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钢结构防火涂料的研究及其应用


煤 炭 工 程  2008 年第 8 期                               生产经验  

钢结构防火涂料的研究及其应用
郝永池 , 杨晓光
(河北工业职业技术学院 , 河北 石家庄  050091 )

     : 论文探讨了钢结构建筑防火涂料的种类及性能 、钢结构的防火构造及防火涂料的选

摘 要 用等钢结构防火涂料的有关问题 , 并针对钢结构建筑防火保护材料实际存在的问题 , 提出了解决 对策以及需深入研究的问题 , 为日后的钢结构建筑防火材料的研究和发展提供了借鉴和参考 。    关键词 : 钢结构 ; 防火保护 ; 防火涂料    中图分类号 : TQ637    文献标识码 : B    文章编号 : 1671 - 0959 ( 2008 ) 08 2 0057 2 03
稀释氧气的作用 , 从而抑制燃烧 。 从而提高了钢结构的耐火极限 。

   近年来 , 钢结构已在建筑工程中发挥着独特且日益重 要的作用 。大型钢结构建筑建设工期短 、收益快 , 是建造 钢结构在我国有着非常广阔的发展前景 。但是 , 钢材作为 建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷 , 在未进 行防火处理的情况下 , 钢材虽然不会起火燃烧 , 但火灾时 其强度会迅速下降 , 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 火场温度达到 800 ~1000 ℃, 在这样高的温度下 , 裸露的钢 结构会很快出现塑性变形 , 产生局部破坏 , 甚至造成钢结 构整体倒塌失效 。 1998 年 5 月 5 日 , 北京玉泉营环岛家具 城发生火灾 , 由于原结构防火未达标 , 造成 113 万 m2 轻钢 结构建筑全部倒塌 , 造成直接经济损失达 2087 万元 。 必须进行防火保护处理 , 到目前为止 , 采用防火涂料进行 钢结构防火保护的方法仍被业内人士认为是最有效的措施 之一 , 钢结构防火涂料在 90%的钢结构工程中发挥着重要 的防火作用 。将防火涂料 (又称阻燃涂料 ) 涂敷于钢结构表 防锈 、耐酸碱 、盐雾等性能 , 更重要的是由于涂料本身具 有不燃性或难燃性 , 能阻止火灾发生时火焰的蔓延和延缓 火势的扩展 , 较好地保护了基材 , 避免钢结构失去支撑能 力而导致建筑物垮塌 。

2) 涂层吸热后部分物质分解放出的水蒸气或其他不燃

烧的惰性气体 , 起到消耗热量 、降低火焰温度和燃烧速度 、
3 ) 涂层如为膨胀型防火涂料受热后形成炭化泡沫层 ,

厂房 、库房 、商场等首选的建筑结构形式之一 。可以预测 ,

阻止了热量迅速向钢基材传递 , 推迟了钢基材强度的降低 ,

2  防火涂料的类型及性能

所用溶剂来分 , 可分为溶剂型和水基型钢结构防火涂料 ; 从使用范围分 , 可分为室内和室外钢结构防火涂料 ; 根据 防火机理分 , 可分为非膨胀型和膨胀型钢结构防火涂料 ; 根据涂层厚度来分 , 可分为厚型 、薄型 、超薄型钢结构防 火涂料 (见表 1 ) 。
类型

要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足 ,

面 , 它除具有普通涂料的装饰和保护作用外 , 还具有防腐 、

1  防火涂料的基本防火机理

装饰效果较好 , 高温时能膨胀发泡 , 耐火极限一般在 2h 以 内的钢结构防火涂料 。 该类钢结构防火涂料一般为溶剂型体系 , 具有优越的

从燃烧的条件知道 , 要使燃烧不能进行 , 必须将燃烧

的三个要素中任何一个要素隔绝开来 。因此 , 钢结构防火 涂料的防火机理可以归纳为以下三点 :

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 。超薄膨胀型钢结构防火涂料施工可采用喷涂 、

1) 涂层具有难燃性或不燃性 , 对钢基材起屏蔽作用 ,

使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中 ; 遇火膨胀发泡 , 生成一层泡沫隔热层 , 封闭被保护基材 , 阻止基材燃烧 。    收稿日期 : 2008 - 02 - 20

   作者简介 : 郝永池 ( 1974 - ) , 男 , 河北石家庄人 , 讲师 、国家注册建造师 , 毕业于福州大学工民建专业 , 现从事施工 技术与管理工作 。

21211   超薄型结构防火涂料

211   钢结构防火涂料的类型
厚型 涂层厚度 /mm 耐火极限 / h
8 ~50

钢结构防火涂料的类型可根据不同的方法来定义 ; 从

表 1  涂层厚度与耐火极限
薄型
3 ~7

超薄型 小于 3

212   常见钢结构防火涂料

超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度 3mm (含 ) 以内 ,

015 ~310

015 ~210

015 ~210

75

煤 炭 工 程   生产经验                              2008 年第 8 期  
刷涂或辊涂 , 一般使用在耐火极限要求在 2h 以内的建筑钢 结构上 。目前国内外 , 已出现了耐火性能达到或超过 2h 的 超薄型钢结构防火涂料新品种 , 它主要是以特殊结构的聚 甲基丙烯酸酯或环氧树脂与氨基树脂 、氯化石蜡等复配作 为基料粘合剂 , 附以高聚合度聚磷酸铵 、双季戊四醇 、三 聚氰胺等为防火阻燃体系 , 添加钛白粉 、硅灰石等无机耐 火材料 , 以 200 溶剂油为溶剂复合而成 。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 。由于该 类防火涂料涂层超薄 , 工程中使用量较厚型 、薄型钢结构 防火涂料大大减少 , 从而降低了工程总费用 , 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 。
21212   薄型钢结构防火涂料 21213   厚型钢结构防火涂料 2h以上的钢结构防火涂料 。
#

一重要防火涂料系列 , 在我国尚属空白 , 它与珍珠岩类防 火涂料相比 , 其主要特点是作为隔热填料的矿物纤维对涂 层强度可起到增强作用 , 可应用于地震多发的地区或常受 震动的建筑物 , 并能起到防火 、隔热 、吸音之作用 。矿物 棉类建筑防火隔热涂料主要有矿物纤维防火隔热涂料 、隔 热填料 , 其主要成分是矿物棉 、粘结材料一般是水泥 , 在 现场采用干法喷涂施工 , 即纤维经分散后与粘结材料一起 用高压空气输送至喷口处 , 然后与分布于喷口周围的高雾 化水混合喷射至待涂表面 。能够获得密度较小的涂层 , 从 而能减轻整个建筑物的重量 , 降低建筑物负荷 。目前 , 国 外已广泛使用快干型矿物棉类防火涂料 , 在施工条件差的 建筑工地使用时 , 具有施工方便 、成本低 、干燥时间短等 优点 。

薄涂型钢结构防火涂料是指涂层厚度大于 3mm , 小于

等于 7mm , 有一定装饰效果 , 高温时膨胀增厚 , 耐火极限 在 2h以内的钢结构防火涂料 。 这类钢结构防火涂料一般是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 , 其防火原理同超薄型 。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 2h 以内 。因此常用在小于 2h 耐 火极限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 , 但随着超薄型钢结构 防火涂料的出现 , 其市场份额逐渐被替代 。 厚涂型钢结构防火涂料是指涂层厚度大于 7mm , 小于

3  防火涂料涂装设计与涂料的选用 311   钢结构的防火设计与构造 312   钢结构防火涂料的选用
钢结构的防火工程设计包括构件的耐火时限的确定 ,

防火涂料或者防火板材的类别 、厚度 、构造与计算 , 对防 火材料的性能 、施工 、验收等技术要求以及所依据的防火 设计施工或材料规范等 , 必须慎重合理的确定设计项目的 防火类别与建筑物防火等级 , 必要时与消防部门共同商定 防火标准 。 屋盖和楼盖钢构件的防火材料宜要用薄涂涂料 , 必要 不同用途的钢结构建筑 , 在防火涂料设计时所考虑因

时要将材料的质量计入结构计算荷载之中 。 素也会有较大的差异 , 比如 , 体育场馆 , 这是一种特殊的 、 具有高大内部空间的公共建筑 , 由于这类建筑要在特定时 间段内大量聚集几千甚至十万以上的公众 , 所以 , 消防安 全性是建筑设计关注的最重要问题之一 。体育馆建筑的屋 顶承重一般采用钢网架体系 。而从防火角度看 , 必须考虑 对钢网架实行防火保护 。现行规范规定一级耐火等级的屋 顶承重 构 件 的 耐 火 极 限 为 115h, 而 二 级 耐 火 等 级 时 为 级别就显得很重要了 。体育馆屋顶网架的裸露特点 , 又决 定了对其保护的材料必须兼有美观性和耐久性的特征 。体 育馆结构防火的重点是屋盖承重部分 , 可以采用耐高温的 钢材制作承重网架 , 这样可以适当地提高网架的耐火时间 , 采用耐火极限值较高的超薄型防火涂料施涂于网架之上 , 这样可以保持网架外形的美观的减轻网架的自重 。 料进行防火 , 一般由建筑师与结构工程师按建筑物耐火等 级及构件耐火时限 , 根据中国工程建设标准 化协会 标 准 《 钢结构防火涂料应用技术规范 》的规定要求施工 。 各类防火涂料的特性及适用范围 , 选用时要优先选用 薄涂型防火涂料 。选用厚型防火涂料时 , 外表面需要做装 饰面隔护 。装饰要求较高的部位可以选用超薄型防火涂料 。 重要的承重构件可以采用耐火钢外加防火涂料的防火
015h。这中间的差值是很大的 , 而如何定性体育馆的耐火

等于 45mm , 呈粒状面 , 密度较小 , 热导率低 , 耐火极限在 由于厚型防火涂料的成分多为无机材料 , 因此其防火

性能稳定 , 长期使用效果较好 , 但其涂料组分的颗粒较大 , 涂层外观不平整 , 影响建筑的整体美观 , 因此大多用于结 构隐蔽工程 。该类防火涂料在火灾中利用材料粒状表面 , 密度较小 , 热导率低或涂层中材料的吸热性 , 延缓钢材的 温升 , 保护钢材 。这类防火涂料是用合适的无机胶结料 (如 水玻璃 、硅溶胶 、磷酸铝盐 、耐火水泥等 ) , 再配以无机轻 质绝热骨料材料 (如膨胀珍珠岩 、膨胀蛭石 、海抱石 、漂 珠 、粉煤灰等 ) 、防火添加剂 、化学药剂和增强材料 (如硅 酸铝纤维 、岩棉 、陶瓷纤维 、玻璃纤维等 ) 及填料等混合配 制而成 , 具有成本较低的优点 。施工常采用喷涂 , 适用于 耐火极限要求在 2h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 与民用建筑中支承多层的柱的耐火极限均应达到 3h, 需采 用该厚型防火涂料保护 。厚型防火涂料按使用环境来分 , 有室内和室外两种类型 。
21214   矿物棉类建筑防火隔热涂料

民用建筑及大型公共建筑的承重钢结构要采用防火涂

矿物棉类建筑防火隔热涂料是继我国厚涂型建筑防火

涂料 —— — 珍珠岩系列 , 氯氧镁水泥系列防火涂料之后的又

85

煤 炭 工 程  2008 年第 8 期                               生产经验  

综放工作面回采对接技术的研究与实践
郑友东 , 李剑锋 , 刘恒新
1 2 2

     : 论文以三河尖煤矿 7415 综采放顶煤工作面为例 , 对因构造造成的 “ 摘 要 刀把 ”形工作 面出现回采的难题 , 采取有效措施 , 采用里外面 (延面 )对接的回采技术 , 成功回收了约 8 万 t三 角煤 , 对相似地质条件下综采放顶煤开采及设计有一定借鉴意义 。    关键词 : 综采放顶煤 ; 三角煤 ; 对接 +    中图分类号 : TD822 11    文献标识码 : B    文章编号 : 1671 - 0959 ( 2008 ) 08 2 0059 2 02
1  工作面概况
江苏省第一工业设计院矿井所采矿工程师 。 作业 , 一刀一放 , 采放步距均为 0155m。

   三河尖煤矿随着开采水平的延伸 , 地质条件变化 , 生 缓解接续紧张的局面 , 特将综放工作面采用 “ 刀把 ”形布 置 。图 1 为 7415 工作面布置图 , 当工作面回采至延面切眼
(外面 )时 , 必须进行延面 。为了实现快速安全延面 , 在延

产接续较为紧张 。为提高煤炭回收率和边角残煤利用率 ,

面切眼中 , 提前安装好延面所需的综采放顶煤支架及运输 设备 , 当工作面推进至延面切眼时 , 实现与该处支架及运 输设备对接 。在生产过程中 , 该矿生产部门及原设计院 (江 苏省设计院矿井所 )相关人员相互配合 , 为配合三河尖煤矿 的生产顺利进行提供了有力的技术保证 。

方法 , 其防火设计对材料性能 、构件施工等方面的技术要 的规定 。

求 , 参考 GB14907 - 94 《钢结构防火涂料通用技术条件 》

应的涂层厚度 , 只有在耐火极限的试验报告中 , 才能看出 耐火试验时所用的型钢规格及涂层厚度 。因此 , 对超薄型 和薄涂型防火涂料层的厚度 , 一般还是以耐火试验时涂层 厚度为依据 , 并适当留有余地以增加安全性 ; 对厚涂型防 火涂料 , 在石化工程设计中 , 实际上不可能对不同的构件 设计成不同的涂层厚度 。 目前在设计中对整个装置的钢结构都是按同一耐火极

限设计成同一厚度 , 为了利于防火 , 应考虑构件规格因素 , 在同样涂层厚度时 , 在选材上对热轧工字钢宜采用较大的 在装置内也应针对不同构筑物的重要性来进行不同耐火极 限的设计和涂层厚度的确定 。    收稿日期 : 2008 - 03 - 31

型号 , 对焊接 H 型钢在同种型号中宜采用腹板较厚的规格 。

313   防火涂层厚度的确定

一般在防火涂料产品的说明书中只列出耐火极限和相

   作者简介 : 郑友东 ( 1952 - ) , 男 , 1976 年毕业于原南京地质学校地质专业 , 长期从事煤矿工程设计和管理工作 , 现任

(11江苏省第一工业设计院有限责任公司 , 江苏 徐州  221000; 21徐州矿务集团有限公司三河尖煤矿 , 江苏 徐州  221613 )

7415 工作面位于东四采区 , 下邻 7411 工作面采空区 ,

上邻 F7 断层的防水煤柱线 。工作面倾斜长度 842m , 走向 长度 (面 长 ) 为 47 ~ 148m , 煤 层 厚 度 518 ~ 612m (平 均 用后退式走向长壁综采放顶煤采煤方法采煤 , 机采 高 度 支架后部低位放煤机构单轮间隔顺序放煤 , 采放实行平行
212m , 平均放煤高度 318m , 采放比为 1 ∶173; 工作面采用 1 610m ) , 工作面倾角 4 ~26 ° 可采储量 638003 t。工作面采 ,

4    结 语

钢结构防火涂料施工简便 , 无须复杂的工具即可施工 、

重量轻而且不受构件的几何形状和部位的限制 。从 20 世纪
80 年代初期起 , 在我国兴建的由国外设计的工程开始采用

钢结构防火涂料 , 到 1985 年左右 , 国内一些科研单位和厂 家开始研究生产钢结构防火涂料 。经过 20 多年的发展 , 无 论从产品品种 、质量还是应用范围 , 生产厂家都有长足的 发展 。与此同时 , 国家也颁布了该产品的相关技术标准和 规范 , 这对我国钢结构防火涂料的发展起了极大的推动作 用 。使钢结构防火涂料具有了更广阔的发展前景 。 参考文献 :

[ 1 ]  CECS 24: 90. 钢结构防火涂料应用技术规范 [ S ]. [ 3 ]  GBJ205. 钢结构工程施工与验收规范 [ S ].

[ 2 ]  GB14907 - 94. 钢结构防火涂料通用技术条件 [ S ].

(责任编辑   章新敏 )

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