钢结构防火涂料的研究与技术应用

摘要：本文根据现实的需要，简要的说明了钢结构房后涂料的防火原理，新型防火涂料的研制以及在实际工程中的应用。

关键词：钢结构；防火涂料；研究；技术

Abstract: In this paper, according to real needs, a brief description of the coating in the steel structure housing the fire principle, the development of new fire-resistant coating as well as in practical engineering application.

Keywords: steel; fire-resistant coating; research; technology

中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：

1钢结构防火涂料防火原理及组成

钢结构防火保护的原理是采用绝热或吸热的材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量向钢材传递的速度，推迟钢结构温升和强度减弱的时间。钢结构防火涂料定义为施涂于建筑物及构筑的钢结构表面，能形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限的涂料。目前，国内外钢结构防火涂料主要有基体树脂、催化剂、成碳剂、发泡剂等组成。

1.1基体树脂

基体树脂与其它组分配伍，既保证了涂料在正常条件下具有各种使用功能，又能在火焰灼烧或高温条件下具有难燃性和优良的膨胀发泡性能。通常情况下，丙烯酸树脂防火涂料的炭化层质量较高，故通常采用丙烯酸树脂作为主成膜物，并对其进行改性，以提高涂料的整体效果。

1.2催化剂

催化剂是一种能在一定条件下分解出磷酸的物质，分解出的酸使多元醇脱水，从而使之形成不易燃的三维空间结构的炭化层。通常，磷酸三聚氰胺的水溶性较聚磷酸胺小，且兼具催化和发泡双重功效，目前主要选用磷酸三聚氰胺为催化剂。

1.3成碳剂

成碳剂是涂层在高温下形成不易燃三维空间结构的泡沫碳化层的物质基础，对泡沫炭化层起骨架作用。成碳剂在分解温度上要和催化剂相匹配，当采用聚磷酸胺作催化剂时就应用热稳定性高的含高碳多羟基化合物作成碳剂。但其缺点是施工时气味大、涂层易老化，淀粉等。使用淀粉做成碳剂，涂层的耐水性问题不易解决，而二季戊四醇由于其价格原因，在国内也很少使用，目前国内普遍采用季戊四醇作为防火涂料的成碳剂。

1.4发泡剂

膨胀型防火涂料只有在发泡剂的作用下，才能在高温火焰下产生膨胀层。发泡剂遇火分解并释放出氨、水、二氧化碳、卤化氢等不燃性气体，使涂层在到达软化点的情况下发泡膨胀，形成海绵状结构。

2防火涂料的研制

2.1试验原料与试样制备

试验原料：丙烯酸树脂、醇酸树脂、氨基树脂；P-N无卤膨胀阻燃剂（IFR），实验室干法制备；三聚氰胺，工业级；季戊四醇（PER），化学纯；聚磷酸铵，工业级；OP－10、成膜助剂、钛白粉、乙酸乙酯、氯化石蜡、200#溶剂汽油、二甲苯。

防火涂料的制备：在容器中依次加入树脂、溶剂、阻燃剂、无机填料，搅拌均匀得到浆料。浆料经砂磨机研磨10min后，混合均匀得到防火涂料。测试样板的制备：将钢板（200mm×200mm×3mm）除锈后，在钢板上涂刷防火涂料，钢板倾斜45°放置，24h后再次涂刷。重复涂刷5～7次，至涂层厚度达到（2.0±0.2）mm，其中样品a的涂料厚度为1.8mm，样品b为1.9mm，样品c为2.0mm，样品d为1.9mm。涂覆好的样板放置24h后进行耐火性能测试。

2.2测试表征

对防火涂料的耐火性能测试一般使用国际通用的标准方法。由于条件限制以及实际需求，笔者采用了自行设计的垂直燃烧法对试样的耐火性能作简易评价。实验室条件下采用垂直燃烧法——大板模拟燃烧法测试试样的耐火时间，装置示意图如图1所示。

图1防火涂料耐火时间测试装置示

测试火焰温度按照国际标准火灾升温曲线升温。在实际操作中，可通过调节燃料流量计和鼓风机进风大小控制升温速度，使其和标准升温曲线基本一

致。钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500℃左右，在350℃左右失去其三分之一的强度，因此设定当背火面温度达到350℃时测试终止，记录下来的时间即为所测试防火涂料的耐火时间。

3.喷涂施工工艺及质量控制要点

3.1原材料的质量控制

(1)防火涂料的品种、性能应符合国家产品标准和设计要求，该产品应具有消防部门认可的、国家技术监督局检测机构检测后的耐火极限检测报告和理化性能检测报告，生产厂方须有消防监督部门核发的生产许可证、产品合格证和详细的使用说明，防火涂料的型号、颜色及有效期应与证明文件相符。

(2)防火涂料的粘结强度、抗压强度、阻燃性需复试合格，使用薄涂型防火涂料100t或不足100t应抽检一次粘结强度，使用厚涂型防火涂料500t或不足500t应抽检一次粘结强度和抗压强度。

(3)要确保防锈底漆与防火涂料不发生化学反应，应提前做涂层样板件，样板件确认合格后再进行大面积施工。

(4)防火涂料的厚度在图纸上不注明，仅标注耐火极限，因为在同样的耐火极限要求下，不同品牌防火涂料的涂层厚度要求不同。对于施工单位现场应根据图纸设计的耐火极限、防火涂料产品的说明书和耐火极限的形式检验报告来确定涂层厚度，并适当留有余地以增加安全性。

3.2基层处理

喷涂防火涂料前，首先前对要求做防火涂料的钢构件的表面进行清理。钢基材表面不得有水渍、污物及灰尘等杂物否则必须用毛巾擦拭干净，以免影响防火涂料同钢基材表面的粘接，而影响整个涂层的强度。对已锈或防锈漆脱落的钢构件，应进行除锈处理，清除方法依锈蚀程度而定：表面防锈漆脱落或锈蚀小严重，可用铲刀铲除起皮、脱落的防锈漆再用钢丝刷刷除锈迹，比较难清除的可用金刚砂打磨，直至露钢基材，清理好表面，然后再补刷同一类型的防锈漆两道，补刷的防锈漆必须完整，附着良好；若锈蚀比较严重，钢构件已经氧化变黑，则必须用电动砂轮机打磨，直至露金属)光泽，再按防锈漆刷涂工艺进行防锈漆的刷涂，并在防锈漆干燥、固化后，方可进行防火涂料的喷涂施工；对相邻钢构件连接处的缝隙，允用防火涂料进行填平。

3.3施工工艺的选择

(1)刷涂法：刷涂法适用于涂刷任何形状的物件，绝大多数防火涂料可以用此种方法施工。刷涂法很容易渗透到金属表面的细孔中，因而可加强对金属表面的附着力。缺点是生产效率低、劳动强度大，有时涂层表面留有刷痕，影响涂层的装饰性。

(2)辊涂法：辊子是一个直径不大的空心圆柱，表面粘有用合成纤维制成的长绒毛，圆柱两端装有2个垫圈，中心带孔，弯曲的手柄即由这个孔中通过，使用时先将辊子浸入涂料中浸润，然后用力辊涂到所需的表面上。现在发展有用空压机输送涂料的辊涂装置。

(3)刮涂法：使用金属或非金属刮刀，如硬胶皮片玻璃钢刮刀、牛角刮刀等用手工涂刮，用于涂刮各种厚浆型防火涂料和腻子。

(4)喷涂法：使用压缩空气及喷枪使涂料雾化的施工方法，它的特点是喷涂后的涂层质量均匀，生产效率高。缺点是有一部分涂料被损耗，同时由于溶剂的大量蒸发，影响操作者的身体健康。空气喷涂的关键设备是喷枪。喷枪依据涂料供给方式通常分为重力式、吸引式和压送式3种，又按喷涂能力分为小型和大型两类。

3.4施工要点

(1)薄涂型防火涂料可按装饰要求和涂料性质选择喷涂、刷涂或滚涂等施工方式。

(2)薄涂型防火涂料每次喷涂厚度不应超过2.5mm，超薄型涂料每次涂层不应超过0.5mm，须在前一遍干燥后方可进行后一遍施工。

(3)厚涂型防火材料可选用喷涂或手工涂抹施工。

(4)厚涂型防火材料宜用低速搅拌机，搅拌时间不宜过长，搅拌均匀即可，以免涂料中轻质骨料过度粉碎影响涂层质量。

(5)厚涂型防火涂料每遍涂抹厚度宜为5～10mm，必须在前一道涂层基本干燥或固化后方可进行后一道施工。

(6)厚涂型防火涂料施工时一般不必加固，但在易受振动和撞击部位以及室外钢结构幅面较大部位，则应考虑加固措施，以保证涂层能长期使用。加固措施为增加加固焊钉或包扎镀锌铁丝网等。