浅谈钢结构防火材料的应用及发展趋势

【摘 要】随着经济的高速发展，钢结构建筑日益增多。钢结构与钢筋混凝土相比有很多得天独厚的优势，但不加保护的钢结构耐火极限很低，必须要进行防火处理。目前钢结构的防火材料正朝着低碳环保、高质效能、实用化、多功能化的方向发展。

【关键词】钢结构；防火材料；应用；发展趋势

1 前言

随着我国经济建设发展的需要，钢结构作为一种理想的建筑结构在建筑业已日益增多。钢结构作为现代建筑的主要形式，在常温下具有强度高、自重轻、抗震性能好、韧性好、施工周期短、环境污染少、建筑工业化强度高、空间利用率大等综合优势，以及能充分满足建筑设计美感造型的需要，因此受到建筑行业的青睐。在单层及多层的工业厂房、大型的候机厅、候车室、高层建筑等都得到了广泛的应用。钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。钢结构通常在450~650℃温度中就会失去承载能力发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲变形而不能继续使用。一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围，防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落。

2 钢结构防火材料的应用

钢结构的防火保护措施形式是多种多样的，但原理不外乎采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间。防火保护措施形式一般有外包层法、钢构件内充水、屏蔽以及防火涂料等。

2.1 外包层。就是在钢结构外表面做耐火保护层，将构件包裹起来。可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层。砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。外包层法是目前广泛使用的一种钢结构防火方法，该方法施工简便、造价低、防护效果好，在实际工程中应用非常广泛，特别是在对钢梁、钢柱、楼板保护中多数采用此方法。但此方法增加了结构的重量、占用空间，影响美观，因此对于一些特殊部位，如屋盖、中庭、大跨度空间、有装饰需要的场所无法使用此方法。

2.2 钢构件内充水。空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防火措施，这种方法能使钢结构在火灾中保持较低的温度、水在钢结构内循环，吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环、或由管道引入凉水来取代受热的水。但在实际应用中，该方法对施工要求严格、成本高，特别是对系统复杂、高度大的建筑，需要十几套，甚至几十套系统来维持，而且在使用中需要对系统进行经常性的维护保养，维护费过大。该方法在国内外都很少使用。

2.3 屏蔽。钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里，只要增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的。但在施工中要求工艺较高，吊顶的接缝、孔洞处要封闭严密，防止蹿火。而且大空间、大跨度的钢结构将无法使用，应用范围狭窄。

2.4 防火涂料。是一种涂覆在材料表面，具有隔热、防燃、阻燃功能，并能有效延缓火势的发展、阻止火焰蔓延，对基材起到保护作用的特种涂料。钢结构防火涂料按所使用的胶黏剂的不同可分为有机防火涂料和无机防火涂料两类；按涂层厚度分为超薄型、薄涂型和厚涂型三类。超薄型钢结构防火涂料的涂层厚度不大于3，薄涂型钢结构涂料涂层厚度一般为3～7，有一定装饰效果，这两类涂料在火灾中能吸热膨胀发泡，形成泡沫状炭化隔热层，从而阻止热量向钢结构传递，耐火极限可达0.5～1.5小时，这种涂料又称钢结构膨胀防火材料。厚涂型钢结构防火涂料厚度一般为8～50， 呈粒状面，密度较小，涂层受热不发泡，依靠其较低的导热率来延缓钢结构的温升，起到防火保护作用，耐火极限可达0.5～3小时，这种涂料又称钢结构防火隔热涂料。防火涂料是近几十年来新兴的一项钢结构保护方法。防火涂料与其它保护方法比较，具有施工简便、无须复杂的工具即可施工，涂层质量轻、造价低而且不受钢结构几何形体限制，还有一定的美观装饰作用，已成为应用范围最为广阔、效率最高的钢结构防火保护方法。

3 钢结构防火材料的发展趋势

防火涂料应用范围极为广泛，基本可以适用各种钢结构，是近年来比较先进的钢结构防火保护方法，其造价相对低廉。以下为钢结构防火保护造价对比表：

注：造价是以1米长，表面积为0.4平方米的H型钢结构按总造价折算进行估算

国外自上世纪50年代以来就采用防火涂料施涂钢结构表面，火灾时能形成耐火隔热保护层，以提高钢结构的耐火极限，满足建筑设计规范要求，减少建筑物钢结构火灾灾害。从20世纪80年代初期起，在我国兴建的由国外设计的工程开始采用钢结构防火涂料。到1985年左右，国内一些科研单位和厂家开始研究生产钢结构防火涂料。经过近25年的发展，无论从产品品牌、质量还是应用范围，都有长足的发展。与此同时，国家也颁布了该产品的相关技术标准和规范。如GB14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》、中国工程建设标准化协会标准CECS24：90《钢结构防火涂料应用技术规范》等，这对我国发展钢结构防火涂料的应用起到了很大的推进作用。防火涂料正在向“提高涂膜质量、方便施工、节省资源、节省能源和适应环境”的方向发展。今后应朝着以下几个方面发展。

3.1 开发复合高效低水溶性的炭化催化剂、成炭剂和发泡剂；

3.2 通过树脂的复配或接支改性来改善防火涂料的防火性能和各种理化性能；

3.3 将膨胀型和非膨胀型进行有机的结合，使涂层在高温下形成低膨胀率的高强度炭化层；

3.4 开发优质的无机膨胀防火涂料，由于其原料易得，价格便宜，环境污染少，应受重视；

3.5 将新技术应用到防火涂料中去。例如将纳米阻燃材料加入到防火涂料体系中；

3.6 将废物利用和防火涂料的开发有机的结合起来。

4 结束语

钢结构防火涂料是如今乃至未来社会很有发展前途的一类产品，。通过检验部门、生产、设计、施工、监理和消防监督部门联手共同努力，相信我国的防火涂料一定会健康、有序的发展。

参考文献：

[1]建筑设计防火规范GB50016-

[2]高层民用建筑设计防火规范GB 50045-

[3]钢结构防火涂料应用技术规范CE CS24:90

[4]建筑钢结构防火技术规范CEC S200-2006