钢结构防火涂料

维普资讯 http://www.cqvip.com 瓤ｎ斟舒技】Ｉ【　钢结构防火涂料　同济大学材料科学与工程学院王国建　摘要：介绍钢结构防火涂料的防火原理，综述了我国钢结构防火涂料发展的现　状，对我国钢结构防火涂料的发展进行了展望，并对我国钢结构防火涂料生产　和流通领域中存在的问题提出了意见和建议。　关键词汇：钢结构　建筑材料　防火涂料　防火涂料是一类重要的消防安全产品，广泛应　钢材是建筑上常用的主要金属材料，钢结构是　用于各类娱乐场所、体育场馆、餐厅宾馆、商场、公共　主要的建筑结构之一。钢材虽是一种不会燃烧的材　场所、大型工业厂房等建筑物，以及交通、电力、石油　料，但却是热的优良导体，极易传导热量，普通建筑　化工等行业的建（构）筑物的防火保护。　钢的热导率高达６７．６３Ｗ／（ｍ・Ｋ）。另外钢材的机械强　防火涂料类产品在国外从４０年代已开始工业　度是温度的函数，温度上升，其机械强度迅速下降。当　化生产，至今已有六十多年的发展历史。我国从６０　温度上升到钢材的临界温度时，钢材将失去承载能　年代末开始研制，并于７０年代初开始小规模的批量　力。一般建筑钢材的临界温度为５４０￣Ｃ左右。而对于　生产。经过３０多年的发展，现已发展形成钢结构防火　建筑物的火灾，火场温度大多在８００～１２００ｃＩ＝。因此未　涂料、饰面型防火涂料、电缆防火涂料、预应力混凝　加保护的钢结构在火灾温度作用下，只需１０ｍｉｎ，自　土楼板用防火涂料、油罐及石油输送管道用防火涂　身温度就会上升到钢的极限温度５４０￣Ｃ以上，致使强　料等多个类型、数十个品种的防火涂料产品体系。　度和载荷能力急剧下降，在纵向压力和横向拉力作　１钢结构防火涂料的类型及防火特点　用下，钢结构发生扭曲变形，导致建（构）筑物的整体　钢结构防火涂料是涂覆于建筑物或构筑物钢结　坍塌毁坏。而且变形后的钢结构是无法修复的。　构表面的一种防护性涂料，具有一定的装饰作用，遇　在钢结构表面涂覆防火涂料，目的在于防止钢　火灾时能迅速形成耐火隔热保护层，提高钢结构的　构件在火灾中迅速升温而挠曲变形坍塌。钢结构防　耐火极限，满足建筑设计防火规范的要求。　火涂料的原理是：（ａ）涂层对钢结构起了屏蔽作用，　钢结构防火涂料按基料的不同可分为有机和无　隔离了火焰，避免钢结构直接暴露在火焰或高温之　机两大类，按其燃烧后的状态可分为膨胀型和非膨　中；（ｂ）涂层吸热后部分物质分解成不燃性气体，起　胀型两种，按其涂层厚度又可分为Ｈ、Ｂ、ＣＢ三类。Ｈ　到消耗热量、降低火焰温度、延缓燃烧速度、稀释氧　类为厚质型钢结构防火涂料，又称为钢结构防火隔　气的作用；（ｃ）涂层本身形成多孔型或炭化泡沫层，　热涂料，一般为无机类非膨胀型防火涂料。涂层厚度　大大降低了涂层的热导率，阻止了热量向钢材传递　为８～５０ｍｍ，涂层表面粗糙，密度较小，热导率低，耐　的速度，从而提高了钢材的耐火极限。据研究，涂层　火极限可达０．５～３．０ｈ；Ｂ类为薄型钢结构防火涂料，　经膨胀发泡后，热导率最低可降至０．２３３Ｗ／（ｍ・Ｋ），　通常为有机类膨胀型涂料。涂层厚度一般为３￣７ｍｍ，　仅为钢材自身热导率的１／２９０。　有一定装饰效果，高温时膨胀形成耐火隔热层，耐火　２我国钢结构防火涂料的现状　极限可达０．５～ｌ＿５ｈ；ＣＢ类为超薄型钢结构防火涂料，　２．１钢结构防火涂料的生产状况　涂层厚度在３ｍｒｎ以下，具有较好的装饰效果，高温　我国的防火涂料研究开始于６０年代末期，并首　时膨胀形成耐火隔热层，耐火极限要求为０．５～１．５ｈ。　先是从钢结构防火涂料入手的。７０年代即有小规模　上海建材　２００２年第３期－２５・　维普资讯 http://www.cqvip.com 生产。至今已发展到生产企业２００多家　其中生产规　超薄型钢结构防火涂料涂层厚度不超过３ｍｍ，　模较大、通过ＩＳ０９０００质量认证的企业约有４０多家。　耐火极限在２ｈ之内，在满足防火要求的同时，又具　生产规模中等，年产量为１０００吨左右的企业约有　有较好装饰效果。其成膜物质主要有两类，即树脂型　６０多家。其余的均为年产量不足１０００吨的小型企　和乳液型，前者如氨基树脂、环氧树脂、聚氨酯等；后　业。从销售情况看，中等规模以上企业的销售量占全　者如苯丙乳液、纯丙乳液、氯偏乳液等。超薄型防火　国防火涂料销售总量的７０％左右。　涂料制备的技术关键是防火助剂的细度，目前国内　我国早期研制和生产的钢结构防火涂料主要为　已经具备了生产细度较高的防火助剂技术，超细级　无机类的厚质型涂料。这类涂料属非膨胀型防火涂　聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺的研究已取得阶段　料，以硅酸盐水泥、膨胀蛭石、珍珠岩、矿物纤维及少　性成果，细度达４００目以上的无机发泡材料已经投　量阻燃剂混合而成，本身不会燃烧，热导率很低。涂覆　入生产使用，这些研究成果为超薄型钢结构防火涂　于钢结构表面可起到隔绝空气、阻隔火源入侵基材的　料的发展提供了有利的保障。目前我国己研制出耐　作用。这类涂料在燃烧初期可明显降低火焰的传播速　火极限为２ｈ（厚度２．０６ｍｍ）的超薄型钢结构防火涂　度，但一旦火势旺盛即失去作用，故～一般适用于防火　料，达到国际先进水平。　要求较低的场合。厚质型钢结构防火涂料的耐火时间　从发展趋势看，超薄型钢结构防火涂料必将最　与涂层厚度有关，涂层厚度在８－５０ｍｍ之间。　终替代厚质型和薄型防火涂料。国内有关防火涂料　８０年代开始，国内科研机构开始研究薄型钢结　检验权威机构也正在着手制定新的国家标准，以保　构防火涂料，并很快投入生产。这类涂料属于膨胀型　证超薄型钢结构防火涂料的健康发展。　防火涂料，主要由高分子树脂、炭化剂、脱水成炭催　２．２钢结构防火涂料的应用状况　化剂、发泡剂等组成防火体系。在一定温度下，催化　在现代建筑物和构筑物中，钢结构是最重要的　剂首先分解成碳、水、二氧化碳和无机酸。炭化剂在　承重结构之一。许多高层建筑、体育场馆、车站机场、　脱水催化剂作用下，形成具有三维空间结构的泡沫　娱乐场所、餐饮宾馆、桥梁码头、工矿企业都采用钢　炭化层骨架；发泡剂的分解过程为热反应，可以消耗　结构建筑，因此建（构）筑物中的钢结构防火问题日　大量热量，降低燃烧温度，并分解出Ｎ：、ＮＨ，、ＮＯ等　显重要。　隋性气体，它们覆盖于建筑物表面起隔绝空气作用。　从钢结构防火涂料的产品技术结构来看，我国　另一方面，它使炭化层骨架厚度急剧膨胀几十倍甚　目前２００多家生产企业中，生产厚质型防火涂料的　至上百倍，形成发泡海棉状隔热层。这一系列连锁反　约５０％，生产薄型的约３０％，只有２０％左右的企业　应降低了环境温度、延缓了热量的传递、阻止了氧化　生产超薄型防火涂料。显然，产品结构与实际应用的　反应的正常进行，从而达到有效保护钢材的目的。这　要求尚有较大距离。据了解，我国钢结构防火涂料以　类涂料的涂层薄（３－７ｒａｍ），单位面积用量小，防火功　厚质为主，其原因：一是薄型和超薄型防火涂料的技　能强，同时还具有较好的装饰效果，尤其是近年来水　术配套尚不完善，通常薄型防火涂料的施工十分麻　性薄型钢结构防火涂料的研制成功，更使防火涂料　烦，厚度为３ｍｍ的涂层，需经十几道至二十几道施　朝着高效、节能、低污染的方向发展。因此薄型防火　工才能完成；二是认识上的误区，许多应用单位认为　涂料可能是今后钢结构防火涂料发展的主流。　厚质型防火涂料是无机类的，不会燃烧，而且厚度又　随着钢结构防火涂料的不断发展，人们对钢结　大，防火性能肯定比薄性和超薄型的好，加上价格便　构防火涂料的要求也越来越高，特别是在对耐火时　宜，因此愿意使用厚质型的防火涂料。针对这种情况，　间的长短、涂层厚度要求上，显得尤为突出。因此我国　一方面科研单位应进一步研制防火效果好，施工较　在９０年代开始研制涂层厚度更薄、防火功能更强、装　方便的薄型或超簿型防火涂料，以满足应用的需要；　饰效果更好的超薄型钢结构防火涂料。公安部四川　另一方面有关管理部门应加强对薄型或超薄型防火　消防科学研究所、天津消防科学研究所、同济大学等　涂料的宣传工作，必要时通过施工应用规范加以引　单位相继对超薄型钢结构防火涂料开展了研究工作，　导，以促进技术含量较高、防火性能较好的薄型和超　取得良好成果。　薄型防火涂料的快速发展。　２６・　上海建材　２００２年第３期　维普资讯 http://www.cqvip.com ３钢结构防火涂料的质量控制　按规定进行，而管理部门又不可能天天在生产和施　防火涂料属于技术含量高、生产过程简单、设备　工现场盯着，形成资质与实际的产品质量和施工质　投资较小的产品，因此吸引了许多中小型企业的涉　量相脱节的现象。目前，国家防火建筑材料质量监督　足。同时它又是一种直接关系到国计民生的特殊产　检验中心实行对部分企业产品进行质量跟踪服务，　品，稍有疏忽，后果不堪设想。因此对钢结构防火涂　对被跟踪产品在生产、流通及使用各环节进行经常　料的质量控制显得十分重要。　性的跟踪检查和抽样检验，并及时将质量信息反馈　目前我国对钢结构防火涂料质量控制执行的标　给生产企业。既有利于产品质量的稳定和提高，又有　准是ＧＢ１４９０７—９４《钢结构防火涂料通用技术条件》，　利于保护消费者的权益，是一项很好的措施。但目前　其中规定了厚质型和薄型防火涂料的技术指标。但　这一举措主要在于服务，企业完全是一种自愿行为，　没有对超薄型防火涂料的技术要求。目前这一标准　监督功能不强。希望能通过行政立法的办法将其范　正在修订之中，除了对原标准的内容作部分调整外，　围扩大和力度加强。　将增加超薄型和室外用钢结构防火涂料的性能要求　４钢结构防火涂料的展望　和实验方法，这是十分必要的。　通过３０多年的发展，我国钢结构防火涂料的生　防火涂料对原材料的质量、生产过程的控制要　产和应用水平已与国际基本同步。随着涂料工业向　求十分严格，任何一种原材料的质量问题，任何一步　高效、节能、环保方向发展，钢结构防火涂料也越来　生产工艺步骤没控制好，都有可能导致涂料防火性　越朝着水性化、薄型化方向发展。目前我国水乳型的　能的大幅度下降，甚至丧失防火功能。因此，防火涂　钢结构型防火涂料产量约占总产量的４０％左右，发　料原材料的检验和控制十分关键。生产过程中，材料　展空间还很大。　的配比、投料顺序、生产工艺都要严格控制，不可随　在防火助剂上，发展高效、多效、低烟雾防火助　意改动。成品的出厂检验是确保产品质量的重要手　剂的呼声越来越大。我国在这一方面重视不够，至今　段，只有认真做好产品的出厂检验工作，才能确保合　尚无专业研究防火涂料助剂的机构，防火助剂的品　格的产品进入市场。由此可见，防火涂料产品质量控　种较少，选用范围十分狭窄。这种状况对发展高效优　制的关键在于企业的技术水平和质量管理水平两个　质的钢结构防火涂料极为不利。　方面。由于我国防火涂料生产企业大部分规模较小，　由于防火涂料产品属于重要的消防安全产品，　不少企业均缺乏必要的原材料及成品的检验手段，　其所保护对象的价值可能远远高于防火涂料本身的　缺少或没有经过专业培训的检验人员，也没有建立　价值，产品的质量直接关系国家和人民生命财产的　有效的质量管理体系，这种状况对防火涂料产品质　安全，因此，必须采取措施切实提高防火涂料生产企　量管理极为不利。从国家防火建筑材料质量监督检　业的质量管理水平，为我国加入ＷＴＯ后参与国际市　验中心对全国防火涂料产品的多次监督抽查情况来　场的竞争打下坚实的基础。鉴于上述情况，有关方面　看，防火涂料产品的质量很不稳定，部分企业偷工减　的专家建议应在我国实行防火除料质量认证制度，　料、以次充好的情况时有发生。此外，近几年我国的　即由中国消防产品认证委员会对防火涂料实行产品　防火涂料生产企业增长速度过快，产品供大于求，以　质量认证，以促进企业完善质量管理体系和质量控　致于有些企业为了片面获取利润，粗制滥造，低价竞　制手段，确保防火涂料产品的质量。同时配合产品质　争，不仅扰乱了防火涂料市场的正常秩序，而且还会　量认证工作，组织由防火涂料生产企业、消防监督部　给被保护的建筑和设施留下严重的火灾隐患。对这　门参加的现行防火涂料国家、行业标准宣贯学习活　些问题防火涂料管理部门应高度重视。　动。举办防火涂料生产企业针对检验技术人员培训　目前我国防火涂料的生产和施工实行两证制，　班，对从事防火涂料检验的技术人员进行原材料检　即生产资质和施工资质制度。这对保证防火涂料产　验、过程检验和成品检验的系统培训，经考核合格后，　品和施工质量起了积极的作用。但对防火涂料生产　发给证书，并规定在企业中凡是从事防火涂料检验　过程和产品应用过程的管理不力。许多企业取得了　的人员均必须持有此证方能上岗。这些建议一针见　生产资质和施工资质后，生产过程和施工过程并不　血，切实可行，有关部门应给予足够的重视和考虑。　上海建材》２００２年第３期・２７－