水性钢结构防火涂料的研究

殷锦捷,王艳荣,许 明

(银川能源学院,宁夏银川 750105)

水性钢结构防火涂料的研究

殷锦捷,王艳荣,许 明

(银川能源学院,宁夏银川 750105)

介绍了我国近年来发生的特大火灾,介绍了钢结构防火涂料的重要性、分类及防火原理,对国内外钢结构防火涂料的研究现状进行了论述,探讨了钢结构防火涂料的发展方向。

钢结构,水性,防火涂料

1 概述

盘点2014～2015年我国发生的特大火灾,这些火灾很多是由于钢结构的耐火性差引起的。例如,2014年1月14日下午14时52分,浙江省台州市温岭市城北街道杨家渭村台州大东鞋厂发生火灾,过火面积达到800多平方米,初步确认,有16人死亡。2014年3月26日13时20分,位于揭阳普宁市军埠镇莲坛村沙堆自然村水浮沟下第二街泉发楼郑晓生等人经营的内衣作坊发生重大火灾事故,造成12人死亡,5人受伤,过火面积208平方米,直接经济损失390.93万元。由此,钢材料的耐火性能必须引起高度的重视。

1.1 钢结构材料的优缺点

随着我国科技经济的迅速发展以及人民生活水平的不断提高,人们对居住环境的要求越来越高,从而促进建筑行业的迅速发展。钢结构具有质量轻、强度高、塑性韧性好、内部组织比较均匀、制造简便、气密性水密性好以及耐热性好等优点,使得其在现代建筑中尤其是大空间建筑如体育馆、歌剧院、高层建筑等得到了广泛应用。但是,钢结构材料虽然本身属于不燃烧材料,但其极易导热,耐火性能比混凝土结构和砖石结构要差得多。科学实验研究表明,没有防火保护的钢结构材料在高温下会迅速失去强度而变形,当受热温度高到250℃以上后,钢结构材料的强度会下降很快；当温度达到350℃时,其强度会下降1/3；而当受热温度高达600℃以上时,会使其强度降低2/3。而一般火场温度高达700℃,在这时只需十几分钟就会使得其自身的温度升高到540℃,从而使得钢材的机械力学性能,如抗压强度、屈服点、载荷能力以及弹性模量都快速地降低,当受热温度达到600℃时,钢材的强度几乎降低为零,从而使得建筑坍塌[1]。

火灾中钢结构有如下的特点[2]：

(1)难扑救：钢结构在火灾中极易坍塌并且速度极快,及时扑救的机会很小。

(2)损失严重：不论是民用建筑还是工业建筑,一旦发生火灾会造成严重的经济损失和惨重的人员伤亡。

(3)损坏的建筑物难修复：钢材不像混凝土材料受损容易修复后再使用。

1.2 钢结构防火举措[3]

(1)在空心钢结构内充冷水,并使其形成循环水,在火灾时使得钢结构能够保持降低的温度。

(2)包封法,即将钢结构包封在隔热、绝热等耐火材料中,在火灾中阻隔火焰直接和钢结构接触,降低钢结构的温度,延长升温速度。

(3)屏蔽法,即将钢结构屏蔽在耐火材料组成的物体中,将火焰和钢结构材料直接隔绝开。

(4)喷涂法,将防火材料喷涂在钢结构表面,利用防火涂料本身的难燃性或是形成膨胀隔层将钢结构保护在内,延缓钢结构升温速度。

1.3 防火涂料

防火涂料(fire-retardant coating),又名防火漆、阻燃涂料,它在实际使用的过程中不仅可以用于装饰基材,还拥有防锈、防腐蚀、耐盐雾、耐酸碱以及阻燃等性能。这种涂料自身就具有难燃性甚至不燃性,在使用的过程中很难被火焰点燃,将其施用于可燃性基材表面,可以改变材料表面燃烧特性,阻滞火灾迅速蔓延；或施用于建筑构件上,用以提高构件的耐火极限。因为这一特性,防火涂料得到了广泛的应用,在火灾发生的时候可以对燃烧的拓展以及燃烧情况进行阻止和延滞,为人们争取更多的生存和抢救时间,从而为人们的人身安全以及财产安全提供一定的保障。

2 钢结构防火涂料分类

钢结构防火涂料种类繁多,按照使用场所可分为：室内防火涂料和室外防火涂料；按涂料的受热属性可分为：膨胀性防火涂料以及非膨胀性防火涂料；在实施中主要是按照涂层的厚度分类的,可分为：超薄型防火涂料、薄涂型防火涂料以及厚涂型防火涂料。

2.1 薄型防火涂料

基料是一些具有适合度的水性聚合物,可以与防火添加剂、阻燃剂复合体系以及耐火纤维等进行配合运用,在防火原理方面与超薄型结构相同。薄型钢结构防火涂料在装饰性方面比厚型防火涂料更具有优势,在一般情况下,它的耐火极限大概在两个小时以内,在使用的过程中也大多是采用喷涂的方式进行施工。

2.2 超薄型防火涂料[4]

特点：在使用的过程中拥有相对较为优越的耐火耐水性,黏结强度相对较高,具有较好的装饰性以及流平性等。

在实际运用中,遇到火灾后会出现缓慢膨胀的发泡现象,在基材表面形成一层相对较为致密以及坚硬的防火隔热层,在耐火冲击性方面具有极强的效果,可以对钢材升温的速度进行延缓,从而达到保护钢构件的目的。

另外,超薄型钢结构防火涂料具有超薄的特性,在一定程度上节省了工程的总费用。

2.3 厚型防火涂料

特点：在防火性能方面具有相对较高的稳定性,适合于长期使用中。

缺点：组分颗粒相对较大,使用中往往会出现外观不平整现象,对建筑外观的整体美观性造成一定程度影响,所以大多用在结构中的隐蔽工程中。

此外,在这种防火涂料的使用中,可以利用材料表面颗粒的热导率低、密度小以及材料所具有的吸热性等特点,为钢材料提供保护。

3 钢结构防火涂料的研究现状

3.1 国外钢结构防火涂料

国外对钢结构防火涂料的研究起步较早,在20世纪60年代时,西方发达国家就开始致力于钢结构防火涂料的研究,并取得了一定的成效。

西德以水玻璃、多孔石墨等为主要成分研制了钢防火涂料；捷克在P-N-C体系中再加入氯乙烯聚合物从而开发研究出新型膨胀型钢结构防火涂料；芬兰研制出无机膨胀型钢结构防火涂料,这种防火涂料以磷酸盐、高炉渣等为主要成分；日本研制出丙烯酸聚氨酯钢结构防火涂料。在20世纪90年代中期,以德国为首的市场上开始涌现出超薄膨胀型防火涂料,这种涂料装饰性好、涂层薄、粒度细、施工方便,在满足人们的高装饰性要求的基础上也同时能满足钢结构的防火要求。

3.2 国内钢结构防火涂料

我国对于钢结构防火涂料的研究起步比国外晚20年左右,在20世纪80年代初,国内开始研制钢结构防火涂料。四川消防研究所在1984年首次研制出LG钢结构防火涂料,随后国内很多研究所致力于钢结构防火涂料的研究。自此,我国钢结构防火涂料的研制发展迅速,产品类型多样化,由最初的厚涂型涂料发展到薄涂型、超薄型,并不断地有相应的新产品涌现。

4 钢结构防火涂料使用中存在的问题[5]

(1)制备标准难以把握,实际使用的构件和标准构件不能一一对应,在对实际使用构件检测时需要相对于标准件进行准确的换算,但是换算的标准没有统一规定。

(2)安全性问题,一些防火涂料的基材主要是有机树脂,在受热膨胀时分解出有毒气体,对火场被困人员以及消防人员产生一定的危害。

(3)防火涂料的耐久性不强,涂料中加入的有机材料,例如有机胺和多元醇等,这些物质在日照、紫外线、雨雪、振动等因素的影响下逐渐分解、降解,不同程度地降低其膨胀性能、黏结性能等,使得防火涂料老化、粉化以及剥落,从而降低或失去防火性能。

(4)检测监督环节不完善,防火涂料完工验收及使用期间的检查是重要的环节,这对市场经济和生命安全有着巨大的影响,但是一些部门对这样的问题没有高度的重视。

5 钢结构防火涂料的发展方向[6-7]

(1)向着环保安全方向发展,尽量降低防火涂料的毒性,既要降低涂料受热分解时释放出有毒气体,也要减少生产涂料和施工时所造成的环境污染,以减小对环境以及人类的伤害。

(2)提高各类防火涂料的各成分之间的协同作用,使得各组分不仅起到各自的作用还能促进其他组分的优异性能的表现,对于基材将耐水性、耐候性、耐酸碱性以及粘结性相结合,使阻燃剂体系的发泡性、成碳性和膨胀性达到协同的效果。

(3)发展具有复合性能的防火涂料,使得涂料朝具有环保经济、低有机挥发、低毒或无毒、低排放量、高防腐、高防火、高装饰性能等方向发展。

[1] 马洪涛.钢结构防火涂料现状及其发展趋势[J].山东建材,2007(3)：37-41.

[2] 陈晓霞,卫爱民,贾黎君.钢结构防火涂料应用进展[J].安阳师范学院学报,2007(2)：140-142.

[3] 常青.钢结构防火涂料的重要性以及功能和应用[J].江西建材,2014(15)：81.

[4] 刘学军.水性超薄膨胀型钢结构防火涂料的研制[D].北京：北京化工大学,2005.

[5] 耿合忠.钢结构防火涂料研究进展与发展方向[J].消防技术与产品信息,2007(10)：47-48.

[6] 甘子琼,戚天游,肖华荣.钢结构防火涂料现状及其发展[J].涂料工业,2004,34(3)：42-47.

[7] 鲍治宇,董延茂.膨胀阻燃技术及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2005：171-181.

Research of Water-borne Fire Retardant Coatings on Steel Structure

YIN Jin-jie,WANG Yan-rong,XU Ming

(Yinchuan Energy Institute,Yinchuan 750105,Ningxia,China)

Describes the disastrous fire occurred in China in recent years；the importance of fire retardant coatings,classification and fire retardant principle. The current research fire retardant coatings and the development direction of the fire retardant paint were discussed.

steel structure,water-borne,fire retardant coatings

TU 545