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钢结构防火涂料的阻火原理和分类
作者:baishg  时间:2013/6/1 8:59:04

目前建筑物的高层化和大跨度的设计需要使得钢结构建筑大量出现,钢材虽在常温下具有优异的物理和力学性能,但其耐火性能远比砖石结构和钢筋混凝土结构差。当钢材达到临界温度(540)后,便失去承载能力。而通常在建筑火灾中,10min之内火场即可达到700以上。在这样的火场下,只要几分钟裸露钢材的温度就会达到临界值,其承载能力急剧下降,从而导致建筑物倒塌,因此对于钢结构建筑的防火保护显得越来越重要。“9·11事件”后,美国的建筑专家对现场照片资料分析发现,世贸大厦内主要支撑钢梁上涂覆的防火材料已多处剥落,进而认为防火材料的剥落是造成大厦倒塌的主要原因之一。为了满足我国石油化工、油气罐支架及矿山钻井等露天钢结构及一批国家重点工程建筑需要,近年来国内已引进了部分国外高质量的钢结构防火涂料产品,但价格比国内的同类产品高出5倍左右,限制其进一步推广应用。因此,研究开发高性能超薄型钢结构防火涂料并广泛应用显得越来越迫切。

建筑钢结构防火保护的基本原理是采用隔热阻火材料防止燃烧火焰直接的灼烧钢结构,降低向底材传递热量的速度,延滞钢结构温升和强度变弱的时间,提高其耐火性能。根据钢结构防火涂料标准(GB14907-2002)钢结构防火涂料是指施涂于建筑物及构筑物钢结构表面,能形成耐火隔热保护层,以提高钢结构耐火极限的防火涂料。国内外钢结构防火涂料主要由基体树脂、催化剂、成碳剂及发泡剂等组成。防火涂料的主要作用原理为:(1)有足够厚的防火涂层对底材起到屏蔽作用,使钢结构不直接暴露在大火之中;(2)防火涂层吸热分解出水蒸气或二氧化碳等不燃气体,起到消耗热能、降低火焰温度、稀释可燃气和氧气含量,最终降低燃烧速度的作用,使钢结构不直接暴露在大火之中;(2)防火涂层吸热分解放出水蒸气或二氧化碳等不燃性气体,起到消耗热能、降低火焰温度、稀释可燃气和氧气含量,最终降低燃烧速度的作用;(3)防火涂层本身是多孔轻质材料,或涂层受热膨胀形成炭化泡沫绝热层,其热导率仅在0.2W/m·K)以内,比钢材热导率52W/m·K)和混凝土热导率1.7W/m·K)低许多,从而有效地阻止热量的传递,延长底材受热破坏所需时间,达到提高其耐火极限的目的。

钢结构防火涂料按使用厚度可以分为厚涂型、薄涂型和超薄型。厚涂型防火涂料又称为非膨胀型防火涂料,主要成分为无机绝热材料,遇火不发生膨胀。厚涂型防火涂料的涂层为25mm左右,对应耐火极限为2h以上。厚涂型防火涂料的防火机理是利用涂层固有的良好绝热性,以及高温下部分成分蒸发分解产生的吸热作用,阻止并消耗火灾热量向钢材传递,并且在高温下形成一种釉状物,这种釉状物结构致密,能够有效地隔绝氧气并具有反射量作用。薄涂型防火涂料又称膨胀型防火涂料,涂层为2-7mm。薄涂型防火涂料的基料为有机树脂、发泡剂和碳化剂等。当涂层受热达到一定温度时,即可膨胀10-100倍形成海绵碳化层,阻止热量向钢材传导。涂层达到7mm的薄涂型防火涂料的耐火极限可以达到1.5h。薄涂型防火涂料的特点是涂层薄、质量轻和抗震性好,具有较好的装饰性。超薄型防火涂料是近年来研究的热点,其使用量已占到全部防火涂料的90%,在15000t以上。该涂料一般由天然或合成高分子、发泡剂、助发泡剂、炭源及颜填料等组分构成。利用各组分间的协同关系形成完整、致密坚硬的膨胀泡沫层。超薄膨胀型钢结构防火涂料的涂层不超过3mm,一般使用耐火极限在2h以内的建筑钢结构上。

 
 
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