钢结构的防火保护

　　1概述l.i钢结构防火保护的意义随着社会的进步和经济的发展，高层建筑、摩天大楼成为城市现代化的标志之一，其数量增长很快；公共娱乐场所、体育馆、候机厅、大型工业厂房也在高速增长。特别是新型建筑，这些建筑中往往按智能型建筑设计、建造，结构上多采用钢结构型式，其内部功能复杂，设施繁多，火险隐患多，火灾潜在危险大。同传统的木结构、砖石结构和钢筋混凝土结构相比，钢结构具有强度高、受荷能力强、自重轻、占空体积小、构件制造与安装方便、节约木材等许多优点，因此越来越广泛地应用于这些建筑中。特别是一些重要建筑、大跨度建筑和高层建筑，采用钢结构是十分理想的。

　　由于钢材自身不燃，因此钢结构的防火隔热保护问题曾一度被人们忽视。根据国内外有关资料报道及有关机构的试验和统计数字表明，钢结构建筑的防火性能远较砖石结构和钢筋混凝土结构为差。钢材的机械强度是温度的函数。一般来说，可以认为钢材的机械强度随温度的升高而降低。一般常用建筑钢材的耐火临界温度为540 C.对于建筑火灾，火场温度大多在800C1200°C之间。国际标准火灾升温曲线公式为：在火灾发生的10min内，火场温度即可高达700°C以上。对裸露的钢构件，在这样的火灾温度下，也只要几分钟其温度就可上升到500°C而达到其耐火临界值，进而失去载荷能力，导至建筑物垮塌。由此可见，不作防火保护的钢结构，其火灾的危险性是非常大的。

　　1.2钢结构防火涂料的防火隔热原理对钢结构进行防火保护有多种多样的形式和措施，其中使用防火涂料是一种比较理想的方法。钢结构防火涂料喷涂在钢构件表面，对其进行防火隔热保护，防止钢结构在火灾时迅速升温而强度降低，失去支撑能力，导至建筑物垮塌。钢结构防火涂料的防火隔热原理大体为：涂覆在钢构件上的防火涂料或是本身的导热系数低（非膨胀型），或是涂料受火时发泡形成泡沫层（膨胀型），其泡沫戾不仅隔绝了氧气，而且具有良好的隔热性，其热导率很低，延滞了热量传向被保护的基材的速度。另外涂覆在钢材上的涂层不燃，对钢构件起屏障和防止热辐热作用，钢结构的防火保护避免了火焰和高温直接进攻钢构件。还有涂料中的有些组份遇火相互反应而生成不燃气体的过程是吸热反应，也消耗了大量的热，有利于降低体系的温度，故防火效果显著，对钢材起到高效的防火隔热保护。

　　1.3钢结构防火涂料耐火性能测试方法耐火性能是钢结构防火涂料的重要性能。钢结构防火涂料的耐火性能以涂覆钢构件的涂层厚度和耐火极限来表示。在我国其耐火性能的测试方法是选用工程中有代表性的型钢梁（如I36b、l40b）或实际工程中使用的钢构件作为基材，经除镑和喷刷防锈漆后，依据待测钢结构防火涂料产品中规定的使用量和工艺条件对构件进行涂覆和保养。待养护期满后，按GB/T9978建筑构件耐火性能试验方法规定的试验炉、标准升温和操作程序进行试验。当试件为钢梁时，应简支、水平安装在水平燃烧试验炉上，并按GB17―88钢结构设计手册的规定加载，采用等弯矩四点集中加载，钢梁三面受火，受火段长不少于4500mm；试件支点内外非受火部分不应超过3mm.耐火试验采用明火，使试件受到与实际火灾相似的火焰作用。钢结构防火涂料的耐火极限以试验开始至试件失去承载能力或涂料失去隔热性的时间来确定。钢梁的耐火极限时间是以试件*大挠度达到L/20（L是两支点距离）的时间作为判定根据。对钢结构防火涂料产品质量的判定，则是按国家标准GB14907―94钢结构防火涂料通用技术条件中的指标要求进行。该标准除规定了涂料物理力学性能外，对钢结构防火涂料的耐火性能要求应符合表1的规定。

　　表1钢结构防火涂料的耐火性能指标项目膨胀型（B型）厚涂型（H型）涂层厚度mm耐火极限不低于h由于该标准在制定时，超薄型（涂层厚度在3mm以下）钢结构防火涂料尚未有这类产品问世，因此标准没有对此类钢结构防火涂料的要求作出规定。

　　2国内外钢结构防火涂料现状及发展方向2.1国内外钢结构防火涂料的现状钢结构建筑火灾事故的惨痛教训使人们对钢结构防火保护的重要性的认识逐渐提高，开展了对钢结构进行防火隔热保护技术的研究和应用实践。对钢结构进行防火保护有多种多样的形式和措施。其中使用防火涂料对钢结构进行防火保护，是一种比较思想的方法。早在20世纪70年代，国外对钢结构防火涂料的研究和应用就开展积极的工作，并取得了较好的成效。80年代初国外钢结构防火涂料产品就已进人中国市场，在工程上应用。80年代初在公安部的计划安排下，公安部四川消防科学研究所在国内率先开展了钢结构防火隔热保护技术系统研究工作，并研制出**个适用的产品LG钢结构防火隔热喷涂涂料，并在北京国贸大厦等重要工程上成功地应用。此后在钢结构防火涂料产品性能标准、工程应用技术等方面进行了研究，制定了钢结构防火涂料产品通用技术条件、工程应用等技术法规文件，进一步推动、促进和规范了钢结构防火涂料的研究及工程应用工作。

　　钢结构防火涂料发展到现在，基本上已形成多品种、系列化。从类型上讲有厚涂型、薄涂型和近年发展起的超薄型。厚涂型和薄涂型基本上是水溶性，超薄型有水溶型和溶剂型两类。在应用范围上又分室外和室内型。目前国内外钢结构防火涂料的大体现状如下：2.1.1厚涂型钢结构防火涂料一般讲，所谓厚涂型钢结构防火涂料是指涂层使用厚度在8mm50mm的涂料。这类钢结构防火涂料的耐火极限为。5h3h.厚涂型钢结构防火涂料又叫钢结构防火隔热喷涂涂料。这类钢结构防火涂料是用合适的粘结剂，再配以无机轻质材料、增强材料等组成，施工多采用喷涂，一般是应用在耐火极限要求2h以上的建筑钢结构上。在火灾中涂层基本不膨胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的温升，保护钢结构。这种涂料其涂层外观装饰性不理想。这类产品如国内的SD-2钢结构防火涂料、TN-LG钢结构防火涂料，当涂层厚度分别为27.6mm和39.5mm时，耐火极限可达2.28h和2.53h；国外的产品如英国GraceConstructionProducts（格雷斯建材产品）的“MonoketeFireproofingUK6钢结构防火涂料涂层厚度47.4mm，耐火极限2. 5h；美国美商华人企业股份有限公司的AD钢结构防火涂料，涂层厚度33.7mm，耐火极限3h；可护固欧洲有限公司的”CAFCOBLAZESHIEILD“钢结构防火涂料，涂层厚度18mm和34mm，耐火极限为1. 88h和3.8h；该公司的”CAFCO300钢结构防火涂料，涂层厚度35mm，耐火极限4. 5h、涂层厚度41mm，耐火极限可达5h以上。*早进入国内市场的国外钢结构防火隔热涂料是英国P20涂料。

　　2.1.2薄涂型钢结构防火涂料一般讲，涂层使用厚度在3mm7mm的钢结构防火涂料称为薄涂型钢结构防火涂料。

　　该类涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层，延缓钢材的温升，保护构件。但发泡率不高，其装饰性比厚涂型好，施工多采用喷涂。一般使用在耐火极限要求不超过2h的建筑钢结构上。比如国内的“SD―1钢结构防火涂料和LB钢结构防火涂料，涂层厚度分别为5.3mm和7.4mm，耐火极限为1.63h和2.05h.国外这类涂料较少。

　　2.1.3超薄型钢结构防火涂料所谓的超薄型钢结构防火涂料，是指涂层使用厚度不超过3mm的钢结构防火涂料。

　　这种钢结构防火涂料受火时膨胀发泡形成致密的防火隔热层，该防火隔热层延缓了钢材的温升，提高了钢构件的耐火极限。施工可采用喷涂或刷涂及滚涂，一般使用在耐火极限要求2h以内的建筑钢结构上。因为这种涂料其涂层很薄，因此外观装饰性很好，在满足防火要求的同时，又能满足人们高装饰性要求，特别是对于裸露的钢结构。此外这种涂料施工方便，是目前倍受青睐的钢结构防火涂料。这类涂料有：如国内公安部四川消防科学研究所研究出的“SCB”（溶剂型）和“SCA”（水溶型）超薄膨胀型钢结构防火涂料，涂层厚度分别为2.69mm和6mm，耐火极限147min和63min；LF（溶剂型）和L6（溶剂型）超薄型钢结构防火涂料，涂层厚度分别为2mm和3mm，耐火极限为94min和90min.国外产品有：如德国贺柏兹公司（Herberts）的“WaterBased38320型钢结构防火涂料（水溶型），涂层厚度2. 63mm.耐火极限63min；38091型钢结构防火涂料（溶剂型），涂层厚度2. 42mm，耐火极限124min；英国的Nullifire钢结构防火涂料（溶剂型），涂层厚度2. 24mm，耐火极限106min；此外日本”日邦油漆“的超薄型钢结构防火涂料也开始涉足中国市场。

　　1.4室外钢结构防火涂料室外钢结构防火涂料是指能适合于室外环境使用的钢结构防火涂料，主要应用于建筑物室外和石化企业等露天钢结构。目前这类涂料只有厚涂型和薄涂型，品种也较少，如国内的“S一1和SWB、SWH室外钢结构防火涂料，涂层厚度分别为24.耐火极限为15.0min、99min和210min.而更多性能优异的室外钢结构防火涂料还待进一步研究开发。

　　2.2钢结构防火涂料的发展方向目前国内外钢结构防火涂料正在向涂层超薄、装饰性强、施工方便、防火性能高、应用范围广的趋势发展。同时目前还没有超薄型的室外钢结构防火涂料。因此，根据我国建设和经济发展的现状、社会的需要，在国内外现有技术水平的基础上，结合国家的消防法规和规范的要求，深人开展超薄膨胀型钢结构防火涂料的研究，以取得突破性进展，研究出涂层超薄（3mm以内）、耐火极限理想（90min以上）、耐候、耐老化、装饰性好、施工方便，既可用于室内也可用于室外的超薄膨胀型钢结防火涂料，同时制定相关的技术标准，以填补国内空白，是我国的钢结构防火保护技术研究的一项重要任务。

　　3钢结构防火涂料的使用前景及效益随着改革开放政策的深入贯彻落实，国家的经济和建设得到了持续稳定的发展，钢结构的建筑不断增加。钢构件自身虽然是不燃的，但不加保护的钢构件耐火极限只有。25h，要满足规范规定的1h3h耐火极限要求，必须采用防火保护，因而是钢结构的防火建筑设计中不可缺少的部分。如不加保护，就存在着潜在的火灾危险，可能给国家财产和人民生命带来损失。

　　根据建筑设计防火规范、高层民用建筑设计防火规范、GB 50160石油化工企业设计防火规范等国家有关规范对各类建筑构件的燃烧性能和耐火极限的要求，当采用钢结构作相应的构件时，钢构件的耐火极限要求如表2.表2钢构件的耐火极限要求h范围构件名称一级耐火等级二级耐火等级三级耐火等级篼层民用建筑柱梁楼板、屋顶承重构件一般工业和民用建筑支承多层的柱支承单层的柱梁楼板屋顶承重构件为防止火灾事故的发生，切实贯彻消防工作“预防为主，防消结合”的方针，应用钢结构防火涂料对建筑钢结构进行防火保护，以防止火灾的发展，是一种行之有效的措施。随着石油化工业的不断发展，石油化工、油气罐支架、矿山钻井等露天钢结构建筑不断增多，室外钢结构防火涂料的用量也越来越大。一些重点建设工程，对钢结构的保护不仅要求防火，而且对装饰性也提出了较高的要求。超薄膨胀型钢结构防火涂料，由于隔热效果显著，耐火极限1.5h以上，可以满足防火等级要求较高的重点工程；因其涂层薄，装饰性好，又适应防火规范的进一步发展要求，该类钢结构防火涂料将具有更广阔的推广应用前景，其研究、生产和应用必将产生显著的社会和经济效益。