鋼結構防火保護及防火涂料的選型
摘 要
鋼結構具有強度高、 質量輕、 空間大、 靈活性好等明顯的優(yōu)勢， 因此被廣泛地應用于建筑、 橋梁、 船舶及采油平臺結構等工程中。但由于鋼結構耐火極限低， 火災中極易發(fā)生倒塌， 因此必須進行防火保護。
目前普遍使用的保護方法是噴涂防火涂料， 以便提高鋼結構的耐火極限和使用安全性， 延緩其在火災中強度的降低速度， 為滅火救援和人員疏散爭取時間。本文著重對鋼結構防火涂料的選型進行研究， 為各部門進行有效的火災預防提供依據。目前我國普遍大量使用鋼結構的有：建筑工程、 橋梁工程、 船舶及采油平臺結構工程。據相關部門統(tǒng)計, 我國鋼結構建筑年建成量已超過 300 萬㎡。 因此大量的工程實踐證明了鋼結構具有強度高、 質量輕、 抗震性能好、施工速度快、工業(yè)化程度高且材料可回收利用等優(yōu)點。
一、 鋼結構防火保護措施 經科學試驗表明, 未加防火保護的鋼結構在火災溫度的作用下,大約 10min左右,自身溫度就可達 540℃以上,其力學性能,如屈服點、 擠壓強度、 彈性模量以及載荷能力等都迅速下降;當溫度達到 350℃、 500℃、 600℃時,其強度分別下降 1/3、 1/2、 2/3,當溫度達到600℃以上時,鋼結構將完全喪失承載能力。
因此,在火災作用下,鋼結構不可避免發(fā)生地扭曲變形,最終導致倒塌,因此倒塌后給消防滅火以及人員疏散帶來極大地困難,同時也帶來重大人員傷亡和經濟損失。因此,必須采取措施對鋼結構進行防火保護。
1.鋼結構防火保護的具體方法
目前來看，鋼結構防火保護廣泛使用的是噴涂保護法,這種方法具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結構幾何形體限制等有點, 一般不需要添加輔助設施,且涂層質量輕,并有一定的裝飾作用。應用防火涂料噴涂在鋼結構表面,目的是防火隔熱,防止鋼結構在火災中迅速升溫而撓曲變形倒塌。
其防火原理有三個:一是涂層隔離了火焰,使鋼結構不至于直接裸露在火焰或高溫中;
二是涂層吸熱后,部分物質分解出水蒸氣或其它不燃氣體,起到降低火焰溫度和燃燒速度、 稀釋氧氣的作用;
三是涂層本身多孔輕質在受熱膨脹后形成碳化泡沫層,阻止熱量迅速向鋼材傳遞,推遲了鋼結構受熱升溫到極限溫度的時間,從而提高鋼結構的耐火極限。
鋼結構防火保護的原理
鋼結構防火保護采用絕熱或耐火材料阻隔火焰直接作用鋼結構, 降低熱量傳遞的速度,推遲鋼結構升溫、 強度降低的時間。
鋼結構防火保護的目的
鋼結構防火保護的目的是在其表面提供一層絕熱或耐火材料,隔離火焰直接作用鋼結構,阻止熱量迅速傳向鋼材,推遲鋼結構溫度升高的時間, 使之達到規(guī)定的耐火極限要求,以利于消防滅火和人員疏散,減小火災損失。
二、鋼結構防火涂料的選型1.鋼結構防火涂料的類型 根據防火涂層厚度來分,可分為薄涂型、 厚涂型、 超薄型。
薄涂型鋼結構防火涂料,涂層厚度一般為 2~7mm,有一定的裝飾效果,高溫時涂層膨脹增厚,具有耐火隔熱作用,耐火極限可達0.5~2h。
厚涂型鋼結構防火涂料,涂層厚度一般為 8~50mm,粒狀表面,密度小,熱導率低,耐火極限可達 0.5~3h,又稱為鋼結構防火隔熱涂料。厚涂型防火涂料一般不燃、 無毒、 耐老化、 耐永久性好,適用于永久性建筑中。
超薄型鋼結構防火涂料,涂層厚度一般為 1~3mm,與厚涂型和薄涂型鋼結構防火涂料相比, 超薄型鋼結構防火涂料特點是粒度更小更細,裝飾性好,涂層更薄,耐火極限可達0.5~1.0h。
2.鋼結構防火涂料的選型原則
選用鋼結構防火涂料時,應考慮其鋼結構類型、 耐火極限要求、 工作環(huán)境等,選用原則具體如下:
（1）鋼結構防火涂料必須有國家檢測機構的耐火性能檢測報告和理化性能檢測報告,有消防監(jiān)督機關頒發(fā)的生產許可證。選用的防火涂料質量應符合國家有關標準的規(guī)定,有生產廠方的合格證,并應附有涂料品名、 技術性能、 制造批號、 儲存期限和使用說明等。（2）民用建筑及大型公用建筑的承重鋼結構宜采用防火涂料防火,一般應由建筑師與結構工程師按建筑物耐火極限要求,根據 《鋼結構防火涂料應用技術規(guī)范》 (CECS24—1990),選用合適的防火涂料。
（3）選用時應優(yōu)先選用薄涂型防火涂料。選用厚涂型涂料時,其外需要做裝飾面層隔護。裝飾要求較高的部位可選用超薄型。
（4）室內裸露鋼結構, 輕型屋蓋鋼結構及有裝飾要求的鋼結構,若規(guī)定其耐火極限在1.5h及以下時,應選用薄涂型。
(5)室內隱蔽鋼結構,高層全鋼結構及多層廠房鋼結構,當規(guī)定其耐火極限在2.5h及以上時,應選用厚涂型鋼結構防火涂料。
(6)露天鋼結構,如石油化工企業(yè)的油(汽)罐支撐、 石油鉆井平臺等鋼結構。應選用符合室外鋼結構防火涂料產品規(guī)定的厚涂型或薄涂型鋼結構防火涂料。
與此同時在選用防火涂料時,還應注意下列幾點:
（1）由于飾面型防火涂料是保護木結構等可燃基材的阻燃涂料,因而達不到提高鋼結構耐火極限的目的，由此飾面型防火涂料不能用于鋼結構。
（2）不應把薄涂型鋼結構防火涂料用于保護2h以上的鋼結構。 薄涂型防火涂料由于自身的原材料和防火原理等因而具有耐火極限低的特點,這類涂料含較多有機成分,涂層在高溫下形成炭質泡膜后才起到隔熱作用。膨脹泡膜強度有限,易開裂、 脫落,炭質在 100℃高溫下會逐漸灰化。因此,要求耐火極限大于2h以上的鋼結構必須選用厚涂型鋼結構防火涂料。由此說明不應把薄涂型鋼結構防火涂料用于保護2h以上的鋼結構。（3）由于露天鋼結構常年暴露于陽光與大氣之中,日曬雨淋,風吹雪蓋,必須選用耐水、 耐凍融循環(huán)、 耐老化,并能經受酸、 堿、 鹽等化學腐蝕的室外鋼結構防火涂料進行保護。因而不得將室內鋼結構防火涂料, 在未加改進和采取有效的防水措施下,直接用于噴涂保護室外的鋼結構
（4）在一般情況下, 室內鋼結構防火保護不要選擇室外鋼結構防火涂料,因室外鋼結構防火涂料為了確保其優(yōu)異的性能,對原材料要求嚴格,因而其價格要比室內鋼結構防火涂料貴得多。但對于半露天或某些潮濕環(huán)境的室內鋼結構,則宜選用室外鋼結構防火涂料保護。
（5）厚涂型防火涂料具有耐久性和防火性等特點，厚涂型防火涂料基本上由無機質材料構成,涂層穩(wěn)定,老化速度慢,只要涂層不脫落,防火性能就有保障。
（6）重要的鋼柱構件采用防火涂料保護時, 一般應采用厚涂型防火涂料,且節(jié)點部位宜做加厚處理。當所用防火涂料的粘接強度小于0.05MPa時,涂層內應設置與鋼構件相連接的鋼絲網。
（7）承重鋼梁構件采用厚涂型防火涂料時, 其重要節(jié)點部位宜加厚處理。當有承受沖擊振動的鋼梁、涂層厚度大于或等于 40mm的梁、 防火涂料粘接強度小于或等于 0.05MPa、 腹板高度超過 1.5m 時,涂層內應設與鋼梁相連接的鋼絲網。
三、結束語
由此看來，正確的選用鋼結構防火涂料，對提高鋼結構的耐火極限以及建筑防火起到重要作用。 同時相關部門要切實加強監(jiān)督作用， 嚴格執(zhí)法， 把好鋼結構工程的審核關、 監(jiān)督關、 驗收關、 質量關， 保證國家財產及人民生命安全。