尹 革（陜西省安康市公安消防支隊，陜西 安康 725000）

鋼結(jié)構(gòu)體系建筑被譽(yù)為21世紀(jì)的“綠色建筑”，雖然有耐火性能差的弱點(diǎn)，但還是有比較多優(yōu)點(diǎn)：較大的可利用空間，較容易安裝，較短的施工周期，較好的抗震性，較快的投資回收，環(huán)境污染少，因此在大型建筑，如工業(yè)廠房、體育館、展覽館等建設(shè)中廣泛使用。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料對鋼結(jié)構(gòu)有很好的防火保護(hù)作用，其具有易于施工，而且施工過程不受幾何形體限制，隔熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以一些大型建筑的鋼結(jié)構(gòu)部件都會涂刷這種防火材料以提高建筑物的耐火等級，如，上海東方明珠電視塔、廣州新白云機(jī)場、首都機(jī)場航站樓、北京奧林匹克運(yùn)動中心。

1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料概述

1.1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的工作理論基礎(chǔ)

國家GB14907 - 2002《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》規(guī)范中，對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的概念陳述為：用于構(gòu)筑物及建筑物的鋼結(jié)構(gòu)表面進(jìn)而生成耐火隔熱保護(hù)層達(dá)到提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限目的的涂料。在實際應(yīng)用中，其工作原理有以下幾方面：

第一，防火涂料不僅具有不燃性和難燃性的特點(diǎn)，而且導(dǎo)熱系數(shù)較小，使得火焰溫度向被保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的傳遞得到延緩。第二，涂層具有屏蔽作用，使鋼結(jié)構(gòu)在火焰的高溫中不直接暴露，降低燃燒速度，延遲著火時間。第三，在吸熱之后，涂層的部分物質(zhì)會分解產(chǎn)生水蒸氣等不燃?xì)怏w，能降低火場溫度、消耗火場熱量。第四，在高溫情況下，膨脹型防火涂料涂層在鋼結(jié)構(gòu)表面快速建立絕熱泡沫層，使鋼結(jié)構(gòu)基體之間的溫度傳導(dǎo)減緩，使之符合耐火極限的規(guī)定[1]。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的類型

依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，防火涂料的分類方法不同(見表1）。

2 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

從上世紀(jì)60年代開始，世界各國出現(xiàn)的性能優(yōu)異的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料型號較多，如，加拿大AD防火有限責(zé)任公司AD Firefilm II型和英國Nullifire公司S605鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。我國鋼結(jié)構(gòu)防火涂料出現(xiàn)較晚，80年代初起步，90年代后得到迅速發(fā)展，產(chǎn)品類型也以薄涂型和超薄型為主，例如大連福嘉集團(tuán)提供的薄層SWB膨脹型防火涂料和鋼結(jié)構(gòu)防火涂料[2]。迄今為止，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料體系不僅為工程建設(shè)生產(chǎn)了許多性能優(yōu)良的產(chǎn)品，而且已經(jīng)發(fā)展到跨行業(yè)研究。國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的國內(nèi)市場需求量高達(dá)2萬噸/年，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的累計應(yīng)用量20多萬噸[4]。生產(chǎn)和施工的企業(yè)單位超過2000家，工程技術(shù)人員超過萬人，生產(chǎn)企業(yè)主要集中在四川、山東、上海、北京、江蘇、廣東等全國20多個省、市、自治區(qū)。

表1 防火涂料分類

2.2 存在的主要問題

隨著鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的廣泛應(yīng)用，涂料可能會出現(xiàn)老化和破損等問題，這直接關(guān)系到鋼結(jié)構(gòu)的安全，如何合理保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)，很好發(fā)揮涂料的防護(hù)作用是一個關(guān)鍵性的問題。

2.2.1 非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的破損問題

因為鋼構(gòu)件與厚涂型防火涂料有較差的粘結(jié)性，所以，劇烈震動、碰撞發(fā)生時，涂料會產(chǎn)生脫落和破損現(xiàn)象，對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火保護(hù)作用會喪失。在20世紀(jì)90年代，厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的破損問題就引起人們的重視，卻一直沒有找到較好的解決措施[3]。美國建筑師協(xié)會(AIA )曾在1999-2000年6月這段時間對世貿(mào)中心雙塔鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的情況進(jìn)行過全面的調(diào)查，結(jié)果表明，在施工、維護(hù)方面，其防火保護(hù)有很嚴(yán)重的問題存在，卻一直未得到很好的解決。

2.2.2 膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的老化問題

膨脹型防火涂料的組成以有機(jī)物為主。無論是在室內(nèi)還是室外，膨脹型防火涂料都要經(jīng)受濕度和溫度的變化，紫外線照射等多種因素影響，使涂料成分發(fā)生老化和降解等變化[6]。當(dāng)前，各種防火涂料的檢測報告所顯示的耐火極限的檢驗結(jié)果都是在使用之前，但是，火災(zāi)一般發(fā)生在涂料涂覆之后，甚至是涂覆后更長時間。一旦火災(zāi)發(fā)生，防火涂料能否發(fā)揮應(yīng)有的作用還需要進(jìn)一步探討。

2.2.3 防火涂料隔熱參數(shù)確定的不合理性

防火涂料提高鋼結(jié)構(gòu)的抗火性能主要是通過隔熱延緩鋼結(jié)構(gòu)受火升溫來實現(xiàn)的。所以，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的基礎(chǔ)就是對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料隔熱參數(shù)準(zhǔn)確性的確定。在CECS 200：2006《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》中對非膨脹型防火涂料的規(guī)定：生產(chǎn)廠商應(yīng)提供等效導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容和密度參數(shù)或者導(dǎo)熱系數(shù)(500℃)、比熱容、含水率和密度參數(shù)。膨脹型防火涂料的特點(diǎn)之一，就是高溫條件下，其中的化學(xué)成分發(fā)生發(fā)泡膨脹的反應(yīng)，進(jìn)而對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)。在發(fā)泡膨脹過程中，膨脹型防火涂料的厚度和熱工參數(shù)會因溫度的變化而改變。所以，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的過程采用常溫下的厚度和熱工參數(shù)是存在問題的。對于確定膨脹型防火涂料熱工參數(shù)的方法在相關(guān)規(guī)范中也沒有準(zhǔn)切的界定。

2.3 解決方案

第一，因為防火涂料和鋼結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)完全不同，鋼構(gòu)件和涂料之間的粘結(jié)應(yīng)力會隨著鋼構(gòu)件的曲率變化而變化。地震等劇烈的震動造成的厚型防火涂料的破損主要發(fā)生在鋼梁的端部、鋼柱的端部和中部等構(gòu)件曲率變化較大的地方。所以，防火涂料在使用和施工中，針對鋼構(gòu)件上防火涂料易破損處進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)和采用特殊工藝進(jìn)行防火涂料施工是非常必要的。

第二，高效協(xié)同體系的運(yùn)用，不僅可以增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)與涂料的耐久性和粘結(jié)強(qiáng)度，對涂料防火和物理性能的下降起到延緩作用，而且可以延長防火涂料的使用周期，預(yù)防防火涂料的老化現(xiàn)象發(fā)生，如在防火效果不發(fā)生變化的基礎(chǔ)上，盡可能減少填料及助劑和阻燃劑等輔助性材料的使用[5]。對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料耐久性方法的研制，能準(zhǔn)確預(yù)測其實際的使用壽命，可以根據(jù)其基材或主體結(jié)構(gòu)的使用壽命和環(huán)境要求的不同來判斷更換或維修的時間[7]。

第三，現(xiàn)在所用的防火涂料隔熱參數(shù)并沒有完全代表火災(zāi)發(fā)生時鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的實際耐火情況，因此，應(yīng)加快對標(biāo)準(zhǔn)的修訂，研發(fā)出一種有效的方法來擬定與實際火災(zāi)發(fā)生時接近的相關(guān)參數(shù)，使防火涂料的防火作用得到最大程度的發(fā)揮。

3 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的發(fā)展前景

現(xiàn)在，防火涂料的品種和應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，在防火性能和理化性能方面也在不斷提高和改進(jìn)。隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的使用范圍也在成倍的增加。涂料工業(yè)的發(fā)展帶動防火涂料正向節(jié)省能源、節(jié)省資源、提高涂膜質(zhì)量、方便施工和保護(hù)環(huán)境這五個方向邁進(jìn)[8]。水溶型的防火涂料在市場份額中的比例逐漸增加。防火涂料的發(fā)展方向主要在以下幾個方面：①對復(fù)合高效低水溶性的炭化發(fā)泡劑、催化劑進(jìn)行研發(fā)。②對環(huán)境污染少、原料易得的優(yōu)質(zhì)的無機(jī)膨脹防火涂料進(jìn)行重視和開發(fā)。③在高檔家具的應(yīng)用以及古建筑、文物保護(hù)等方面要采用透明膨脹防火涂料。④為了取得較好的效果，可以把納米阻燃材料等一些新技術(shù)加入防火涂料體系中。⑤防火涂料的開發(fā)要與廢物利用相結(jié)合。

[1]肖亞明，孫強(qiáng)，馬芹永，完海鷹.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005:1-14.

[2]孫強(qiáng)，吳昊，夏璐.淺議建筑鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的優(yōu)選方法[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報.2008,16(4):1-4.

[3]周世斌.鋼結(jié)構(gòu)防火涂料存在問題探析[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013.4.

[4]陳曉霞，衛(wèi)愛民，賈黎君.鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用進(jìn)展[J]，安慶師范學(xué)院學(xué)報，2007,(2):140-142.

[5]孫強(qiáng)，吳昊，夏璐.淺議建筑鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的優(yōu)選方法[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報.2008.

[6]張偉;段程廣.鋼結(jié)構(gòu)防火涂料存在的問題及對策[J].科技傳播，2013.12.

[7]于立東.淺析鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在建筑防火之中的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2013.7.

[8]吳潤澤，萬雄衛(wèi)，刁曉亮，王桂銀.國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2012.12