钢结构防火涂料设计与施工质量控制

钢结构防火涂料设计与施工质量控制
毛新爱
摘要：针对钢结构火灾的特点，分析了钢结构防火涂料的设计原则，为有效地发挥钢结构防火涂料的防火作用，提出了施工质量控制的相关要求。
关键词：钢结构防火涂料，耐火极限，施工质量
1前言
近年来，钢结构在工业承重构架、民用高层建筑，以及体育场馆、会议中心等公共建筑上得到广泛的使用。但钢材的耐火性能很差，不能满足建筑的防火规定，必须采取附加的防火措施，以延长其耐火极限，从而提供合理的火灾扑救时间。实践证明，采用钢结构防火涂料是最有效、最经济的防火措施，目前，约90%以上的建筑钢结构防火保护设计是采用外涂抹防火涂料。
2钢结构火灾的特点
钢材不是可燃物，本身不着火。但由于钢材导热系数大、传热快，在高温火焰的灼烧下快速升温（I36b钢梁耐火试验：仅0.25h温度就升到500℃），其强度及承载力则随着温度升高而降低，普通的Q235、Q345建筑用钢600℃时强度几乎降为零，因此，钢结构火灾风险极大，通常具有以下特点：
⑴钢构件是采用焊接或螺栓连接在一起，火灾时一旦局部倒塌，将引起“多米诺牌”连锁反应，导致整体结构失去平衡而跨塌；
⑵火灾时钢结构破坏渐变过程短，几乎是瞬间发生倒塌，灭火人员人身安全难以保证；
⑶用于工业承重框架的钢结构，一旦火灾中倒塌，其上固定安装的设备、管线将随着破坏，火灾间接经济损失非常大；
⑷火灾破坏后的钢柱、梁等构件变形严重，多似扭曲麻花状，失去了再修复的价值。
3防火涂料的防火原理
钢结构防火涂料按照防火机理分为膨胀型和非膨胀型两大类。膨胀型防火涂料又称薄型防火涂料，涂层厚度一般小于7mm，遇火膨胀形成多孔碳化层，以有机树脂为基料，掺加泡剂、阻燃剂、成炭剂等，主要技术性能参数是膨胀率及耐性指标。非膨胀型防火涂料又称厚型防火涂料，涂层厚度8~45mm，遇火不膨胀，自身有良好的隔热性，以膨胀蛭石、飘珠、矿物纤维等无机绝热材料为主，掺加无机粘结剂等，主要技术性能参数是导热系数。膨胀型及非膨胀型钢结构防火涂料主要从以下三方面起到防火作用：
⑴防火涂料组成物具有阻燃性、导热系数小，对钢构件起到隔热屏蔽作用；
⑵涂料高温下发生化学反应，分解释放出不燃气体和多种中间产物，阻隔了空气并稀释了氧气浓度，从而起到阻燃作用，减缓了钢材表面升温速度；
⑶涂层受热发生膨胀（膨胀型防火涂料），在涂层内形成蜂窝状的炭质泡沫层，阻止火焰对钢材表面的加热。
4防火涂料设计与应用
钢结构防火涂料设计的目的是使钢结构在发生火灾时到达失稳临界温度（538℃）的时间大于建筑耐火等级要求的耐火极限，争取尽可能长的扑救火灾时间，减少经济损失。GB50160-2008《石油化工企业设计防火规范》中5.6 条以下承重钢结构，应采取钢结构耐火保护措施，覆盖耐火层的钢构件，其耐火极限不应低于1.5h。
⑴单个容积等于或大于5m3的甲、乙A类液体设备的承重钢构架、支架、裙座；
⑵在爆炸危险区范围内，且毒性为极度和高度危害的物料设备的承重钢构架、支架、裙座；
⑶操作温度等于或高于自燃点的单个容积等于或大于5m3的乙B、丙类液体设备承重钢构架、支架、裙座；
⑷加热炉炉底钢支架；
⑸在爆炸危险区范围内的主管廊的钢管架；
⑹在爆炸危险区范围内的高径比等于或大于8，且总重量等于或大于25t的非可燃介质设备的承重钢构架、支架和裙座。
CECS200:2006《建筑钢结构防火技术规范》中规定，单、多层建筑耐火等级分一级、二级、三级、四级，其承重墙要求的耐火极限分别是3h、2.5h、2.0h、0.5h；高层建筑耐火等级分一级、二级，其承重墙要求的耐火极限都是2.0h
工程设计上根据建筑物耐火等级、结构部位，以及周围的环境综合考虑：防火涂料的耐火性能、类型、涂层厚度、与钢基材及涂层间的附着力（粘结强度）、耐环境腐蚀和老化性能，以用施工技术要求等，同时，不同用途钢结构的外观装饰效果也是必须考虑的。
高层建筑钢结构和单、多层钢结构的室内构件，以及石化装置承重钢结构，1.5h以上耐火极限时应选用非膨胀型钢结构防火涂料。室内、轻型屋盖钢结构和有装饰要求的钢结构，1.5h以下耐火极限时可选用膨胀型钢结构防火涂料。
5 防火涂料的施工质量控制
5.1材料检验及存放
钢结构的防火涂料必须有国家检测机构出具的耐火极限检测报告和理化性能检测报告，必须有消防部门核发的生产许可证、生产厂方的产品合格证及产品使用说明书。防火涂料施工前，按CECS24:90《钢结构防火涂料应用技术规范》、GB14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》的规定取样，送到有检验资质的机构检验防火涂料的性能，合格后方可使用。即：非膨胀型钢结构防火涂料的耐火极限、导热系数、粘结强度等；膨胀型钢结构防火涂料的耐火极限、膨胀率、粘结强度等。
钢结构防火涂料施工前应存放保管在通风、干燥的场所，防止雨淋和曝晒，打开后发现受潮结块不得使用。
5.2钢结构表面处理
钢结构表面应采用喷砂或电动除锈，达到GB8923-1988《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》中St3或Sa2.5等级，钢结构表面良好的除锈处理不仅可以减少涂层过早产生缺陷，也有利于提高防锈底漆与钢构间的附着力。防腐采用涂刷二道环氧富锌底漆，每道漆干膜厚度大于35μm。
5.3施工工艺
由于不同厂家生产的钢结构防火涂料的性能及施工工艺有所不同，施工时必须严格按使用说明书和使用环境条件制定合理的施工工艺及施工方法。比如：薄涂型防火涂料采用二道喷涂施工，厚涂型防火涂料则底层喷涂和手工涂抹相结合；石化装置承重钢结构上安装有设备和管道，生产运行中会有冲击和振动，因此，必须在涂层中加装镀锌钢丝网，否则，在使用一段时间会出现涂层脱落等等。防火涂料施工要求环境温度5~38之间，相对湿度不大于85%，涂料养护期不低于28天，夏季初期3天内应缠裹塑料膜防止失水过快，冬季初期7天内应采取防冻措施。凝固初期不允许外力碰撞和冲击，避免产生裂纹和涂料松动失去附着力。
5.4施工质量验收
防火涂料施工质量应符合规范要求：⑴涂层厚度符合设计要求；⑵防火涂层不得漏涂，涂层应闭合无脱层、空鼓、粉化松散和浮浆等外观缺陷；⑶膨胀型防火涂料涂层表面裂纹宽度不应大于0.5mm，且1m长度内不得多于1条；非胀型防火涂料涂层表面裂纹宽度不应大于0.1mm，且1m长度内不得多于3条。
6 结束语
钢结构防火涂料是建筑防火安全的保障，在减少火灾损失方面取得了极大的社会和经济效益，因此，其设计和使用得到国家消防部门的大力推广。在严格按设计选择防火涂料类型和涂层厚度的同时，加强施工质量控制，最大限度地钢结构防火涂料的防火性能。
参考文献：
[1] 刘新,时虎编著.钢结构防腐蚀和防火涂装.化学工业出版社.2004.
[2] GB50160-2008, 石油化工企业设计防火规范.
[3] CECS24:90, 钢结构防火涂料应用技术规范.
[4] GB14907-2002, 钢结构防火涂料通用技术条件.
[5] CECS200:2006, 建筑钢结构防火技术规范.