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摘要：随着中国经济的发展和产钢量的提高，钢结构不仅应用于工业和大型公共设施中，在民用建筑领域也得到了更加广泛的应用。概述了钢结构防火涂料的分类及其阻燃机理，重点阐述了钢结构防火涂料的国内外研究现状及存在问题，指出钢结构防火涂料今后的发展趋势。
关键词：钢结构；防火涂料；发展趋势；
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着城市的发展，钢结构以其自身不燃、质轻、强度高、所占空间体积小、可回收利用、构件制造与安装方便等优点展现出其特有的优势，高层民用住宅、大型公共娱乐场所、机场建设等大型钢结构建筑应运而生。为提高钢结构的耐火性能，人们采用在其外围浇铸混凝土、包裹不燃材料等方法提高其耐火极限，但都起不到很好的效果。钢结构防火涂料由于其防火隔热性能好，施工不受结构几何形体限制、易于施工等优点,得到了广泛的应用，北京奥体中心、首都机场航站楼、上海东方明珠电视塔等大型建筑都采用了涂刷钢结构防火涂料来提高建筑物耐火极限的做法，下面就钢结构防火涂料的现状、应用、发展方向及防火性能检测方法的研究做简单的介绍。
一、钢结构防火涂料的分类及防火机理
钢结构防火涂料按基料的不同可分为有机类和无机类两大类;按使用场地不同可分为室外型和室内型两大类;根据其涂层的厚度和性能特点可分为厚型钢结构防火涂料(H类),薄涂型钢结构防火涂料(B类),超薄型钢结构防火涂料(CB类)。
厚型钢结构防火涂料又称非膨胀型防火涂料,主要成分为无机绝热材料,呈现粒状面,密度较小,涂层受热不膨胀,由于其自身具有良好的隔热性,因而也叫隔热性防火涂料。其防火机理是利用涂层固有的良好绝热性,阻止火灾热量向钢材传递,并且在高温下形成一种结构致密的釉状物,能有效隔绝氧气并具有反射热量作用,延缓钢结构温升,起到防火保护作用。
二、钢结构防火涂料的阻燃原理
2.1 非膨胀型防火涂料的阻燃原理
非膨胀型防火涂料依靠自身的难燃性或不燃性，在火焰或高温的作用下释放出灭火性气体并形成不燃性的无机釉层，隔绝空气从而达到阻燃防火的目的。但形成的无机釉状保护层热导率相对较大，隔热效果较差，为达到一定的防火效果，涂层一般都较厚，即使这样，防火隔热作用也有限。
2.2 膨胀型防火涂料的阻燃原理
膨胀型防火涂料在火焰或高温的作用下，涂层受热软化熔融，发泡剂受热分解产生不燃性气体，使软化的涂层膨胀，脱水催化剂在比成炭剂温度低的情况下分解产生酸，使成炭剂脱水炭化，形成一个比原来膜层增厚几十倍甚至数百倍的不易燃的蜂窝状炭质泡沫层。
三、材料存在的主要问题及解决办法
钢结构防火涂料由于其自身的局限性,存在着部分问题,如企业规模较小、产品更新慢、售后服务不及时、施工质量不高等,这些都属于材料以外的问题,下面就材料本身可能存在的问题提出几点看法并试图提出解决问题的办法。
3.1 材料自身存在的问题
涂料使用寿命低于钢结构设计年限，钢结构防火涂料同其它涂料一样,在使用过程中都要经受日光、紫外线照射、振动、雨雪等因素的考验,但由于防火涂料加入了很多有机或无机材料,如多元醇、有机胺等化学物质,其粘结性能和耐老化性能都有着不同程度的降低。GB
14907-2002《钢结构防火涂料》中对防火涂料的耐暴热性、耐湿热性、耐酸性、耐碱性及耐盐雾腐蚀性都有了明确的规定并在这些项目合格的基础上进一步考察其耐火性能,规定上述项目合格的产品其附加耐火性能的衰减值不应大于35%。钢结构的主体设计使用年限一般是50年,而钢结构防火涂料的使用寿命远低于50年,这样就很可能造成在钢结构使用后期,涂覆在其上的防火涂料起不到防火作用。
目前测试钢结构防火涂料防火性能的方法是采用GB14907-2002《钢结构防火涂料》规定的方法,即按照GBJ 17规定的设计载荷在136b或140b工字钢梁上加载,在水平燃烧炉上进行燃烧试验,所要求的计算跨度不小于4200mm。这种模拟试验方法成本高,浪费了大量的钢材、燃气和检验费用,国内仅有少数检验机构拥有此检验能力,实际使用过程中难以对涂料的使用质量进行检测,具有较大的局限性,工程验收现场检测也只是检测防火层厚度等物理指标,而防火性能往往用当年的型式检验报告代替,这种做法不利于提高产品质量,同时也留下了火灾隐患。
3.2 解決问题的办法
使用高效协同体系,延长钢结构防火涂料使用寿命,如在保证防火效果的前提下,尽量少量使用阻燃剂、填料及助剂等辅助性材料,以增强涂料与钢结构的粘结强度和耐久性,延缓涂料物理性能和防火性能的下降,延长防火涂料的使用周期;研制出一种快速检测钢结构防火涂料耐久性的检测方法,能够真正预测出实际的使用寿命,这样可根据环境的不同要求及其基材或主体结构的使用寿命来决定是否需要更换或及时维修。现在所用的防火性能检测方法并不能代表火灾发生时钢结构防火涂料的实际耐火情况,因此,应加快对标准的修订,研发出一种可代替现有防火测试方法的新方法,如采用热分析手段来模拟火灾实际情况,通过对比试验找出相关联的部分,这种方法的可能性将在下面详细探讨。
在涂料制备过程中,应选择适当的阻燃体系,既可以达到阻止热传递的效果,又可以最大程度上延迟比消光面积峰值出现的时间,降低比消光面积的平均值,从而少产生甚至不产生有毒有害气体。
结束语
钢结构防火涂料在火灾中保护钢结构的过程就是涂料受热膨胀分解、阻止热传递的过程,对其高温下的热降解过程的深入测试和研究有助于让我们了解防火涂料的燃烧机理,可为涂料配方和体系提供理论依据。在钢结构防火涂料防火性能的检测,尤其是工程验收现场检测方面,标准规定外的检测技术,特别是多种技术联用,很可能会在防火涂料防火性能检测方面得到广泛的应用。
关键词：钢结构；防火涂料；发展趋势；
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着城市的发展，钢结构以其自身不燃、质轻、强度高、所占空间体积小、可回收利用、构件制造与安装方便等优点展现出其特有的优势，高层民用住宅、大型公共娱乐场所、机场建设等大型钢结构建筑应运而生。为提高钢结构的耐火性能，人们采用在其外围浇铸混凝土、包裹不燃材料等方法提高其耐火极限，但都起不到很好的效果。钢结构防火涂料由于其防火隔热性能好，施工不受结构几何形体限制、易于施工等优点,得到了广泛的应用，北京奥体中心、首都机场航站楼、上海东方明珠电视塔等大型建筑都采用了涂刷钢结构防火涂料来提高建筑物耐火极限的做法，下面就钢结构防火涂料的现状、应用、发展方向及防火性能检测方法的研究做简单的介绍。
一、钢结构防火涂料的分类及防火机理
钢结构防火涂料按基料的不同可分为有机类和无机类两大类;按使用场地不同可分为室外型和室内型两大类;根据其涂层的厚度和性能特点可分为厚型钢结构防火涂料(H类),薄涂型钢结构防火涂料(B类),超薄型钢结构防火涂料(CB类)。
厚型钢结构防火涂料又称非膨胀型防火涂料,主要成分为无机绝热材料,呈现粒状面,密度较小,涂层受热不膨胀,由于其自身具有良好的隔热性,因而也叫隔热性防火涂料。其防火机理是利用涂层固有的良好绝热性,阻止火灾热量向钢材传递,并且在高温下形成一种结构致密的釉状物,能有效隔绝氧气并具有反射热量作用,延缓钢结构温升,起到防火保护作用。
二、钢结构防火涂料的阻燃原理
2.1 非膨胀型防火涂料的阻燃原理
非膨胀型防火涂料依靠自身的难燃性或不燃性，在火焰或高温的作用下释放出灭火性气体并形成不燃性的无机釉层，隔绝空气从而达到阻燃防火的目的。但形成的无机釉状保护层热导率相对较大，隔热效果较差，为达到一定的防火效果，涂层一般都较厚，即使这样，防火隔热作用也有限。
2.2 膨胀型防火涂料的阻燃原理
膨胀型防火涂料在火焰或高温的作用下，涂层受热软化熔融，发泡剂受热分解产生不燃性气体，使软化的涂层膨胀，脱水催化剂在比成炭剂温度低的情况下分解产生酸，使成炭剂脱水炭化，形成一个比原来膜层增厚几十倍甚至数百倍的不易燃的蜂窝状炭质泡沫层。
三、材料存在的主要问题及解决办法
钢结构防火涂料由于其自身的局限性,存在着部分问题,如企业规模较小、产品更新慢、售后服务不及时、施工质量不高等,这些都属于材料以外的问题,下面就材料本身可能存在的问题提出几点看法并试图提出解决问题的办法。
3.1 材料自身存在的问题
涂料使用寿命低于钢结构设计年限，钢结构防火涂料同其它涂料一样,在使用过程中都要经受日光、紫外线照射、振动、雨雪等因素的考验,但由于防火涂料加入了很多有机或无机材料,如多元醇、有机胺等化学物质,其粘结性能和耐老化性能都有着不同程度的降低。GB
14907-2002《钢结构防火涂料》中对防火涂料的耐暴热性、耐湿热性、耐酸性、耐碱性及耐盐雾腐蚀性都有了明确的规定并在这些项目合格的基础上进一步考察其耐火性能,规定上述项目合格的产品其附加耐火性能的衰减值不应大于35%。钢结构的主体设计使用年限一般是50年,而钢结构防火涂料的使用寿命远低于50年,这样就很可能造成在钢结构使用后期,涂覆在其上的防火涂料起不到防火作用。
目前测试钢结构防火涂料防火性能的方法是采用GB14907-2002《钢结构防火涂料》规定的方法,即按照GBJ 17规定的设计载荷在136b或140b工字钢梁上加载,在水平燃烧炉上进行燃烧试验,所要求的计算跨度不小于4200mm。这种模拟试验方法成本高,浪费了大量的钢材、燃气和检验费用,国内仅有少数检验机构拥有此检验能力,实际使用过程中难以对涂料的使用质量进行检测,具有较大的局限性,工程验收现场检测也只是检测防火层厚度等物理指标,而防火性能往往用当年的型式检验报告代替,这种做法不利于提高产品质量,同时也留下了火灾隐患。
3.2 解決问题的办法
使用高效协同体系,延长钢结构防火涂料使用寿命,如在保证防火效果的前提下,尽量少量使用阻燃剂、填料及助剂等辅助性材料,以增强涂料与钢结构的粘结强度和耐久性,延缓涂料物理性能和防火性能的下降,延长防火涂料的使用周期;研制出一种快速检测钢结构防火涂料耐久性的检测方法,能够真正预测出实际的使用寿命,这样可根据环境的不同要求及其基材或主体结构的使用寿命来决定是否需要更换或及时维修。现在所用的防火性能检测方法并不能代表火灾发生时钢结构防火涂料的实际耐火情况,因此,应加快对标准的修订,研发出一种可代替现有防火测试方法的新方法,如采用热分析手段来模拟火灾实际情况,通过对比试验找出相关联的部分,这种方法的可能性将在下面详细探讨。
在涂料制备过程中,应选择适当的阻燃体系,既可以达到阻止热传递的效果,又可以最大程度上延迟比消光面积峰值出现的时间,降低比消光面积的平均值,从而少产生甚至不产生有毒有害气体。
结束语
钢结构防火涂料在火灾中保护钢结构的过程就是涂料受热膨胀分解、阻止热传递的过程,对其高温下的热降解过程的深入测试和研究有助于让我们了解防火涂料的燃烧机理,可为涂料配方和体系提供理论依据。在钢结构防火涂料防火性能的检测,尤其是工程验收现场检测方面,标准规定外的检测技术,特别是多种技术联用,很可能会在防火涂料防火性能检测方面得到广泛的应用。