钢结构的防火保护

　　专论与综述齐鲁石油化工，20钢结构的防火保护钟安堂（齐鲁石油化工工程公司，山东淄博，255400）法。

　　改革开放20多年来，中国钢产量以每年3Mt以上的长速度发展，目前己成为世界上产钢量*多的国家。随着钢产量的提高和钢材供应情况的不断完善，钢结构在工程中的应用比重正在逐步提高。钢结构具有强度高、重量轻、塑性和韧性好、施工速度快等特点，它适用于各种工程结构，特别是在石油化工厂区设计中，越来越多的装置框架、设备厂房、操作平台均采用钢结构。随着钢结构的迅速发展，特别是化工装置易燃、易爆、易发生火灾的特点，钢结构防火保护问题日趋突出。

　　在国家标准；〈钢结构设计规范》中指出：当结构的表面长期受辅射热达150*C以上或在短时间内可能受到火焰作用时，应当采取有效的防护措人员伤亡和财产损失。

　　钢材高温时a―s变化1钢结构的耐火性能1.强度目前工业建筑中广泛采用的是普通低碳钢）其抗拉强度在250~300C时达到*大值（由于蓝脆现象引起）温度超过350C强度开始大幅度下降，在500C时约为常温时的1/2600C时约为常温时的1/3；屈服强度在500C时约为常温的1/2.由此可见，钢材在高温下强度降低很快。随着温度的降低，钢材的应力一应变曲线形状随温度升高也发生很大变化。一般假定钢材的应力一应变曲线如~2所示t2. ~2可看出，随着温度的升高，钢材强度迅速降低，而且塑性加，达到一定程度，钢结1.2钢构件的截面温度分布严格说来，钢材表面受到火烧时，其表面温度高，内部温度低。钢材的导热系数X约为58W/m.C是混凝土的40倍。因此，钢结构受火焰影响比混凝土结构要严重得多。根据傅里叶定律，热流强度q与温度梯度成正比，即q=―Xf.该式表明，当构件表面受热时，由于X较大，热量可州大学力学系，一直在齐鲁石化设计院工作，国家一级注册结构工程师。曾在《齐鲁石油化工》上发表论文1篇。电话：（0533）7534024构将失去其结构功能，致使所建构筑物倒塌。造成齐鲁石油化工很快传到其内部，因而温度梯度dT/dx很小。

　　加之钢构件截面多为薄壁状，表面温度和内部温度相差无几。因此，可以认为构件内部温度均匀分布。同时由于钢材导热性好，局部或表面遭受火灾作用时，将迅速引起整个结构或构件温度急剧升高，致使结构降低或完全丧失承载能力。1996年齐鲁石化公司热电厂厂房因工艺管线泄漏，高温蒸汽喷出，正好喷在钢屋架梁上，短时间内又无人发现，致使钢屋架失去承载能力，整个屋面坍塌，财产损失巨大。

　　2钢结构耐火保护方法2.1用现浇混凝土做耐火保护层所使用的材料有混凝土、轻质混凝土及加气混凝土等。这些材料既有不燃烧性，又有较大的热容量，用做耐火保护层时能使构件的升温减缓。

　　为了防止混凝土的表层在火灾高温下剥落，可在钢材表面加敷钢丝网。

　　2.2用砂浆或灰胶泥做耐火保护层所用材料一般有砂浆、轻质砂浆、珍珠岩砂浆或灰胶泥、蛭石砂浆或石膏灰胶泥等。上述材料均有良好的耐火性能，且人工轻质骨料及珍珠岩、蛭石尤为突出。其施工方法常为在金属网上涂抹上述材料。

　　2.3用矿物纤维做耐火保护层将矿物纤维与水泥混合，再用特殊喷枪与水的喷雾同时向底子喷涂，则构成海棉状的覆盖层，然后抹平；也可直接喷在钢构件上。为了加粘结性，也可在钢构件上先固定钢丝网再喷涂。

　　2.4用防火板材做耐火保护该方法是用防火板材包覆钢结构，板间连接分类标准。按所使用胶粘剂的不同可分为有机防火涂料和无机防火涂料2类其分类如下：膨胀型，非膨胀型无机（非膨胀型钢结构防火涂料料有机按其可溶性可分为水溶性防火涂料和油性防火涂料；按涂层厚度可分为薄涂型和厚涂型2类。薄涂型钢结构防火涂料涂层厚度一般为2 7mm，有一定装饰效果，高温时涂层膨胀厚，具有耐火隔热使用，耐火极限可达0.5~1.5h.因此这种涂料又称钢结构膨胀型防火涂料。厚涂型钢结构防火涂料厚度一般为8~20mm，粒状表面，密度较小，导热系数低，耐火极限可达0. 5~3.0h，这种涂料又称为钢结构防火隔热涂料。

　　目前薄涂型钢结构防火涂料的主要品种有：LB钢结构膨胀防火涂料、SG 1钢结构膨胀防火涂料。厚涂型钢结构防火涂料主要品种*1、SG*2钢结构防火涂料等。

　　钢结构防火涂料的阻火原理有3个：一是涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢构件不至于直接暴露在火焰高温中。二是涂层吸热后部分物质分解放出水蒸汽或其他不燃气体起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。三是涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。

　　膨胀型防火涂料的防火原理，也可用热传导方程加以说明。热传导方程如下所示：可采用钉合或胶合。这种构造方式施工简便而工期较短，并利于工业化。

　　3钢结构防火涂料钢结构防火涂料主要用作不燃烧体构件的保护性材料，涂层一般较厚，并具有密度小、导热系一传递热量，j；传热面积，m；入-导热系数；一热源与底材的温差，％一传热距离（即涂层厚度），防火涂层发泡膨胀后，膜厚大，导热系数稍数低的特性，在火焰作用下具有优良的隔热性能，可以使被保护的构件在火焰高温作用下材料强度降低缓慢，不宜产生结构变形，从而提高钢结构的耐火极限。使用防火涂料防火比构造防火施工简单但工程造价要比构造防火高得多。

　　3.1钢结构防火涂料的分类和阻火原理有下降，在传热量Q和传热面积A基本不变的情况下，根据（1）式可知，涂层发泡前后底材与热源的温差在1 000*C左右，由此理论上认为，涂层受热形成泡沫层，具有隔热阻燃作用。

　　3.2钢结构防火涂料的选用原则在石油化工企业中，钢结构所处的环境比通钢结构防火涂料的分类目前国内尚无统1的常情况要多，除了受到日晒塍水冻钟安堂。钢结构的防火保护外，还要经受各种各样酸碱气体及液体的侵蚀，选用钢结构防火涂料时应选用耐水、耐冻融、耐老化、强度高的防火涂料。钢结构防火涂料施工时，也应严格按照产品要求。这方面有不少教训，齐鲁石化股份有限公司高压聚乙烯装置数万平方米的钢结构框架上，1997年建设时原采用厚型钢结构防火涂料，由于施工时正赶上雨季，潮湿多雨，严格说来不满足防火涂料的施工要求，但为了工期需要还是进行了施工。该涂料在施工1a以后就出现大面积脱落，失去保护作用，后来不得不采取重新清除，重新喷涂防火涂料的方法补救，浪费了大量的人力物力。

　　在防火涂料的选用和施工过程中，根据以往经验，要考虑各层涂料性能的配套性，底漆、中间漆和面漆应相溶，不得发生化学反应。另外，防火涂料的材料性能，一般均经过认可单位的材料性能检测试验。材料性能检测仅仅是验证材料性能，它不能代替结构抗火性能，只有通过涂有防火涂料的结构试验，才能*终证明结构的抗火性能。

　　4钢结构耐火保护层厚度的计算目前，我国采用较为粗糙的耐火试验法进行设计。该方法首先选定建筑物的耐火等级，由耐火等级规定了相应结构构件的耐火极限。构件耐火构造确定后，用标准耐火试验去校准构件的实有耐火极限直至满足要求为止。该方法虽然简单但不够经济可靠，因为构件耐火极限由经验确定，并非合理，同时耐火试验的费用较高。比较合理的方法是根据控制参数来计算钢结构保护层材料的厚度。

　　Ru构件在室温下的*大承载力，梁为室温下的截面全塑性弯矩，柱为室温下的临界屈曲荷载。

　　临界温度是钢结构构件达到破坏极限状态时的钢材温度，根据荷载等级C选用。

　　（3）计算构件在规定的耐火极限时间内所需入一厚涂型钢结构防火涂料或不燃性板型材的导热系数，以实测值为A*构件的截面系数。其中，Ai为单位长度构件的隔热材料内表面面积，V为单位长度构件的钢材体积；Ts*钢板件的临界温度，°C.当选用的防火涂料产品己经做过不同厚度涂层的耐火试验时，可以根据防火规范对钢结构构件耐火极限的规定，直接选用需要喷涂的涂层厚度。当工程中确定用厚涂型防火涂料时，待保护的钢构件与标准试验钢构件的规格尺寸差距较大，又不能对每种规格的钢构件都喷涂涂料作耐火试验时，可以根据己有试验数据用经验公式计算来确定涂层厚度。

　　5结语（1）根据钢结构不耐火的特性，对可能遭受火灾突然袭击的钢结构，均应采取防火保护措施。

　　（2）钢结构防火涂料是一种功能性涂料，它是随石油化工工业发展而发展的一种工业产品，由于该产品在我国应用历史不长，不论从生产到应用都是一个逐渐认识提高的过程。

　　（3）在一般的防火涂料产品说明书中，均明确交待耐火试验所用的型钢规格尺寸，及其耐火试验与防火保护的设计参数，并指出可视钢截面积大小及环境条件优劣程度对涂层厚度做适当加或减少。但有的产品说明书并未明确交待耐火试验所用试件的型号规格及涂层厚度的设计参数，注意不可盲目确定涂层厚度。

　　（4）根据安全可靠，技术先进，经济合理的原则，对于不同规格和不同耐火极限要求的钢构件应喷涂不同的涂层厚度。