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        鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火性能評(píng)價(jià)方法及產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)分析

        2021-08-05 20:30:56陳大勇李澤剛王璐方然傅敬偉
        消防界 2021年10期
        關(guān)鍵詞:評(píng)價(jià)方法風(fēng)險(xiǎn)分析

        陳大勇 李澤剛 王璐 方然 傅敬偉

        摘要:本文介紹了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火機(jī)理,闡述了目前應(yīng)用的幾種評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火性能的方法;提出了防火涂料在生產(chǎn)、流通、使用中主要存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),并針對(duì)該風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)提出了風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)建議和措施。

        關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu)防火涂料;防火性能;評(píng)價(jià)方法;風(fēng)險(xiǎn)分析

        隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)因其高強(qiáng)度、易安裝、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。雖然鋼為不燃材料,但是當(dāng)溫度達(dá)到600℃時(shí),鋼結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸失去承載能力。而在火場(chǎng)中,通常會(huì)在10min內(nèi)達(dá)到800℃以上的溫度,若不加任何保護(hù),裸露的鋼結(jié)構(gòu)很快會(huì)出現(xiàn)變形,產(chǎn)生局部破壞,最終失去承載力[1]。因此,通過(guò)有效的措施對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)對(duì)保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

        鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是一種由基體樹脂、成碳劑、催化劑、發(fā)泡劑組成的涂覆于鋼結(jié)構(gòu)表面,起提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的涂料。由于其防火隔熱性能好、施工便捷等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)。目前,國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的市場(chǎng)需求每年在2萬(wàn)噸以上,累計(jì)使用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料已達(dá)20余萬(wàn)噸,保護(hù)面積數(shù)百萬(wàn)平方米;其生產(chǎn)和施工涉及的單位超2000余家[2]。本文介紹了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火機(jī)理、防火性能的檢測(cè)方法,對(duì)其在使用過(guò)程中的安全問(wèn)題進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析,對(duì)綜合評(píng)價(jià)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火性能提出了建議。

        一、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火機(jī)理

        鋼結(jié)構(gòu)防火涂料按防火機(jī)理可分為膨脹型和非膨脹型[3]。

        其中,膨脹型的防火機(jī)理為:(1)涂料中含有碳源、酸源、碳化劑、發(fā)泡劑等成分,在受熱過(guò)程中分解產(chǎn)生氣體,形成膨脹發(fā)泡層,起到隔絕氧氣的作用,并且因?yàn)槠渑菘捉Y(jié)構(gòu)的存在,降低了熱量的傳遞,從而起到保護(hù)基體的作用;(2)膨脹發(fā)泡過(guò)程是一個(gè)吸熱過(guò)程,能降低基體表面的溫度,起到隔熱作用[4-5]。

        非膨脹型的防火機(jī)理為:(1)涂料主要成分為無(wú)機(jī)絕熱材料,自身不燃,導(dǎo)熱率低,延滯了熱量傳向被保護(hù)基材的速度;(2)涂料中的某些組分遇火相互反應(yīng),生成不燃?xì)怏w,該過(guò)程是吸熱反應(yīng),消耗了大量的熱,有利于降低體系溫度;(3)涂料在高溫下形成一種致密結(jié)構(gòu),能有效隔絕氧氣并具有反射熱量作用, 延緩鋼結(jié)構(gòu)升溫[6-7]。

        二、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火性能的檢測(cè)方法

        (一)國(guó)標(biāo)中規(guī)定的檢測(cè)方法

        GB 14907-2018《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》是我國(guó)現(xiàn)行關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)防火涂料防火性能的檢測(cè)方法,其實(shí)施過(guò)程可概括為:選用HN 400×200熱度H型鋼和36b工字鋼進(jìn)行試件制作。在試驗(yàn)前先測(cè)定涂層厚度,然后再按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行加載、耐火試驗(yàn)。最終判定條件為試件的最大彎曲變形與平均溫度。雖然該方法是目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)方法,但筆者認(rèn)為該方法存在以下幾點(diǎn)弊端:1.試驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、周期長(zhǎng)、成本高;2.只考察了耐火性能,實(shí)際在發(fā)生火情時(shí),防火涂料受火后可能會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害氣體,該因素同樣應(yīng)該考慮;3.該方法對(duì)生產(chǎn)企業(yè)初次生產(chǎn)進(jìn)行型式檢驗(yàn)時(shí)還適用,但對(duì)工程驗(yàn)收時(shí),受其試驗(yàn)周期等影響,很難有實(shí)際應(yīng)用。

        (二)標(biāo)準(zhǔn)外的檢測(cè)方法

        1.錐形量熱儀法

        錐形量熱儀是一種表征材料燃燒性能的較為理想的儀器,其試驗(yàn)參數(shù)包括:點(diǎn)燃時(shí)間(TTI)、總釋放熱(THR)、釋熱速率(HRR)、煙及毒性參數(shù)等。由于其試驗(yàn)環(huán)境與火災(zāi)材料的真實(shí)燃燒環(huán)境接近,所測(cè)得的參數(shù)可用來(lái)評(píng)價(jià)材料在火災(zāi)中的燃燒行為。其應(yīng)用主要包括:評(píng)價(jià)材料的燃燒危害、研究阻燃機(jī)理以及進(jìn)行火災(zāi)模型研究。埃弗森·坎德雷[8]等人通過(guò)錐形量熱儀的方法研究了不同的涂料配方,在不同的輻射功率(25、50、65 kW/m2)下的燃燒行為,其主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括點(diǎn)燃時(shí)間、最大熱釋放速率以及達(dá)到最大熱釋放的時(shí)間。點(diǎn)燃時(shí)間越短、熱釋放速率越大,則火災(zāi)危害性越大。此外,錐形量熱儀中測(cè)定的比消光面積(SEA),可以表征燃燒過(guò)程中的發(fā)煙量動(dòng)態(tài)參數(shù),因此可對(duì)煙氣進(jìn)行一定程度的評(píng)價(jià)。

        2.熱分析法

        膨脹型防火涂料的防火機(jī)理多為在受熱過(guò)程中分解產(chǎn)生氣體,通過(guò)熱分析方法(DSC、TGA和DTA)可以研究體系在受熱過(guò)程中隨著溫度變化,體系發(fā)生變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。明建耀[9]等人通過(guò)TGA的方法研究了一種水性膨脹防火涂料的防火性能,其評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為殘?zhí)贾亓?。但是該方法是一種微量測(cè)試方法,用量評(píng)價(jià)防火涂料的防火機(jī)理可以,但不適用于直觀評(píng)價(jià)防火性能,因?yàn)槠湓囼?yàn)環(huán)境與真實(shí)火災(zāi)環(huán)境相差較大。但可作為其他評(píng)價(jià)方法的一種輔助手段。

        3.掃描電鏡法

        掃描電鏡(SEM)主要用來(lái)觀察涂料燃燒過(guò)后炭化層的表面形貌,尤其對(duì)膨脹型防火涂料,由于其防火性能與其膨脹程度有密切關(guān)系,通過(guò)觀察炭化層的泡孔形貌,可以側(cè)面反映出其防火性能。王國(guó)建[10]等人就通過(guò)SEM的方法研究了在水性膨脹防火涂料中加入玻璃鱗片(GF)可以改善涂層的泡孔結(jié)構(gòu),最終有利于防火性能的提高。

        4.紅外光譜法

        紅外光譜可用來(lái)表征分子結(jié)構(gòu),研究防火涂料在燃燒前后經(jīng)歷的變化,從而推斷其阻燃機(jī)理。狄志剛[11]等采用紅外光譜法研究了以自制的阻燃抑煙劑制備的羥基有機(jī)硅單體和羥基丙烯酸樹脂為主要基料的防火涂料,通過(guò)–Si–O–鍵的吸收峰變化來(lái)評(píng)價(jià)其防火性能。

        雖然以上幾種方法在一些科研工作中有所研究,但并未形成較為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法。筆者認(rèn)為,在小尺寸試驗(yàn)中,采用錐形量熱與紅外連用的方法,可以較好評(píng)價(jià)防火涂料的防火性能,原因有以下幾點(diǎn):(1)試件制作過(guò)程中,防火涂料的涂刷可按照實(shí)際使用中的施工方法,貼近實(shí)際;(2)試驗(yàn)環(huán)境與火災(zāi)環(huán)境接近;(3)測(cè)試參數(shù)種類多,評(píng)價(jià)指標(biāo)較全;(4)聯(lián)用紅外,可以對(duì)煙氣成分進(jìn)行分析,研究其產(chǎn)煙毒性,從而更加全面地分析其防火性能。

        三、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)建議及措施

        (一)產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

        鋼結(jié)構(gòu)防火涂料由于其自身的局限性以及在生產(chǎn)、流通、使用過(guò)程中存在的問(wèn)題,其風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要包含以下幾個(gè)方面:

        1.產(chǎn)品自身缺陷,多數(shù)膨脹型防火涂料阻燃劑采用C-N-P或C-N-P-CL體系[12],在受熱分解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生NH3、HCL、NOX、CO等,這些氣體均可產(chǎn)生窒息作用[13]。

        2.企業(yè)技術(shù)欠缺,生產(chǎn)的防火涂料產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。

        3.施工過(guò)程中,為降低成本,摻雜品質(zhì)低劣的產(chǎn)品,不按施工工藝進(jìn)行施工,涂刷厚度達(dá)不到要求,或應(yīng)該掛網(wǎng)的地方而不掛網(wǎng)等。

        4.使用過(guò)程中,防火涂料的使用壽命低于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)年限,出現(xiàn)老化等問(wèn)題而未及時(shí)維護(hù)。

        (二)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)建議及措施

        隨著建筑中鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來(lái)越廣泛,鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的質(zhì)量直接關(guān)系到人身安全。相關(guān)部門應(yīng)做好日常風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)工作,防患于未然,可最大限度減輕損失。針對(duì)以上提出的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),本文提出以下幾點(diǎn)建議:

        1.落實(shí)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量主體責(zé)任,加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)管力度。由于目前鋼結(jié)構(gòu)防火涂料取消了強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證,因此相關(guān)部門的監(jiān)督顯得更為重要。通過(guò)產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)和對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量安全教育,引導(dǎo)企業(yè)合理設(shè)計(jì),提升產(chǎn)品質(zhì)量。

        2.加強(qiáng)技術(shù)引導(dǎo),開展行業(yè)技術(shù)交流,提升企業(yè)技術(shù)能力。

        3.對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行嚴(yán)查,保證施工過(guò)程的規(guī)范性,施工工藝的不同,對(duì)防火性能的影響極大。此外,加強(qiáng)施工過(guò)程中的抽檢,防止摻入雜物和假冒偽劣產(chǎn)品。

        4.規(guī)范驗(yàn)收,在消防工程建設(shè)結(jié)束時(shí),嚴(yán)查防火涂料的使用情況,對(duì)其相關(guān)檢測(cè)報(bào)告、采購(gòu)合同、發(fā)票等資料進(jìn)行嚴(yán)查,保證其使用的材料符合相關(guān)規(guī)范。

        5.使用過(guò)程中因意維護(hù)保養(yǎng),由于防火涂料在使用過(guò)程中,受到環(huán)境的影響,可能會(huì)導(dǎo)致涂料老化、失效、脫落等,這種老化現(xiàn)象會(huì)造成防火涂料防火性能急劇下降。因此,一旦出現(xiàn)這種情況,應(yīng)及時(shí)維護(hù),保證其防火性能。

        參考文獻(xiàn):

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        作者簡(jiǎn)介:

        陳大勇,男,四川大學(xué)在讀博士,從事高分子材料及防火材料研究。

        *通訊作者:傅敬偉,男,高級(jí)工程師,從事高分子材料、防火材料及產(chǎn)品檢測(cè)二十余年;E-mail:977327795@qq.com。

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