钢结构防火涂料的现状及发展趋势

摘要：介绍了钢结构防火涂料的分类、组成及性能特点、水平、存在的问题及解决途径

１前言

经济和社会的发展推动了建筑事业的发展，大型建筑如展览馆、候机楼、大型商场、体育场馆和高级宾馆及工业厂房等不断增多，并向着大型和美观的方向发展，其主要承重构件大都依赖于坚固而又轻便的钢材，这些钢材赋予了建筑物以宽阔、轻盈、而又不失稳固的建筑风格。同传统的木结构、砖石结构和钢筋混凝土相比，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建筑中。而钢结构建筑的耐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。当钢材的温度升高到某一值其弹性模量、屈服强度和极限强度均显著降低，应变急剧增大，而使其失去承载能力, 这一温度值定义为该钢材的临界温度。一般常用建筑钢材的临界温度为540 ℃。对于建筑火灾，火场温度大多在800 ～1200 ℃之间，在火灾发生的十分钟内，火场温度即可高达700 ℃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 ℃而达到其临界值，进而失去承载能力，导致建筑物垮塌，因而钢结构耐火性差的致命缺点成为钢结构建筑物火灾的隐患。国内外不乏钢结构建筑物火灾的事例，比较典型的是２００１年美国“ 9.11” 事件中的世贸大厦就是其中一例，因此对钢结构进行防火保护是必要的也是必须的，其中使用防火涂料是一种比较理想的方法。钢结构防火涂料涂在钢构件表面，起防火隔热保护作用，防止钢材在火灾中迅速升温而降低强度，避免钢结构失去支撑能力而导致建筑物垮塌。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。各部门对使用钢结构防火涂料作钢材防火保护的要求也日益增加，钢结构防火涂料的研究、生产及推广应用越来越受到重视。

在我国的《建筑设计防火规范》及《高层民用建筑设计防火规范》等标准中明确规定各类建筑中各部位构件的耐火极限要求，有些构件要求耐火极限仅为０. ５小时，有些则长达３小时。正是由于对钢材的耐火要求不同、钢结构防火涂料的种类不同以及应用领域不同，其防火机理也不同，应科学合理的选择防火涂料。

早在上世纪70 年代，国外对钢结构防火涂料的研究和应用就开展了积极的工作并取得了较好的成效，至今仍是方兴未艾。并与上世纪80 年代初进入中国市场。

我国钢结构防火涂料，在原来空白的基础上，开拓创新，取得了有目共睹的成就，有了各种类型的品种分布于全国各地，满足了各类建筑物钢结构防火保护的需要，并制定了相应的技术标准和应用技术规范，规范了防火涂料市场，确保了钢结构防火涂料的质量的稳定和不断提高。

2 、钢结构防火涂料品种与现状：钢结构防火涂料一般可分为厚涂型、薄涂型和超薄型。

①、厚涂型钢结构防火涂料

所谓厚涂型钢结构防火涂料是指涂层使用厚度在8 毫米～50 毫米的涂料，这类钢结构防火涂料主要由多孔绝热材料如粉煤灰空心微珠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、石墨、矿物纤维等为骨料配以耐高温粘结剂而制成。其防火原理就是由于涂层的导热系数小，具有良好的热绝缘性，从而可在火灾中有效保护钢材不受破坏。厚涂型钢结构防火涂料的耐火极限一般为0.5 小时～3 小时。

厚涂型钢结构防火涂料的性能特点

优点缺点

①耐火极限高，可达３小时②主要组分为无机材料，耐火性能受环境影响小③原材料来源广，价格低④遇火时不会放出有毒有害气体⑤袋装，运输方便①涂层厚、自重大，粘结力差，易剥落②表面粗糙，装饰性差③施工麻烦④水泥基涂料需养护

②、薄涂型钢结构防火涂料

涂层使用厚度在3 毫米～7 毫米的钢结构防火涂料称为薄涂型钢结构防火涂料。目前国内外所使用的薄涂型钢结构防火涂料一般均为膨胀型防火涂料。有基体树脂、催化剂、发泡剂、成炭剂、阻燃剂、补强剂、颜填料和溶剂等组成.

膨胀型防火涂料膨胀组分一般由脱水成炭催化剂、成炭剂和发泡剂三部分组成。

防火机理为脱水成炭催化剂一般是可在加热条件下释放无机酸的化合物，释放出的无机酸要求沸点高，而氧化性不太强。成炭剂是膨胀多孔炭层的碳源，一般是含碳丰富的多官能团的物质，可以单独或在催化剂作用下加热成炭。发泡剂是受热条件下释放出惰性气体的化合物。

膨胀型防火涂料受热时，成炭剂在催化剂作用下脱水成炭，炭化物在发泡剂分解的气体作用下形成膨松、有封闭结构的炭层, 该炭层可以阻止基材与热源间的热传导，另外多孔炭层可以阻止气体扩散，同时阻止外部氧气扩散到基材表面，达到防火目的。

薄涂型钢结构防火涂料的性能特点

优点缺点

①涂层薄、质轻，粘结力强，干燥快②表面光滑，颜色可调，装饰性好③单位面积用量少④施工简便⑤抗震动、抗挠曲性强①主要组分为有机材料，遇火时可能会释放出有毒有害气体②耐火性能受环境影响大③严格意义说不能用于室外

③、超薄型钢结构防火涂料

超薄型钢结构防火涂料是指涂层使用厚度不超过 3 毫米的钢结构防火涂料。超薄型钢结构防火涂料的防火机理与薄涂型完全一致。因目前国内外钢结构防火涂料的发展趋势是涂层超薄、装饰性强、施工方便、防火性能高、应用范围广，对涂料的粘结力和耐水性有较高的要求，因此，超薄型钢结构防火涂料一般为油性膨胀型防火涂料，本涂料除应具有较好的防火隔热性能、粘接力好、强度高，能经受高低温循环的影响外，涂层还应具有良好的耐水性、耐酸性、耐盐腐蚀性，和不易脱落，贮存稳定，装饰性好，施工方便等特点。

这类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升温，提高了钢构件的耐火极限。与厚涂型和薄涂型钢结构防火涂料相比，超薄型钢结构防火涂料粒度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好是其突出特点，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。

超薄型钢结构防火涂料的性能特点

优点缺点

①涂层更好②装饰性更好③兼具薄型涂料的优点④施工受环境影响小同样具有薄型涂料的缺点

国外生产薄型和超薄型钢结构防火涂料比较著名的厂家有：英国的“ Nullifire” ，英国的I P 公司，德国的Ｈerberts, 日本的“日邦油漆”和美国的“ Nofire” 等。

国内有公安部四川消防科研所、汇丽集团、兰陵集团、天宁公司、621 所及海洋化工研究院等。

3 、钢结构防火涂料目前存在的问题

①、耐久性问题

由于厚型防火涂料存在自重大，装饰性差，因此只能应用在某些对外观要求不高的室外钢结构，广泛应用的是薄型和超薄型防火涂料，特别是超薄型。此两类涂料所使用的主要原料聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇均耐水性不良，存在随着环境、时间等溶出、分解、降解和老化等问题，因此，此类涂料必定会随着时间的推移防火性能有所下降，而目前还没有找出一种评定防火涂料耐久性的方法。检测报告所给出的耐火极限是涂料涂后保养１～２个月的检验结果，但火灾的发生是不可预测的，火灾可能是在涂料涂后的一年，也可能在涂后的十年发生，因此膨胀型防火涂料的最主要的就是耐久性问题。

②、安全性问题