钢结构防火保护及防火涂料的选型

发布时间：2022-10-04 09:29 热度：

钢结构防火保护及防火涂料的选型

郑云鹏



[摘 要] 钢结构与其它结构形式相比，具有强度高、质量轻、空间大、灵活性好等明显的优势，因而广泛地应用于建筑、桥梁、船舶及采油平台结构等工程中。但由于钢结构耐火极限低，火灾中极易发生倒塌，因此必须进行防火保护。目前普遍使用的保护方法是喷涂防火涂料，以便提高钢结构的耐火极限和使用安全性，延缓其在火灾中强度的降低速度，为灭火救援和人员疏散争取时间。本文通过对钢结构防火涂料的选型研究，为消防部门进行有效的火灾预防提供依据。

[关键词]钢结构；防火保护；防火涂料；耐火极限

[收稿日期]

[作者简介] 郑云鹏（1982—），男，辽宁大连人，本科，大连市消防支队助理工程师，主要从事建筑防火以及消防监督工作，甘井子区东北北路50B 大连市公安消防局，116000。

Fireproof Protection on Steel Structure and Selection of Fireproof Coating

Zheng Yunpeng

（Dalian Fire Detachment , Dalian,116000,China）

Abstract： Compared to other forms of structure, the steel structure has many obvious advantages, such as higher intensity, lighter self-weight, bigger usable space, and better flexibility and so on, so it is widely applied to construction engineering, bridge structure engineering, shipping manufacture engineering, oil extraction flat roof structure and others engineering practices. However, the steel structure bears lower duration of fire resistance, so it is easily collapsed when the fire takes place, it is necessary to be fireproof protection. The all-pervading ways of fireproof protection is the fireproof coating, which can increase the duration of fire resistance and safety and reliability of the steel structure. Therefore, it can postpone the reduction of its intention during the fire and gain more time for firefighting and evacuation. Consequently, it is necessary to study on the selection of fireproof coating, and show great theoretical and practical significance for fire department in preventing of fire.

Keywords： steel structure; fireproof protection; fireproof coating; duration of fire resistance



目前我国在建筑工程、桥梁工程、船舶及采油平台结构工程中，大量使用钢结构。据统计，我国钢结构建筑年建成量已超过300万㎡。大量的工程实践证明了钢结构具有强度高、质量轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用低、工业化程度高且材料可回收利用等优点。

1钢结构防火保护

科学试验和火灾实例表明，未加防火保护的钢结构在火灾温度的作用下，大约10min左右，自身温度就可达540℃以上，其力学性能，如屈服点、挤压强度、弹性模量以及载荷能力等都迅速下降；当温度达到350℃、500℃、600℃时，其强度分别下降1/3、1/2、2/3，当温度达到600℃以上时，钢结构将完全丧失承载能力。因此，在火灾作用下，钢结构不可避免发生地扭曲变形，最终倒塌，倒塌后给消防灭火以及人员疏散带来极大困难，同时也带来重大人员伤亡和经济损失。国内外钢结构遭火灾倒塌的例子数不胜数，如2001年9月11日的美国世贸大厦的倒塌；2003年4月青岛某食品有限公司的轻钢结构厂房的倒塌等。因此，必须采取措施对钢结构进行防火保护[1]。

1.1钢结构防火保护的目的

钢结构防火保护的目的是在其表面提供一层绝热或耐火材料，隔离火焰直接作用钢结构，阻止热量迅速传向钢材，推迟钢结构温度升高的时间，使之达到《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—2005)和《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)中规定的耐火极限要求[2]（见表1），以利于消防灭火和人员疏散，减小火灾损失。

表1 钢结构的耐火极限

Tab.1 Duration of fire resistance of steel structure

项目 高层民用建筑 一般工业与民用建筑

柱 梁 楼板屋顶承重构件 支承多层的柱 支承单层的柱 梁 楼板 屋顶承重构件

一级

二级

三级 3.00h

2.50h

- 2.00h

1.50h

- 1.50h

1.00h

- 3.00h

2.50h

2.50h 2.50h

2.00h

2.00h 2.00h

1.50h

1.00h 1.50h

1.00h

0.50h 1.50h

0.50h

-

1.2钢结构防火保护的原理

采用绝热或耐火材料阻隔火焰直接作用钢结构，降低热量传递的速度，推迟钢结构升温、强度降低的时间。

1.3钢结构防火保护的方法

目前广泛使用的是喷涂保护法，这种方法具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等有点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，并有一定的装饰作用。

应用防火涂料喷涂在钢结构表面，目的是防火隔热，防止钢结构在火灾中迅速升温而挠曲变形倒塌。其防火原理有三个：一是涂层隔离了火焰，使钢结构不至于直接裸露在火焰或高温中;二是涂层吸热后，部分物质分解出水蒸气或其它不燃气体，起到降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用；三是涂层本身多孔轻质在受热膨胀后形成碳化泡沫层，阻止热量迅速向钢材传递，推迟了钢结构受热升温到极限温度的时间，从而提高钢结构的耐火极限。

2钢结构防火涂料的选型

2.1钢结构防火涂料的类型

根据防火涂层厚度来分，可分为薄涂型、厚涂型、超薄型[3]。

薄涂型钢结构防火涂料，涂层厚度一般为2~7mm，有一定的装饰效果，高温时涂层膨胀增厚，具有耐火隔热作用，耐火极限可达0.5~2h，故又称为钢结构膨胀防火涂料。

厚涂型钢结构防火涂料，涂层厚度一般为8~50mm，粒状表面，密度小，热导率低，耐火极限可达0.5~3h，又称为钢结构防火隔热涂料。厚涂型防火涂料一般不燃、无毒、耐老化、耐永久性好，适用于永久性建筑中。

超薄型钢结构防火涂料，涂层厚度一般为1~3mm，与厚涂型和薄涂型钢结构防火涂料相比，超薄型钢结构防火涂料特点是粒度更小更细，装饰性好，涂层更薄，耐火极限可达0.5~1.0h。

2.2钢结构防火涂料的选型原则

选用钢结构防火涂料时，应考虑钢结构类型、耐火极限要求、工作环境等，选用原则如下：

⑴钢结构防火涂料必须有国家检测机构的耐火性能检测报告和理化性能检测报告，有消防监督机关颁发的生产许可证。选用的防火涂料质量应符合国家有关标准的规定，有生产厂方的合格证，并应附有涂料品名、技术性能、制造批号、储存期限和使用说明等。

⑵民用建筑及大型公用建筑的承重钢结构宜采用防火涂料防火，一般应由建筑师与结构工程师按建筑物耐火极限要求，根据《钢结构防火涂料应用技术规范》(CECS24—1990)，选用合适的防火涂料。

⑶选用时应优先选用薄涂型防火涂料。选用厚涂型涂料时，其外需要做装饰面层隔护。装饰要求较高的部位可选用超薄型。

⑷室内裸露钢结构，轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，若规定其耐火极限在1.5h及以下时，应选用薄涂型。

⑸室内隐蔽钢结构，高层全钢结构及多层厂房钢结构，当规定其耐火极限在2.5h及以上时，应选用厚涂型钢结构防火涂料。

⑹露天钢结构，如石油化工企业的油（汽）罐支撑、石油钻井平台等钢结构。应选用符合室外钢结构防火涂料产品规定的厚涂型或薄涂型钢结构防火涂料。

⑺对不同厂家的同类产品进行比较选择时，应查看近两年内产品的耐火性能和理化性能检测报告、产品定型鉴定意见、产品在工程中的应用情况和典型实例，并了解厂方技术力量、生产能力及质量保证等。

不同类型的防火涂料的特性及使用范围见表2所示。

表2 防火涂料的特性及适用范围

Tab.2 Nature and application of fireproof coating

类 别 特 性 厚 度 耐火极限 适 用 范 围

/mm /h

薄涂型 附着力强，可配色，一般不需要保护层 2~7 1~50 工业与民用建筑楼盖及屋盖钢结构

如LB型、SG-1型、SS-1型

超薄型 附着力强，干燥快，可以配色， 1~3 0.50~1.00 工业与民用建筑梁、柱等钢结构

有装饰效果，不需要保护层 如SB-2型、BTSB-1型、ST1-A型

厚涂型 喷涂施工，密度小、物理强度及附着力低 8~50 1.50~3.00 有装饰面层的民用建筑钢结构柱、梁，

需装饰面层隔护 如LG型、ST-1型、SG-2型

露天用 喷涂施工，有良好的耐候性 薄涂3~10 0.50~2.00 露天环境中的框架、构架等钢结构

厚涂25~40 3.00 如 SWH型、ST1-B型、SWB型

选用防火涂料时，应注意下列几点：

⑴饰面型防火涂料不能用于钢结构，饰面型防火涂料是保护木结构等可燃基材的阻燃涂料，达不到提高钢结构耐火极限的目的。

⑵不应把薄涂型钢结构防火涂料用于保护2h以上的钢结构。薄涂型防火涂料之所以耐火极限低，是由自身的原材料和防火原理决定的。这类涂料含较多有机成分，涂层在高温下形成炭质泡膜后才起到隔热作用。膨胀泡膜强度有限，易开裂、脱落，炭质在100℃高温下会逐渐灰化。因此，要求耐火极限大于2h以上的钢结构必须选用厚涂型钢结构防火涂料。

⑶不得将室内钢结构防火涂料，在未加改进和采取有效的防水措施下，直接用于喷涂保护室外的钢结构。露天钢结构常年暴露于阳光与大气之中，日晒雨淋，风吹雪盖，必须选用耐水、耐冻融循环、耐老化，并能经受酸、碱、盐等化学腐蚀的室外钢结构防火涂料进行保护。

⑷在一般情况下，室内钢结构防火保护不要选择室外钢结构防火涂料，因室外钢结构防火涂料为了确保其优异的性能，对原材料要求严格，因而其价格要比室内钢结构防火涂料贵得多。但对于半露天或某些潮湿环境的室内钢结构，则宜选用室外钢结构防火涂料保护。

⑸厚涂型防火涂料基本上由无机质材料构成，涂层稳定，老化速度慢，只要涂层不脱落，防火性能就有保障。从耐久性和防火性考虑，宜选用厚涂型防火涂料。

⑹重要的钢柱构件采用防火涂料保护时，一般应采用厚涂型防火涂料，且节点部位宜做加厚处理。当所用防火涂料的粘接强度小于0.05MPa时，涂层内应设置与钢构件相连接的钢丝网。

⑺承重钢梁构件采用厚涂型防火涂料时，其重要节点部位宜加厚处理。当有承受冲击振动的钢梁、涂层厚度大于或等于40mm的梁、防火涂料粘接强度小于或等于0.05MPa、腹板高度超过1.5m时，涂层内应设与钢梁相连接的钢丝网。

3消防部门在钢结构防火涂料选型中的监督作用

消防监督部门在明确防火涂料质量合格的前提下，必须严格审核验收标准，确保钢结构防火保护质量。

⑴在建设单位申请审核验收前，首先应要求其提供中介检测机构的检测报告及施工记录，包括隐蔽工程记录等。

⑵在现场验收过程中要依据《钢结构防火涂料应用技术规范》(CECS24—1990)、《钢结构防火涂料通用技术条件》(GB14907—1994)及《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205—2001)中要求：

薄涂型钢结构防火涂料要符合以下要求：①涂层与钢材之间以及涂层之间要粘结牢固、无脱层、空鼓等情况；②涂层厚度要符合有关耐火极限的设计要求；③涂层外观要平整光滑，轮廓清晰，颜色均匀，无明显凹陷、粉化、松散和浮浆，乳突已剔除，如有个别裂缝，其宽度不应大于0.5mm。

厚涂型钢结构防火涂料要符合以下要求：①涂层与钢材之间以及涂层之间要粘结牢固、完全闭合，无脱层、空鼓等；②涂层厚度的80%以上（含）面积要符合有关耐火极限的设计要求，且最薄处厚度不应低于设计厚度的85%；③涂层外观要均匀平整，无明显凹陷、粉化、松散和浮浆，乳突已剔除，如有个别裂缝，其宽度不应大于1mm。

4结束语

正确的选用钢结构防火涂料，对提高钢结构的耐火极限以及建筑防火起到重要作用。同时消防监督部门要切实加强监督作用，严格执法，把好钢结构工程的审核关、监督关、验收关、质量关，保证国家财产及人民生命安全。

参考文献

[1]赵欣,孔丹丹,骆中钊.钢结构[M].北京:化学工业出版社,2008:145—146.

[2]公安部消防局.消防监督检查[M].北京:警官教育出版社,1999:198—199.

[3]徐晓楠,周政懋.防火涂料[M].北京:化学工业出版社,2004:3—20.