钢结构防火涂料应用问题分析

关键词:消防;钢结构;防火涂料;问题分析;解决措施 

　　1. 前 言 

　　我国钢结构虽然起步较晚,但发展迅猛,广泛用于如高层和超高层建筑、大跨度桥梁、输送变电铁塔等。钢材料作为抗震、抗弯等特性,在实际应用中既可增加建筑物的荷载能力,又可满足建筑设计美感造型的需要,还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷。钢结构虽然有这么多优点,但却有一个致命的缺点:不耐火。特别是在高温作用下裸钢会很快出现塑性变形,使建筑物局部或整体因抗拉或抗压强度下降而失去稳定,直至倒塌,这会造成严重的伤亡事故和经济损失。为了提高钢结构建筑的抗火性,采用防火涂料对钢结构建筑进行喷涂保护是目前最常用的提高钢结构建筑耐火极限的方法。本文笔者针对钢结构涂料的现实应用中又存在诸多问题进行分析探讨。 

　　2. 钢结构建筑在火灾中的特点 

　　资料表明,裸露的钢结构耐火极限只有15min左右。在建筑上使用的钢材,常温下强度高,当温度升至500℃,钢材强度仅及正常值的一半,失去支撑能力。据测量,建筑中常用的冷轧钢,其抗火性能的破坏温度为538℃。钢结构建筑在火灾中的特点有以下几个方面: 

　　2.1 钢结构建筑在高温中易倒塌 

　　钢材在常温下是非燃烧材料,但钢材导热系数是混凝土的40倍,加上钢材构件材质单一,在火灾中升温极快,随着温度的升高,钢结构强度迅速下降,建筑易整体倒塌。 

　　2.2 空间大,火势蔓延快 

　　大型钢结构厂房占地面积大,一般高度均大于7m,内部具有较大空间,空气流通性好。其生产使用的原料和成品大多属可燃物,并且在生产中大量使用电器设备和多道加工工序,一旦失火,火势可以向各个方向蔓延,燃烧猛烈,极易产生强大的热流形成大面积火灾。 

　　2.3 设备集中、人员密集,火灾荷载大,疏散困难 

　　大型钢结构厂房,建筑结构连体成片,机器设备密集、人员和物品高度集中,发生火灾时烟雾大,工人又因长期从固定路线上下班,发生火灾时极易因紧张而形成趋众行为,不利于逃生疏散,极易造成群体的伤亡。 

　　为了避免产生二次灾害,火灾事故中要求承重钢结构在一定时间内仍能保持必要强度,须涂覆钢结构防火涂料等措施进行防火保护,以满足建筑使用需要。 

　　3. 钢结构防火涂料的分类及其特性 

　　3.1 按溶剂类型分类 

　　按溶剂类型可分为溶剂型钢结构防火涂料和水基型钢结构防火涂料。溶剂型钢结构防火涂料以天然树脂、人工树脂和合成树脂为基料,有机溶剂为溶剂;水基型钢结构防火涂料以水性乳液、水性粘结剂为基料,水为溶剂。两种涂料的防火性能差别不大,只是溶剂型钢结构防火涂料的理化性与耐候性优于水基型钢结构防火涂料,水基型钢结构防火涂料的环保性能则大大优于溶剂型钢结构防火涂料。 

　　3.2 按防火机理分类 

　　按防火机理可分为膨胀型钢结构防火涂料和非膨胀型钢结构防火涂料。膨胀型钢结构防火涂料遇火涂层膨胀发泡,形成蜂窝状泡沫隔热层;非膨胀型钢结构防火涂料受火时涂层基本上不发生体积变化,有的会形成釉状保护层。 

　　3.3按使用范围分类 

　　按使用范围可分为室内钢结构防火涂料和室外钢结构防火涂料。室外钢结构防火涂料主要用于环境较恶劣的钢结构和露天钢结构,不仅具有室内相关类型涂料的特性,还具有良好的耐久性和耐候性。该类涂料主要由耐候性较好的合成树脂、有机高分子聚合乳液和无机粘结剂复合而成的基料、阻燃剂、轻质材料、增强材料等组成。 

　　3.4按涂料厚度分类 

　　按涂料厚度分为厚涂料(H型)、薄涂料(B型)、超薄涂料(CB型)三种涂料。①厚涂型钢结构防火涂料多以无机材料为原料,涂层厚度为8～50mm,粒状表面,密度较小,热导率低,耐火极限高,一般可达3.0h,又称钢结构防火隔热涂料。②薄涂型钢结构防火涂料厚度为2～7mm,有一定的装饰效果,高温时膨胀形成耐火隔热层,耐火极限达到0.5～2.0h,又称钢结构膨胀防火涂料。③超薄钢结构防火涂料是20世纪90年代初发展起来的新型防火涂料,涂层厚度小于3mm,高温时膨胀发泡形成耐火隔热层,一般用在耐火极限要求为0.5～1.5h的钢结构表面。此类涂料大多为溶剂型,以合成树脂作基料,用200号汽油、苯类等有机溶剂作为分散体和稀释体,在配以阻燃剂、膨胀发泡剂等原料,经过碾磨加工而成。与前两种涂料相比,其粒度更加细、涂层更加薄、施工更加方便、装饰效果更好。 

　　4. 钢结构防火涂料在技术方面存在的问题 

　　4.1 安全性 

　　目前的膨胀型钢结构防火涂料遇火可能释放出氨、HCN、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、卤化氢、氯等有毒有害气体。如果这些气体的浓度超过了人体忍受极限,便会对未逃离火场的人员以及消防人员造成危害。 

　　4.2 耐久性 

　　所有防火涂料,其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1年,也可能在涂后10年发生。防火涂料普遍耐水性不良,随着环境、时间等变化存在分解、降解和老化等问题。因此,必定会随着时间的推移防火性能有所下降,而目前还没找出一种评定防火涂料耐久性的科学方法。对防火涂料在工程中的使用寿命缺乏科学的评价,防火涂料厂商在产品的说明中不能够提供在不同使用环境下可使用的年限和更换周期。 

　　4.3 检测标准方面 

　　《钢结构防火涂料》(GB14907-2002)对同种防火涂料只规定一种涂层厚度的检验报告,而实际工程中由于钢梁、钢柱、钢楼板规范所要求的耐火极限各不相同。例如室内厚度为2mm的超薄防火涂料检测报告中出具耐火极限为1.5h,而实际工程要求钢板、钢梁、钢柱耐火极限分别为1.0h、1.5h、2.0h。对钢板、钢柱应采用何种防火涂料进行保护,目前无论从理论界或是实际工程均缺乏相应的研究。 

　　4.4 检测标准构件与实际工程构件的差异性 

　　耐火极限检验中使用的基材是Q235的标准I36B或I40B热轧普通工字钢梁,而实际工程运用中,钢构件的截面尺寸各式各样。检验报告中描述的钢梁与实际工程中的钢构件并无完全存在对应关系,实际使用的钢构件和标准钢梁间应该如何进行换算如何确定实际使用的钢构件的涂层厚度,国家尚无规定。 

　　5. 钢结构防火涂料在应用方面存在的问题 

　　5.1 使用单位认识不足,只考虑价格和美观,对安全性缺乏重视 

　　使用单位对于防火工程的重要性认识不足,只追求工程表面的视觉效果,头脑里存在侥幸思想,认为一般情况下钢结构建筑物着火的可能性很小,只要工程完工后能验收就行,对工程是否能达到防火要求极不重视。有些工程建设单位和施工单位,为了降低成本,从工程的设计到施工将消防工程的预算往往做得很低,有的甚至不包括在预算之中。而当工程一旦因为防火不能满足规范要求得不到验收时,才追加预算,造成工程质量不佳,留下先天隐患。 

　　5.2 钢结构防火涂料选型不当 

　　目前市场上销售的钢结构防火涂料众多,从理论上讲,只要将其覆盖于钢结构表面,其耐火性能即大为提高,被保护基材就不会受火焰侵袭。但事实上,因防火涂料成分、理化性能及防火阻燃性能指标不同,其使用对象也不同,使用范围有一定局限性。如室内钢结构防火涂料不能施涂于露天钢结构,超薄型防火涂料不适合用于一级耐火极限的钢柱保护等。 

　　5.3 涂层薄厚不均,偷工减料 

　　从理论上讲,防火涂层越厚,其耐火性能越好,但随之而来的经济成本就会越高。因此,必须确定相应的涂层厚度,使之既能达到防火阻燃之要求,又能节省投入。但一些施工单位未按其检测报告及防火阻燃质量标准要求施工,涂料用量不足,不按规定的涂料比例进行涂刷或喷涂,或是涂刷次数不够,或是不按照规定的干燥时间复涂,更有甚者只涂表面,不涂隐蔽部分,涂层不均,“花斑”现象严重,达不到防护阻燃要求。 

　　5.4 施工队伍缺乏相应的防火涂料施工专业知识 

　　虽然许多的施工单位都具备相应的施工资质,但由于管理不当、责任心不强,招收的施工人员大都为农民工,多数都未经过上岗培训,专业施工知识薄弱。他们不按规范、图纸施工、随意性大等因素都无法保证施工的质量。 

　　5.5 市场管理不规范,工程监督力度不够 

　　随着防火涂料市场迅速发展,原有的规章制度已不能满足市场管理的需要,从而出现了许多管理上的漏洞。例如市场准入、市场逐出机制不健全。同时消防机构也存在着对消防工程监督不力的行为,对于建筑单位送交的设计施工图纸只管审核不抓落实,导致施工现场与图纸设计脱节,在防火工程中,缺乏一套完整有效的施工现场工程质量检测监督体系,消防执法中依旧停留在用眼看、用手摸等不规范的做法,工程竣工后不能及时验收,让隐患遗留在使用中。 

　　6.钢结构建筑防火涂料施工时应注意的问题 

　　钢结构防火涂料在钢结构建筑上的使用可以提高钢结构建筑的耐火性,但在运用中暴露出的问题更值得我们注意。为了降低钢结构建筑在火灾中造成的人员、财产损失,钢结构建筑防火涂料的施工要注意以下几点: 

　　6.1 由经过培训合格并具有相应施工资质的施工队施工 

　　施工队施工要根据工程特点和产品选型等制定严格的施工方案。涂料的理化性能可按照工程需要在工程进行前按规定比例进行抽检。对膨胀型防火涂料在施工中应选择不同部位测试发泡性能。 

　　6.2 防火涂料的基材表面清理应作为一道工序严格检查 

　　清除尘土、铁屑、铁锈、油脂以及其它妨碍黏附的物质,并做好基材的防锈处理。防火涂料的底层和面层应相配套,底层涂料不得锈蚀钢材。 

　　6.3 涂层厚度应达到设计值,其节点部位宜作加厚处理 

　　喷涂场地要求、构件表面处理、接缝填补、配料配置、喷涂遍数、质量控制与验收等,均应符合国家标准的规定。涂层厚度应边施工边检查。涂层若裂缝普遍且宽度较大,应研究和分析工艺是否准确,涂料的配比是否准确。 

　　6.4 要掌握好涂料的稠度,空压机和喷射枪口与构件的距离。 

　　6.5 施工中,必须在前一遍涂层基本干燥固化后,再施工一遍 

　　涂料的保护方式、施工遍数与保护层厚度应根据施工设计的要求确定,每一遍的涂覆厚度适中,不宜过厚或未涂均匀,以免影响涂层质量。严格按照工艺进行,切忌为了抢工期而给建筑留下安全隐患。 

　　6.6 工程竣工后的全面检查 

　　工程竣工后不能只进行涂层厚度测量,还应当用目测法检测涂层颜色及漏涂和裂缝情况,用0.75～1kg榔头轻击涂层检测其强度,用1m直尺检测涂层平整,有无明显凹陷,粘结牢固度,有无粉化、松散和浮浆,浮突是否已剔除,有无漏涂、脱粉、明显裂痕等。 

　　7. 结束语 

　　综上所述,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新型产品,只有检验机构、生产、设计、施工、监理和消防监督部门共同努力,才能使我国的防火涂料领域健康、有序发展。消防监督部门应从审核、施工检查、消防产品选用、验收等环节层层把关,抓好防火涂料的监督管理工作,才能使我国的防火涂料领域健康、有序发展。确保钢结构建筑的安全。  

　　参考文献: 

　　[1] 钢结构防火涂料应用技术规范.公安部四川消防科学研究所. 

　　[2] 赵宗治.我国防火涂料现状与发展[J].消防技术与产品信息,2000,(12). 

　　[3] 李岚.钢结构防火涂料的研究和应用[J].工业涂料,1993,(3).