钢结构防火涂料的现状和发展探讨

张赟　吴晓羽

摘 要：文章综述了钢结构防火涂料的现状、发展、机理、分类，结合工作实际评述了新产品在建筑中的实际应用，并展望了钢结构防火涂料发展趋势。

关键词：钢结构；防火涂料

中图分类号：TU561 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0138-02

随着我国建筑业的不断发展，建筑构造的形式也日新月异，其中，钢结构建筑以其自身强度高、质量轻，并有良好的延伸性能、抗震性能并且具备施工周期短等特点，在建筑业得到了广泛应用，尤其在高层建筑以及大跨度建筑等方面显示出了强大的影响力。据统计，世界上在100 m以上的高层建筑中钢结构建筑占了总数的约79%。近年来，随着相关技术的完善，钢结构建筑技术在我国也得到了长足地应用。在我国高层建筑中钢结构建筑占了37%，多数是近几年建设起来的。随着我国各地城镇化速度的稳步推进，钢结构技术在我国建筑领域中将拥有更加广阔的远景。但由于其自身的缺陷让钢结构建筑出现了很多的瑕疵，建筑的质量安全与消防安全对钢结构建筑影响是最大的，如何处理好这两方面的问题是最急需要考虑的问题。

1 火灾中钢结构建筑所暴露出来的问题

钢结构建筑虽然自身是不燃烧体，但因其耐火性能差，在实际火场的高温下，其强度、弹性系数等都会明显降低，当温度达到600℃时，钢材就会完全丧失其强度和硬度。

①钢结构内的夹芯材料防火性能不佳。钢结构厂房多用夹芯的彩钢板做墙体和分隔材料，而该芯材多是聚氨脂泡沫、聚苯乙烯等易燃或可燃材料填充，且燃烧时会产生有毒气体，易造成人员伤亡，2013年消防局已经正式下文杜绝使用此类易燃有毒的彩钢板。

②钢结构因自身的抗火性能很差，受热极易垮塌，不利于消防官兵进行火灾扑救和人员物质的疏散。无保护的钢结构屋架，耐火极限只有15 min，同时，所造成的钢结构倒塌将严重影响火灾扑救，消防官兵无法进入建筑内部实施扑救，无法直接扑灭着火点。

2 对钢结构的强化以及对裸露结点的保护

在火场中，使钢结构失去稳定性的温度约为500℃，在我们常见的火场温度有800～1 000℃，此时，裸露结点会很快出现变形和坍塌，这就要求对容易起火、火灾负荷大的部位应进行强化，如可适当加密钢柱的间距，从而提升隔墙的防火承载能力。同时，也应采用喷涂防火涂料对裸露的结点进行保护。

3 钢结构防火涂料的历程

防火涂料是建筑材料中的重要成员。自防火涂料配方被研制出来，防火涂料不断向前发展，效能也得到了及大的提升，后来又出现了膨胀型防火涂料。我国防火涂料的历程，较发达国家晚5～10 a，但现在的发展速度已经有迎头赶上的架势了。不论品种类型、性能效果还是适用标准上看，已经接近国际领先水平。

4 防火涂料的机理

防火涂料的机理可归纳为以下五点：

①本身为不燃材料，使被保护的材料不直接充分地与空气接触，延缓被保护材料着火并减缓燃烧速度。

②具有导热系数低的特点，可以阻止燃烧时高温向被保护材料的传递时间和速度。

③氮系防火涂料受热分解出NO、NH3等氮化产物，和有机游离基化合，阻断连锁反应，抑制燃烧。

④受热分解会产生惰性气体，充斥在了被保护材料受热分解出的可燃气体周边，使之燃烧速度减缓。

⑤膨胀型防火涂料受到高温后膨胀发泡，同泡沫灭火机理形成泡沫隔热层将被保护材料覆盖，延迟热量向被保护材料的传递，抑制物体着火燃烧。

5 按成分的分类

①一般的防火涂料主要用于木材、人造板等板材上，如用在建筑的木质屋架、顶棚等表面。

②膨胀型防火涂料又划分为乳液膨胀型防火涂料、溶剂膨胀型防火涂料和膨胀无毒型防火涂料。

③乳液膨胀型防火涂料和溶剂膨胀型防火涂料主要用于常规建筑物上。

④膨胀无毒型防火涂料主要用于保护电绝缘管、聚乙烯管道上。

6 按效果分类

6.1 厚型

厚型钢结构防火涂料是指涂层厚度在7～50 mm的涂料，此类防火涂料的耐火极限之多可达到3 h。高温中涂层表面不发生膨胀，依靠不燃、低导热和吸热性，大幅延缓了钢结构的升温。与其他涂料相比，除开具有水溶型防火涂料的部分特点之外，因为其从自身的基质到添加剂均为无机物，所以成本低廉。然而由于其成分采用无机材料，其防火性能较稳定，纵使长期使用其性能也能保证，但其涂料成分的粒质过大，导致其外观会有凹凸不平的现象，影响了钢结构建筑的整体外观视觉，因此此类型多用于隐蔽的工程。实际中，多层工业或民用建筑、高层民用建筑的钢柱中支承柱的耐火极限要求达到3 h，此时要达到耐火标准采用此类厚型防火涂料进行保护为最佳选择。

6.2 薄型

薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度在3～7 mm的涂料，此类涂料受火时会发生膨胀发泡现象，其机理也是以膨胀发泡形成耐火隔热的泡沫层，借此来延缓被保护钢材的升温，其耐火极限在2 h以内。对此类防火涂料，所选用的水基型的混合物必须对钢结构基材具备较好的附着力、耐水性和耐久性。其视觉美观效果比厚型防火涂料强，但差于超薄型钢结构防火涂料。

6.3 超薄型

超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度不超过3 mm的涂料，此类防火涂料遇到高温也是发生膨胀发泡现象，其形成的致密防火隔热泡沫层，使耐火极限一般控制在2 h左右，也是近几年发展起来的新新品种。与之前所述的厚型与薄型钢结构防火涂料相比，超薄型钢结构防火涂料的附着力更强，涂层更薄，视觉美观性也好。在满足消防规范的同时也能满足视觉美观性的要求，尤其针对有大量裸露结点的钢结构建筑中，此类涂料更是备受好评的涂料。于此同时，由于此类防火涂料涂层需要敷设的表面很薄，使得对材料的需求大幅减少，从而降低了涂料的成本费用，于此同时还能让钢结构建筑的防火保护达到消防规范要求，性能效果很好，势必成为今后行业发展的趋势。

6.4 矿物棉型

矿物棉型防火涂料是继厚型防火涂料之后的进一步升级材料，其与厚型防火涂料所采用的珍珠岩系列和氯氧镁水泥珍珠岩系列涂料相比，其矿物纤维基料对涂层强度起到了增强作用，起到防火、隔热和吸音的效果。实际应用中，已广泛使用的是快干型矿物棉型防火涂料，在施工条件有限的工地使用时，具备了降低施工难度、降低成本和降低干燥时间等多项优点。

7 结合工程实际展望新技术

在笔者于2013年7月验收的荆溪镇小城镇规划建设展示馆项目中，建设方就采用了武汉武立涂料有限公司出品的室内薄型钢结构防火涂料来处理该建筑的耐火性能，经公安部消防产品合格评定中心抽检，由国家防火建筑材料质量监督检验中心出具的检验报告显示，该NB室内薄型钢结构防火涂料在涂层厚度4.7 mm时，耐火性能试验时间为3.0 h，符合规定的耐火时间要求，其余各项技术指标均合格。该NCB室内超薄型钢结构防火涂料在涂层厚度2.00 mm（含防锈漆厚度0.04 mm）时，耐火性能试验时间为2.1 h，符合规定的耐火时间要求，其余各项技术指标均合格。从而满足了规范要求的钢柱3 h，钢梁2 h的要求。

由此得知，国内已经出现了耐火性能达到或超过3 h的薄型钢结构防火涂料新品种，它主要是以特殊结构的丙烯酸乳液作为基料粘合剂，附以高聚合度聚磷酸铵、季戊四醇（95%含量）、三聚氰胺（一等品）等为防火阻燃体系，添加钛白粉、膨胀石墨等无机耐火材料，以200#溶剂油为溶剂复合而成。各种轻钢结构、网架等已经可以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薄，使得使用量较厚型防火涂料大大减少，从而降低了工程费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，防火效果很好。

随着对环境保护要求的不断提高，防火涂料的环保性能也提上了发展日程，向着低污染、高性能的方向提升。水基型防火涂料由于安全无毒、对环境影响小，成为今后发展的重要方向。其中，又以无机型防火涂料具备的不燃性、耐高温性，即使高温作用也不会产生有害气体的优良因素，让其在防火涂料发展中越来越受到重视。如硅酸盐膨胀型防火涂料，就是用梯次发泡的原理，让低温发泡层与高温发泡层的融合，解决了火场高温中钢结构前期导热升温快和后期涂层融化的问题。另外，采用膨胀型和非膨胀型防火涂料相结合的方法也是重要的研究方向，即涂料的配方中既有膨胀型的材料，又含有较多耐火基料的成分，再加入高熔点的无机纤维材料等，使防火涂层在火场高温的作用下形成膨胀率很低的高强度碳素表面，确保表面能够长时间在火场中迎火而不会造成脱落。

8 结 语

总之，随着我国建筑业的蓬勃发展，钢结构基材作为一种相当好的建筑材料，其应用也将越来越广泛。钢结构建筑广泛应用后的消防安全问题，直接关系着广大人民群众人生和财产的安全。然而钢结构建筑在耐火性能上存在着先天不足，为了创造出更好的消防安全环境，我们着手大力发展新型防火涂料是非常重要的和刻不容缓的。新的钢结构防火涂料产品的不断问世和深入发展，也促进着消防事业的发展，在保护国家和人民群众的生命财产安全中发挥了其重大作用。

参考文献：

[1] CECS 24-90，钢结构防火涂料应用技术规范[S].

[2] GB 14907-2002，钢结构防火涂料[S].

[3] GB 14907-94，钢结构防火涂料通用技术条件[S].