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钢结构防火涂料的应用分析

论文作者:管理论文
发表时间:2017-2-24

[摘 要] 高层建筑钢结构、大跨度空间钢结构、轻钢结构等在当今现代建筑工程中有着广泛的应用及发展前景。文章结合典型火灾案例,分析了钢结构的火灾危险性,并针对防火涂料应用中存在的问题进行分析,提出建议。
  [关键词] 钢结构;火灾危险性;防火涂料
  doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2015 . 21. 118
  [中图分类号] TQ628.4 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194(2015)21- 0220- 02
  1 引 言
  近年来,钢结构建筑由于建设工期短、收益快,成为工业厂房、仓库、体育场馆等首选的建筑结构形式之一。但是,钢结构建筑具有耐火性能差的致命弱点,在未进行防火处理的情况下,其本身虽然不会起火燃烧,但火灾时的强度会迅速下降,一般结构温度达到350 ℃、500 ℃、600 ℃时,强度分别下降1/3、1/2、2/3。据理论计算,在全负荷情况下,使钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500 ℃左右,而一般火场温度可达到800 ℃~1 000 ℃,在这样高的温度下,裸露的钢结构会快速出现塑性变形,产生局部破坏,造成钢结构整体倒塌失效。
  2 钢结构的火灾危险性
  普通建筑用钢在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为500 ℃左右。一般在300 ℃~400 ℃ 时,其强度开始迅速下降。到500 ℃左右,强度下降到40%~50%,也就是低于建筑结构的承载作用应力。我国20世纪90年代初对裸露钢梁的耐火极限进行了验证,确认了标准工字钢梁的耐火极限为15 min。所以,如果采用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体,一旦发生火灾,建筑物会迅速倒塌,对人民的生命和财产安全造成严重的损失。
  3 钢结构防火涂料的分类及应用
  钢结构防火涂料施工简便,无须复杂的工具,重量轻,造价低,而且不受构件的几何形状和部位的限制,成为了钢结构防火保护方式的首选。采用防火涂料施涂于钢结构表面,火灾时能形成耐火隔热保护层以提高钢结构的耐火极限,满足建筑防火设计规范要求,降低火灾危害。
  根据《钢结构防火涂料》(GB 14907-2002)的规定,钢结构防火涂料定义为:施涂于建筑物及构筑物的钢结构表面,能形成耐火隔热保护层以提高钢结构的耐火极限的涂料。按使用场所可分为室内、室外钢结构防火涂料;按使用厚度可分为厚型(涂层厚度大于7 mm且小于或等于45 mm)、薄型(涂层厚度大于3 mm且小于或等于7 mm)、超薄型(涂层厚度小于或等于3 mm)钢结构防火涂料。
  3.1 厚型钢结构防火涂料
  厚型钢结构防火涂料的耐火极限可达0.5~3 h,甚至更长时间,具有成本较低的优点。其涂料组分的颗粒较大,在火灾中利用材料的粒状表面热导率低或涂层中材料的吸热性,延缓钢材的温升从而保护钢材,因此其防火性能稳定,长期使用效果较好。该类防火涂料施工常采用喷涂,涂层外观不平整,影响建筑整体美观,主要适用于耐火极限要求在2 h以上的室内外隐蔽钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构。如:高层民用建筑的柱、一般工业与民用建筑中的支承多层的柱的耐火极限均应达到3h,需采用厚涂型防火涂料保护。
  3.2 薄型钢结构防火涂料
  该类涂料一般用合适的水性聚合物作基料,再配以阻燃剂复合体系、防火添加剂、耐火纤维等组成。对这类防火涂料,要求选用的水性聚合物必须对钢基材有良好的附着力、耐久性和耐水性。其装饰性优于厚型防火涂料,逊色于超薄型钢结构防火涂料,一般耐火极限在2 h以内。因此常用在耐火极限小于2 h的钢结构防火保护工程中,常采用喷涂施工。该类产品在一个时期占有很大的比例,但随着超薄涂型钢结构防火涂料的出现,其市场份额逐渐被替代。
  3.3 超薄型钢结构防火涂料
  该类涂料涂层超薄,一般为溶剂型体系,具有优越的黏结强度、耐候耐水性好、流平性好、装饰性好等特点;在受火时缓慢膨胀发泡形成致密坚硬的防火隔热层,该防火层具有很强的耐火冲击性,延缓了钢材的温升,有效保护钢构件,一般使用在耐火极限要求在2 h以内的建筑钢结构上。目前各种轻钢结构、网架等多采用该类型防火涂料进行防火保护。而且降低了工程总费用,又使钢结构得到了有效的防火保护,是目前市场上大力推广的品种。
  4 防火涂料应用中存在的问题分析
  目前,钢结构大多采用涂覆防火涂料的方式进行保护,但在实际应用中存在的问题也十分明显。
  4.1 涂层厚度和耐火极限的换算问题
  涂层厚度是影响钢结构耐火性能的重要因素。根据规范对钢结构不同构件耐火性能的要求,可按标准耐火试验数据选定相应的涂层厚度。但是,实际工程中钢构件的截面形状尺寸多种多样,与标准耐火试验时的构件有较大差异。有些单位不考虑各类防火涂料的施工要求,而通过增加涂层厚度的方式进行耐火极限的简单叠加,在火灾中可能会造成涂层脱落等问题,反而会降低构件的耐火极限。
  4.2 涂层与基材粘结力的耐久性问题
  即防火涂料是否容易随时间的延长、振动、受荷载作用等因素而出现从钢基材上剥落、粉化或自身出现开裂等现象。这是钢结构防火涂料发挥作用的前提,否则即使其耐火极限再高、防火性能再好也毫无意义。
  4.3 涂料防火性能的持久性问题
  即经过若干年后,在外界各种因素作用下,其耐火极限是否明显降低或其是否仍能保持其出厂时的指标值,从而符合有关建筑设计防火规范的要求。这一点的危害较之前者更具有隐蔽性,更应引起高度重视。
  4.4 涂料选型、施工中存在的问题
  在实际应用中存在将饰面型防火涂料用于保护钢结构、将室内防火涂料用于室外钢结构等选型不当的问题。同时,在施工过程中存在不重视防锈处理、不按程序作业等盲目施工的问题。
  5 几点建议
  5.1 加强对防火涂料影响因素的研究
  我国应加强对防火涂料影响因素的研究,制定有关的科学评定方法,以便能根据使用环境的不同要求、主体钢结构的使用寿命等实际情况来判断是否需更换或及时维修防火涂料,从而有效解决涂料的耐久性、防火性能的持久性等问题。
  5.2 加强防火涂料施工重要关口的管理
  特别是施工、监理单位要严格管理材料进场、施工前准备、施工过程等几个关键阶段。
  应注意核实防火涂料的选型是否适当,严把防火涂料进场关口,确保进场的每批次防火涂料各项技术指标符合国家现行标准《钢结构防火涂料应用技术规范》( CECS 24:90)的相关规定,并需经过国家检测机构检测合格。
  防火涂料施工前,应按照《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205-2001)有关规定进行钢材表面除锈、防锈底漆涂装等工作。施工单位应明确施工要求,监理单位应严格按照操作要求进行监理。
  在涂料施工过程中,不能因为赶工期等因素降低施工质量,必须严格遵守操作规程。如喷涂施工分遍完成时,喷涂遍数、涂层厚度应根据设计要求确定,在前一遍基本干燥固化后,才能施工后一遍。当出现涂层空鼓、脱落等不符合规范要求的情形时,必须重新施工。
  5.3 强化钢结构防火涂料施工监督检查
  消防监督人员应加强施工现场检查。按照《消防产品现场检查判定规则》(GA 588-2012)要求,对钢结构防火涂料现场检查应检查以下内容:查看涂层外观有无开裂、脱落;测涂层厚度是否满足设计要求;用搅拌器搅拌容器内试样观察涂料是否均匀、有无结块。薄型和超薄型钢结构涂料还需检测膨胀倍数是否达到性能参数要求。
  在施工检查中还要查看相关的防火涂料施工记录。在钢结构防火涂料施工过程中,施工单位应制定完善的施工方案,明确施工前的准备工作、施工中的注意事项,各个施工步骤应记录在案,并经施工、监理人员签字存档。
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