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浅谈钢结构防火涂料分类及防火机理

发布时间:2019-03-17 21:15:11 阅读: 来源:蝶阀厂家

  摘要:通过对钢结构防火保护措施的综述,介绍了钢结构防火涂料的分类及防火机理,并对防火涂层的厚度以及防火涂料保护面积的计算、防火涂料的选用等作了详细论述,以期保证钢结构建筑物的安全性。

  关键词:钢结构,防火涂料,涂层厚度

  中图分类号:TU545 文献标识码:A 文章编号:1009-6825(2011)03-0033-03

  引言

  随着中国经济的发展和产钢量的提高,钢结构不仅应用于工业和大型公共设施中,在民用建筑领域也得到了更加广泛的应用。近10年来,轻钢结构发展尤其迅速。虽然钢结构具有材质均匀,可靠性高;强度高,重量轻;塑性和韧性好;便于机械化制造;安装方便,工期短;抗震性能好等特点,但钢结构耐火性差,耐锈蚀性差。

  常见的钢结构防火保护措施有以下几种:

  1)外包层:就是在钢结构外表添加外包层,可以现浇成型,也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强,以限制收缩裂缝,并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂浆以形成保护层,砂浆可以是石灰水泥或是石膏砂浆,也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板,采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。

  2)充水(水套):空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。这种方法能使钢结构在火灾中保持较低的温度,水在钢结构内循环,吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环,或由管道引入凉水来取代受热的水。

  3)屏蔽:钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内,或将构件包藏在两片墙之间的空隙里,只要增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的。这是一种最为经济的防火方法。

  4)膨胀材料:采用钢结构防火涂料保护构件,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优点,一般不需要添加辅助设施,且涂层质量轻,还有一定的美观装饰作用,属于现代的先进防火技术措施。本文浅谈一下钢结构防火涂料。

  1、防火涂料的分类

  防火涂料又称阻燃涂料,根据分类方式的不同,可分为以下类型:

  根据溶剂不同,分为溶剂型和水型;根据基料不同,分为无机类和有机类;根据受火状态不同,分为非膨胀型和膨胀型;根据涂层厚度,分为厚型、薄型和超薄型;根据适用对象,分为钢结构、木结构、电线电缆、混凝土和隧道;根据适用环境,分为室内和室外。

  2、防火涂料的防火机理

  燃烧必须满足三个要素,即可燃物,氧气和热源。防火涂料之所以能够起到防火(阻燃)的作用,是因为:

  1)防火涂料本身具有难燃性或不燃性,使被保护基材不直接与空气接触,延迟物体着火和减少燃烧的速度;2)防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外,它还具有较低的导热系数,可以延迟火焰温度向被保护基材的传递;3)防火涂料受热分解出不燃惰性气体,冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体,使之不易燃烧或燃烧速度减慢;4)含氮的防火涂料受热分解出NO,NH3等基团,与有机游离基化合,中断连锁反应,降低温度;5)膨胀型防火涂料受热膨胀发泡,形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体,延迟热量与基材的传递,阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。

  3、防火涂层的厚度

  在标准火升温状态下,钢结构的防火保护层厚度主要与构件承受的有效重力荷载和构件的截面系数有关。涂装钢结构防火涂料的钢基层表面应严格除水、除油,经喷砂除锈达到Sa21/2级标准(手工除锈达到St3级以上)后,采用合适的防锈涂料做防腐蚀处理。

  根据CECS24:90钢结构防火涂料应用技术规范中,当用厚涂型防火涂料(即W1/D1≥22,T1≥9mm)、耐火极限t≥1h时,计算公式如下:

浅谈钢结构防火涂料分类及防火机理

  其中,T1为待喷防火涂层厚度,mm;T2为标准试验时的涂层厚度,mm;W1为待喷钢梁重量,kg/m;W2为标准试验时的钢梁重量,kg/m;D1为待喷钢梁防火涂层接触面周长,mm;D2为标准试验时钢梁防火涂层接触面周长,mm;K为系数。对钢梁,K=1;对相应楼层钢柱的保护层厚度,宜乘以系数K,设K=1.25。

  根据欧盟的钢结构防火规范和设计手册,适用于钢结构厚型隔热防火涂料的涂层厚度计算方法是:

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  其中,A为钢结构构件在规定的耐火极限时间内所需要的保护层厚度;T为钢结构构件的耐火极限;λ为涂料涂层的导热系数;ξ为钢结构构件的截面系数,即构件周长与截面积比值或外周面积与构件体积之比。

  一般来说,薄的型材需要较厚的防火涂层,而厚的型材的防火涂层厚度相应减薄。

  4、防火涂料保护面积的计算

  4.1 轻钢结构

  轻钢结构需进行防火处理的部位主要是柱、梁、檩条、连接件。因各部位的防火要求不同,一般应分开计算。

  4.1.1 柱

  柱可分为方形柱和H形柱。方形柱的面积按周长乘以高得出。H形柱主要是H形钢,先计算出周长(即上下翼缘板的4个面和腹板的2个面),再乘以高度,得出面积。以上计算的是主面积,考虑接头、伸腿等多余面积,可乘以不超过5%的系数。

  4.1.2 梁

  梁的纵断面一般为H形,但中间的弓高不一定相同,一般按梯形面计算面积。

  4.1.3 檩条

  一般为C形檩条,例如C200×70×20×3的C形檩条,高为200mm,宽为70mm,拐端20mm,壁厚3mm。计算面积为:S=(200×2+70×4+20×4)×L。

  因为梁和檩条与柱连接,总有一部分面积不能涂刷钢结构涂料,所以可扣除不超过8%的面积。

  4.1.4 其他连接件

  钢结构中,其他连接件面积均较小,一般占总面积的5%~10%,如圆钢拉条,角钢斜撑,圆管等。面积计算方法均为周长乘以长度。[NT:PAGE]

  4.2 网架结构

  网架结构比较特殊,它是由直径相同或不同的钢管与钢球连接而成。一般为双层结构,每个球平均连接8根钢管,如图1所示。

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  若球数为N,管径为d,两层高度差为h,则总面积约为:

  S=(N×95%)×8(d/2)×2×π×h/0.866。

  5、防火涂料的选用

  应根据建筑部位和耐火极限要求的不同,选择相应的防火涂料。室内隐藏钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构,当规定其耐火极限在1.5h以上时,宜选用厚涂型钢结构防火涂料;室内裸露的钢结构,轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构,当规定的耐火极限在1.5h及以下时,宜选用薄涂型钢结构防火涂料;耐火极限超过2.0h时,应选用厚型钢结构防火涂料。选用厚型防火涂料时,外表面需要做装饰面隔护。装饰要求较高处可选用超薄型防火涂料,但应严格控制超薄型钢结构防火涂料的选用。室外不宜使用膨胀型防火涂料,应选择适合室外用的钢结构防火涂料。用于保护钢结构的防火涂料应不含石棉,不用苯类溶剂;在施工干燥后应没有刺激性气味;不腐蚀钢材,在预定的使用期内须保持其性能。防火涂料的特性和适用范围见表1。

浅谈钢结构防火涂料分类及防火机理

  6、结语

  钢结构防火涂料是目前国内应用最多的钢结构防火方法,消防部门应加大宣传培训教育的力度,消除思想认识不到位,轻视火灾预防,对违规施工心存侥幸的心理。并利用报纸、广播等形式广泛宣传钢结构阻燃处理的重要性和必要性,适时组织设计、施工单位进行消防培训,提高设计、施工人员的业务理论水平和执法守法意识。同时,还应加强对防火涂料市场的规范管理,才能防患于未然。

  参考文献:

  [1]CECS24∶90,钢结构防火涂料应用技术规范[S].

  [2]刘新,石虎.钢结构防腐蚀和防火涂装[M].北京:化学工业出版社,2004:127,129-131.

  [3]建科[2001]254号,钢结构住宅建筑产业化技术导则[Z].2001.

  [4]GB14907-2002,钢结构防火涂料[S].