薄型钢结构防火涂料膨胀性能的调查分析

薄型钢结构防火涂料膨胀性能的调查分析

施鸿鹏1 丛海军1 穆秀君2
(1 北京市消防总队经济技术开发区消防支队,北京100176;2 中国建材检验认证集团股份有限公司,北京100024)

由于钢结构具有强度高、自重轻、密闭性好、制造简便、施工周期短、占地面积小、建筑工业化程度高、外观优美等特点,随着我国经济的不断发展,钢结构作为一种理想的建筑结构,正进入一种新的更高的发展阶段。但随着钢结构的应用日益广泛,钢结构的防火问题也随之凸显。钢材耐热不耐火的特性也就成了钢结构的致命弱点。钢材常温热导率高达52.8W/m·K,升温或遇水时热导率会更高,当遇火或遇热温度达到500℃左右时,其弹性模量、屈服强度和极限强度均显著下降,应变急剧增大,迅速扭曲变形,从而导致钢结构建筑物部分或全部塌陷破坏,这个破坏过程仅用0.25 小时( 即钢材的耐火极限)[1]。钢结构防火保护的方法有多种,其中,在钢结构表面涂覆各种防火涂料是目前相对简单易行、可靠、经济实用的方法,它可明显提高钢结构的耐火极限,减少火灾损失。因此, 钢结构防火涂料得到了广泛的应用。与此同时,钢结构防火涂料的耐久性问题引起人们的关注,本文对影响室内薄型钢结构防火涂料的耐久性的膨胀性能进行了调查分析。

1 室内薄型钢结构防火涂料
薄型防火涂料,厚度一般为2~7 ㎜,又可分为水性涂料和溶剂型涂料。根据涂层厚度分为薄涂型( 涂层厚度≤ 7 ㎜,标准耐火极限时间≥ 1.5h) 和超薄型( 涂层厚度≤ 3 ㎜,标准耐火时间≤ 1.5h)。薄涂型钢结构防火涂料又称膨胀装饰涂料或膨胀油灰。其主要组成: 粘结剂有机树脂或有机与无机复合物(10% ~ 30%)、有机和无机绝热材料(30% ~ 60%)、颜料和化学助剂(5%~ 15%)、溶剂和稀释剂(10% ~ 25%)。一般分为底涂、中涂和面涂( 装饰层)。使用时,涂层一般不超过7mm,有一定装饰效果,涂料受热膨胀,耐火极限可由0.5h 提高到2.0h 左右。遇火后自身能发泡膨胀为原涂层厚度的几十倍到数十倍,并可形成多孔碳质层阻挡外部热源对钢材的传热,对于钢结构的防火保护,其作用有以下3 点:首先,断绝火焰对钢材的直接加热,隔绝底钢材与空气的接触,并有效地阻止热量向钢材传递;其次,涂层的软化、熔融、膨胀等物理变化以及聚合物、填料、助剂的分解、蒸发和炭化等化学作用将会吸收大量的热量,有利于降低体系温度和火焰的传播速度; 最后,分解出的不燃性或难燃性气体能稀释氧气的浓度且高温释放出的卤化氢气体能捕获燃烧产生的自由基,使燃烧反应终止,起到灭火的作用。此类防火涂料的主要特点为涂层薄、重量轻、抗振性好,有较好的装饰性、易老化等优点[2]。

2 现场取样
本次研究选取了9 座钢结构厂房,喷涂的均为室内薄型钢结构防火涂料,喷涂时间从1998年至2008 年,取样日期为2011 年11 月,取样数量均大于10g。详细见表1。

3 试验
依据DBJ01-616-2004《建筑防火涂料(板)工程设计、施工与验收规程》中附录B 防火涂料膨胀性能的测定方法进行试验[3]。
3.1 试验设备
不燃性测定仪
3.2 试验方法
将在工程现场刮取的防火涂料粉末粉碎后,放入直径Ф45mm 的特制容器中,均匀铺满容器底部并压实至2mm 刻度线处,然后放入恒温750℃的不燃性测定仪中,试验进行5min,停止试验后取出容器。观查膨胀后的涂料表面是否溢出容器上表面[3]。对于薄型钢结构防火涂料如果溢出则大于5 倍,表示合格,在研究中我们不判定是否合格,仅测量其膨胀的倍数。

4 结果分析
对9 个样品进行膨胀性能试验,其结果见表2,部分试验照片见图1。


4.1 结果分析
1)从实验结果来看,膨胀倍数大于5 倍仅有2 个,占到22.2%,其余7 个,均小于5 倍,占到77.8%;
2)2 号样品有可能为超薄型钢结构防火涂料,并且膨胀性能良好;
3)假设所有钢结构防火涂料在施工验收时膨胀性能都合格,即都能达到5 倍,那么防火涂料的膨胀倍数随使用时间增长损失较快,钢结构厂房存在火灾隐患;
4)从实验结果来看,防火涂料膨胀性能随着使用时间的增长,存在衰减,但是仅从以上数据得不出其衰减的规律。

5 建议
1)室内薄型钢结构防火涂料由于其防火体系为有机物,随着使用时间的增长,其防火性能会逐步的衰减,从实际的取样分析中得到了验证,但由于数据有限,不能得出其衰减的规律,建议开展室内薄型钢结构防火涂料的耐久性能的研究;
2)从本研究的数据得出,目前钢结构防火工程存在着较大的防火风险,建议对既有钢结构厂房的防火涂料的进行取样分析,并针对分析结果提出一些相应建议或者建议其采取相应的一些措施;
3)从实验结果看,有些涂料在施工时膨胀性能就达到不到5 倍,建议钢结构防火涂料进场复试时应该进行膨胀性能的试验。

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