防火涂料的發(fā)展趨勢(shì)及其作用

針對(duì)近年來鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中廣泛被應(yīng)用的實(shí)際，結(jié)合火災(zāi)危險(xiǎn)性特點(diǎn)和危害，本文分別論述了幾種防火涂料的性能和適用性，并指出了防火涂料的發(fā)展方向。
建筑防火是消防科學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，而防火涂料又是防火建筑材料中的重要組成部分。防火涂料是指涂裝在物體表面，可防止火災(zāi)發(fā)生， 阻止火勢(shì)蔓延傳播或隔離火源，延長(zhǎng)基材著火時(shí)間或增加絕熱性能以推遲結(jié)構(gòu)破壞時(shí)間的一類涂料。按用途和使用對(duì)象的不同可分為 : 飾面型防火涂料、電纜防火涂料、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、預(yù)應(yīng)力混凝土樓板防火涂料等。我國(guó)防火涂料的發(fā)展，較國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家晚 15 ～ 20 年，雖然起步晚，但發(fā)展速度較快。
尤其是鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，從品種類型、技術(shù)性能、應(yīng)用效果和標(biāo)準(zhǔn)化程度上看，已接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。近幾年，其需求量成倍增長(zhǎng)，這與鋼結(jié)構(gòu)建筑的迅速發(fā)展是分不開的。
1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料
鋼結(jié)構(gòu)作為高層建筑結(jié)構(gòu)的一種形式，以其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，并有良好的延伸性、抗震性和施工周期短等特點(diǎn)，在建筑業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，尤其在超高層及大跨度建筑等方面顯示出強(qiáng)大的生命力。截止 1990 年底，世界上高 200 m 以上的 100 棟超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)占了 79% 。改革開放以來，隨著國(guó)際間技術(shù)交流與合作的加強(qiáng)，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)在我國(guó)得到了蓬勃發(fā)展，高層和超高層建筑迅速增長(zhǎng)。據(jù) 1995 年的統(tǒng)計(jì)資料，我國(guó)建成的 100 幢超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)占 37%，多數(shù)是近幾年興建的。隨著我國(guó)城市規(guī)模的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)用具有非常廣闊的前景。但由于鋼結(jié)構(gòu)自身不燃，鋼結(jié)構(gòu)的防火隔熱保護(hù)問題曾一度被人們忽視。根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料報(bào)道及有關(guān)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，鋼結(jié)構(gòu)建筑的耐火性能較磚石結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)差。鋼材的機(jī)械強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，在 5 000 ℃ 左右，其強(qiáng)度下降到 40% ～ 50%，鋼材的力學(xué)性能，諸如屈服點(diǎn)、抗壓強(qiáng)度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降，很快失去支撐能力，導(dǎo)致建筑物垮塌。因此，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)勢(shì)在必行。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料刷涂或噴涂在鋼結(jié)構(gòu)表面，起防火隔熱作用，防止鋼材在火災(zāi)中迅速升溫而降低強(qiáng)度，避免鋼結(jié)構(gòu)失去支撐能力而導(dǎo)致建筑物垮塌。早在 20 世紀(jì) 70 年代，國(guó)外對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研究和應(yīng)用就展開了積極的工作并取得了較好的成就，至今仍是方興未艾。 80 年代初國(guó)外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料就進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，在工程上應(yīng)用。從 80 年代初，我國(guó)也開始研制鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，至今已有許多優(yōu)良品種廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。
2 厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料
厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度在 8 ～ 50mm 的涂料，這類防火涂料的耐火極限可達(dá) 0 .5 ～ 3h

在火災(zāi)中涂層不膨脹，依靠材料的不燃性、低導(dǎo)熱性或涂層中材料的吸熱性，延緩鋼材的升溫，保護(hù)鋼件。這類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料采用合適的粘結(jié)劑，再配以無(wú)機(jī)輕質(zhì)材料、增強(qiáng)材料。與其他類型的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，除了具有水溶性防火涂料的一些優(yōu)點(diǎn)之外，由于它從基料到大多數(shù)添加劑都是無(wú)機(jī)物，因此成本低廉。該類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工一般采用噴涂，多應(yīng)用在耐火極限要求 2 h 以上的室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)上。但這類產(chǎn)品由于涂層厚，外觀裝飾性相對(duì)較差。
3 薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料
涂層厚度在 3 ～ 7 mm 的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料稱為薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。該類涂料受火時(shí)能膨脹發(fā)泡，以膨脹發(fā)泡所形成的耐火隔熱層延緩鋼材的升溫，保護(hù)鋼構(gòu)件。這類鋼結(jié)構(gòu)涂料一般是用合適的乳膠聚 __ 合物作基料， 再配以阻燃劑、添加劑等組成。對(duì)這類防火涂料，要求選用的乳液聚合物必須對(duì)鋼基材具有良好附著力、耐久性和耐水性。常用作這類防火涂料基料的乳液聚合物有苯乙烯改性的丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液、偏氯乙烯乳液等。對(duì)于用水性乳液作基料的防火涂料，阻燃添加劑、顏料及填料是分散到水中的，因而水實(shí)際上起分散載體的作用，為了使粒狀的各種添加劑能更好地分散，還加入分散劑，如常用的六偏磷酸鈉等。該類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在生產(chǎn)過程中一般都分為 3 步 : 第一步先將各種阻燃添加劑分散在水中，然后研磨成規(guī)定細(xì)度的漿料；第二步再用基料 ( 乳液 ) 進(jìn)行配漆；第三步在漿料中配以無(wú)機(jī)輕質(zhì)材料、增強(qiáng)材料等攪拌均勻。該涂料一般分為底層 ( 隔熱層 ) 和面層 ( 裝飾層 )，其裝飾性比厚涂型好，施工采用噴涂，一般使用在耐火極限要求不超過 2 h 的建筑鋼結(jié)構(gòu)上。
4 超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料
超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度不超過 3 mm 的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，這類防火涂料受火時(shí)膨脹發(fā)泡，形成致密的防火隔熱層，是近幾年發(fā)展起來的新品種。它可采用噴涂、刷涂或輥涂施工，一般使用在要求耐火極限 2 h 以內(nèi)的建筑鋼結(jié)構(gòu)上。與厚涂型和薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，超薄型膨脹鋼結(jié)構(gòu)防火涂料黏度更細(xì)、涂層更暴⑹┕し獎(jiǎng)?、装蕼u愿好。

在滿足防火要求的同時(shí)又能滿足高裝飾性要求，特別是對(duì)裸露的鋼結(jié)構(gòu)，這類涂料是目前備受用戶青睞的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。公安部消防科研所研制出的“ SCB ” ( 溶劑型 ) 和“ SCA ” ( 水性 ) 超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度分別為 2. 69 mm 和1.6mm，耐火極限分別為 147 min 和 63 min; “ LF ” ( 溶劑型 ) 和“ L6 ” ( 溶劑型 ) 超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度分別為 2 mm 和 3 mm，耐火極限分別為 94 min 和 90 min; 德國(guó) Herberts 公司的“ Watet Base ” 38320 型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 ( 水性 )，涂層厚度為 2 . 63 mm，耐火極限為 63min; 38091 型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 ( 溶劑型 )，涂層厚度為 2 .42 mm，耐火極限為 124 min; 英國(guó)“ Nullifire ”鋼結(jié)構(gòu)防火涂料 ( 溶劑型 )，涂層厚度為 2.24 mm，耐火時(shí)間為 106 min; 江蘇蘭陵公司的“ SF ” ( 溶劑型 ) 和“ ECB ” ( 水性 ) 超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度為 2 .07 mm 和 1 . 6 mm，耐火極限分別為 150 min 和 44min ?？偠灾?，由于國(guó)內(nèi)研究超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的時(shí)間還較短，對(duì)涂膜的防火性能及理化性能研究雖然進(jìn)展較快，但是要提出效果優(yōu)異的適合于室外應(yīng)用的超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，還需要在其耐候性方面作進(jìn)一步研究。國(guó)外的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料已向著超暴⒊耐候性能、裝飾性能優(yōu)良的方向發(fā)展，并參照歐洲老化試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行了耐候性實(shí)驗(yàn)，耐候性能優(yōu)良，其涂膜的耐候性能滿足室外使用的要求。所以為了趕上或超過國(guó)外同類產(chǎn)品，滿足市場(chǎng)的需要，研制和開發(fā)高耐候性的室外超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是今后發(fā)展的方向。
5 飾面型防火涂料
除了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，飾面型防火涂料、電纜防火涂料等也飛速發(fā)展。飾面型防火涂料是一種集裝飾和防火為一體的新型涂料品種，當(dāng)它涂覆于可燃基材上時(shí)，平時(shí)可起一定的裝飾作用；一旦火災(zāi)發(fā)生時(shí)，則具有阻止火勢(shì)蔓延，從而達(dá)到保護(hù)可燃基材的目的。正是因?yàn)樗倪@種特殊用途，所以國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早在 20 世紀(jì) 20 年代就出現(xiàn)了防火涂料。這種涂料的發(fā)展經(jīng)過了兩個(gè)階段。初期出現(xiàn)的是以硅酸鹽水玻璃為粘結(jié)劑的無(wú)機(jī)防火涂料，此類防火涂料自身不燃燒，遇火時(shí)能形成空芯泡層，對(duì)可燃基材有一定的保護(hù)作用，缺點(diǎn)是隔熱性能和耐候性能較差，易產(chǎn)生泛白、龜裂和脫落。

6 電纜防火涂料
我國(guó)電纜防火涂料產(chǎn)品的研制始于 20 世紀(jì) 70 年代末和 80 年代初，它是在飾面型防火涂料基礎(chǔ)上結(jié)合自身要求發(fā)展起來的，其理化性能及耐候性能較好，涂層較薄，遇火能生成均勻致密的海綿狀泡沫隔熱層，有顯著的隔熱防火效果，從而達(dá)到保護(hù)電纜、阻止火焰蔓延、防止火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展的目的。電纜防火涂料作為電纜防火保護(hù)的一種重要產(chǎn)品，通過近 20 年來的應(yīng)用，對(duì)減少電纜火災(zāi)損失、保護(hù)人民財(cái)產(chǎn)安全起了積極作用，其應(yīng)用也從不規(guī)范到規(guī)范。但由于現(xiàn)代社會(huì)的飛速發(fā)展，電纜使用的環(huán)境、敷設(shè)的方式的多樣化，從電纜防火涂料多年的應(yīng)用情況看，現(xiàn)行的水性防火涂料還有些性能需要改進(jìn)提高，才能滿足電纜使用環(huán)境要求。目前使用情況較好的是溶劑型防火涂料，但由于這類涂料本身易燃，使用的火災(zāi)隱患也相當(dāng)大，加之溶劑對(duì)人體會(huì)有不同程度的傷害，因此特別是在電纜豎井、電纜溝、電纜隧道等空間狹窄或不易通風(fēng)的場(chǎng)所使用時(shí)應(yīng)加強(qiáng)安全防護(hù)措施。從環(huán)保的角度考慮，今后應(yīng)努力開發(fā)研制理化性能和耐候性能優(yōu)良的水性防火涂料。
7 預(yù)應(yīng)力混凝土樓板防火涂料
在高速發(fā)展的建筑中，采用混凝土的建筑結(jié)構(gòu)十分普遍，其中，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土比普通鋼筋混凝土的抗裂性、剛度、抗剪性和穩(wěn)定性更好，質(zhì)量更輕，并能節(jié)省混凝土和鋼材。但是，應(yīng)用較多的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土空心樓板的耐火性能很差，其原因是 : 預(yù)應(yīng)力鋼筋的溫度達(dá) 2000 ℃ 時(shí)，屈服點(diǎn)開始下降，3000 ℃ 時(shí)，預(yù)應(yīng)力幾乎全部消失，蠕變加快，致使預(yù)應(yīng)力板的強(qiáng)度、剛度迅速降低，從而板中的撓度變化加快，板下面出現(xiàn)裂縫，預(yù)應(yīng)力鋼筋直接受到高溫作用，其剛度和強(qiáng)度進(jìn)一步下降，混凝土在高溫下性能也在改變，板下的混凝土受熱膨脹方向與板受拉方向一致，助長(zhǎng)了板中撓度的變化。混凝土在 3000 ℃ 時(shí)，強(qiáng)度開始下降，5000 ℃ 強(qiáng) 度降低一半左右，8000 ℃ 強(qiáng)度幾乎喪失。在建筑火災(zāi) 中，這類樓板均在 0 .5 h 左右即斷裂垮塌。

預(yù)應(yīng)力混凝土空心板廣泛用于現(xiàn)代建筑物中作為承重的樓板，由于它的耐火性差，成為貫徹建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的一個(gè)難題。為了提高預(yù)應(yīng)力樓板的耐火極限，人們首先采取了增加鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的辦法，但效果不很明顯，反而增加了樓板的質(zhì)量并占用了有效空間。借鑒鋼結(jié)構(gòu)防火涂料用于保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的原理，我國(guó)從 20 世紀(jì) 80 年代中期起，逐步研究和生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土樓板防火涂料，較廣泛地用于保護(hù)預(yù)應(yīng)力樓板，噴涂在預(yù)應(yīng)力樓板配筋一面，遭遇火時(shí)，涂層有效地阻隔火焰和熱量，降低熱量向混凝土及其內(nèi)部預(yù)應(yīng)力鋼筋的傳遞速度，以推遲其升溫的時(shí)間，從而提高預(yù)應(yīng)力樓板的耐火極限，達(dá)到防火保護(hù)的目的。

8 結(jié)語(yǔ)
隨著我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)開發(fā)力度的進(jìn)一步加大，鋼結(jié)構(gòu)因其鋼性和塑性都比較優(yōu)良，將被廣泛應(yīng)用在大型展覽、體育中心及高層建筑中。因此，必須進(jìn)一步深入研究鋼結(jié)構(gòu)防火涂料性能，根據(jù)不同需要、不同功能，提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限，增強(qiáng)建筑物抗御火災(zāi)能力，確保國(guó)家和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。