù)應(yīng)力混凝土樓板防火涂料

　　在高速發(fā)展的建筑中，采用混凝土的建筑結(jié)構(gòu)十分普遍，其中，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土比普通鋼筋混凝土的抗裂性、剛度、抗剪性和穩(wěn)定性更好，質(zhì)量更輕，并能節(jié)省混凝土和鋼材。

　　但是，應(yīng)用較多的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心樓板的耐火性能很差，其原因是：預(yù)應(yīng)力鋼筋的溫度達(dá)2000℃時，屈服點(diǎn)開始下降，3000℃時，預(yù)應(yīng)力幾乎全部消失，蠕變加快，致使預(yù)應(yīng)力板的強(qiáng)度、剛度迅速降低，從而板中的撓度變化加快，板下面出現(xiàn)裂縫，預(yù)應(yīng)力鋼筋直接受到高溫作用，其剛度和強(qiáng)度進(jìn)一步下降，混凝土在高溫下性能也在改變，板下的混凝土受熱膨脹方向與板受拉方向一致，助長了板中撓度的變化?；炷猎?000℃時，強(qiáng)度開始下降，5000℃強(qiáng)度降低一半左右，8000℃強(qiáng)度幾乎喪失。在建筑火災(zāi)中，這類樓板均在0.5h左右即斷裂垮塌。
預(yù)應(yīng)力混凝土空心板廣泛用于現(xiàn)代建筑物中作為承重的樓板，由于它的耐火性差，成為貫徹建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的一個難題。為了提高預(yù)應(yīng)力樓板的耐火極限，人們首先采取了增加鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的辦法，但效果不很明顯，反而增加了樓板的質(zhì)量并占用了有效空間。借鑒鋼結(jié)構(gòu)防火涂料用于保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的原理，我國從20世紀(jì)80年代中期起，逐步研究和生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土樓板防火涂料，較廣泛地用于保護(hù)預(yù)應(yīng)力樓板，噴涂在預(yù)應(yīng)力樓板配筋一面，遭遇火時，涂層有效地阻隔火焰和熱量，降低熱量向混凝土及其內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼筋的傳遞速度，以推遲其升溫的時間，從而提高預(yù)應(yīng)力樓板的耐火極限，達(dá)到防火保護(hù)的目的。

　　結(jié)語

　　隨著我國城鎮(zhèn)建設(shè)開發(fā)力度的進(jìn)一步加大，鋼結(jié)構(gòu)因其鋼性和塑性都比較優(yōu)良，將被廣泛應(yīng)用在大型展覽、體育中心及高層建筑中。因此，必須進(jìn)一步深入研究鋼結(jié)構(gòu)防火涂料性能，根據(jù)不同需要、不同功能，提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限，增強(qiáng)建筑物抗御火災(zāi)能力，確保國家和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。