鋼結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)相比, 具有綜合造價低、抗震性能好、施工工期短、增加使用面積、質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。為了提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限, 一般都需要對鋼結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件進行防火保護, 提高鋼結(jié)構(gòu)抗火性能的主要方法有: 單面屏蔽法、水冷卻法、澆筑混凝土、采用耐火輕質(zhì)板材作為防火外包層、涂抹防火涂料。最具典型的防火保護措施是涂敷防火涂料減緩火災(zāi)下的升溫, 從而增加鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限。這種方法施工簡便、重量輕、耐火時間長, 而且不受鋼構(gòu)件幾何形狀限制, 具有較好的經(jīng)濟性和實用性。檢測帶防火涂層的鋼結(jié)構(gòu)耐火極限不但是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù), 也是對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料性能的最重要的評價標準。

一、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的類型和特點

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料品種較多, 通常根據(jù)高溫下的涂層變化分為膨脹型和非膨脹型兩大系列。膨脹型防火涂料又稱為薄型防火涂料, 厚度一般為2 mm~ 7 mm。涂層厚度在3 mm 以下的為普通型; 涂層厚度在3 mm ~ 7 mm 的為超薄型。其基料為有機樹脂, 配方中還含有發(fā)泡劑、碳化劑等成分, 遇火后自身會發(fā)泡膨脹, 形成比涂層厚度大十幾倍到數(shù)十倍的多孔碳質(zhì)層。多孔碳質(zhì)層可以阻擋外部熱源對基材的傳熱, 如同絕熱屏障, 用于鋼結(jié)構(gòu)防火, 耐火極限可以達到0. 5 h~ 1. 5 h。非膨脹型防火涂料又稱為厚型防火涂料, 其涂層厚度為7 mm~ 50 mm。

厚型防火涂料又分兩類: 1) 以礦物纖維為骨料采用干法噴涂施工; 2) 以膨脹蛭石、膨脹珍珠巖等顆粒材料為主的骨料, 采用濕法噴涂施工。主要成分為無機絕熱材料, 遇火不膨脹, 涂層自身具有良好的絕熱性, 并且通過高溫下部分成分的蒸發(fā)和分解等燒蝕反應(yīng)而產(chǎn)生的吸熱作用, 來阻隔和消耗火災(zāi)熱量向基材的傳遞, 從而延緩鋼構(gòu)件達到臨界溫度的時間。對應(yīng)耐火極限可達到0. 5 h~ 3 h。20 世紀90 年代以來, 我國鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研制發(fā)展迅速,產(chǎn)品類型由最初的厚涂型發(fā)展到薄涂型、超薄型。

二、國內(nèi)外現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐火性能檢測

1 建筑構(gòu)件的耐火極限及判定條件

建筑構(gòu)件的耐火極限是指按標準升溫曲線進行耐火試驗, 從構(gòu)件受到火作用開始到達極限狀態(tài)( 構(gòu)件失效) 時所經(jīng)歷的時間,一般以小時計。

所謂構(gòu)件的失效, 是指構(gòu)件無法繼續(xù)承擔(dān)其使用功能。對于有承載要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件, 在規(guī)定的耐火時間內(nèi)應(yīng)保證其穩(wěn)定性;對于起分隔、防止火災(zāi)擴散作用的構(gòu)件, 在規(guī)定的耐火時間內(nèi)應(yīng)保證其完整性與隔熱性。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性是指在標準試驗條件下, 承重構(gòu)件在一定時間內(nèi)能承受試驗荷載作用而不出現(xiàn)坍塌或破壞的能力。當試件無法支撐荷載作用或者試件的變形速率超出如下規(guī)定的數(shù)值時, 則判定構(gòu)件失去穩(wěn)定性。

1) 水平承重構(gòu)件( 主要承受彎矩作用, 如梁、板) 。

最大撓度: δ≥L / 20。

最大撓度的變形速率: dδ/ d t ≥ L 2 / 900 h( 當δ≥ L / 30 后適用) 。

其中, 變形速率從試驗開始1 min 后使用計算, 計算時間間隔為1 min。這個判定條件為ISO 834-1990, BS 476-20:1987 等標準所采用, 我國標準只采用最大撓度作為判定條件。

2) 豎向承重構(gòu)件( 主要承受軸力作用, 如承重墻、柱等) 。

軸向壓縮變形: δ≥H / 100。

軸向壓縮變形速率: dδ/ d t ≥3H / 1 000。

上述兩個判定條件為ISO 834-1990, GB/ T 9978-1999 等標準所采用。BS 476-20:1987 只采用變形判定條件。規(guī)定最大壓縮變形限值為120 mm。

隔熱性-- 試件背火面平均溫升超過試件表面初始平均溫度140 ℃ 或背火面上任何一點的溫升超過該點初始溫度180 ℃時, 則認為試件失去隔熱性。

完整性-- 棉簽試驗時棉簽被點燃或背火面竄火達10 s 以上時, 或當時間背火面出現(xiàn)貫通至試驗爐內(nèi)的裂縫, 直徑6 mm 的探棒可以沿裂度方向移動不小于150 mm 或直徑25 mm 的探棒可以穿過裂縫進入爐內(nèi)時, 則認為試件失去完整性。

2 現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐火性能試驗

我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火性能試驗是在一種可以按照標準升溫曲線升溫的模擬火災(zāi)的試驗裝置中進行的。GB/ T 9978-1999一般采用燃氣或輕柴油作為熱源, 試驗時要求火焰不得直接作用在構(gòu)件上, 爐溫的測量點應(yīng)與試件保持一定的距離, 這種試驗是一種大型的破壞性試驗, 對于承重構(gòu)件在受火時間時還應(yīng)按照構(gòu)件設(shè)計荷載的要求施加相應(yīng)的載荷, 由于邊界條件的模擬較為困難, 一般只進行簡支構(gòu)件的測試。現(xiàn)有規(guī)范構(gòu)件的耐火極限值,也均以這類構(gòu)件的試驗結(jié)果作為參考。

我國鋼結(jié)構(gòu)防火涂料耐火性能檢測GB 14907-2002, 采用水平承重構(gòu)件的耐火性能試驗方法。一般選用國家標準中規(guī)定材質(zhì)為Q235、型號為I 36b 或I 40b 的工字鋼梁作為基材, 除銹后,涂刷防銹漆( 有的涂料本身為防銹型) , 再涂刷該涂料至試驗厚度, 經(jīng)養(yǎng)護達到試驗狀態(tài), 加載方式為模擬垂直均布荷載, 按國家標準規(guī)定的設(shè)計荷載加載, 荷載在試驗過程中為定值。鋼梁兩側(cè)和底面三面受火, 試驗爐點火后, 以超薄型膨脹涂料為例, 隨著溫度升高, 涂料逐層發(fā)泡, 隨著時間的增長和溫度的升高, 由于火焰的熱輻射, 熱量經(jīng)過涂料發(fā)泡層逐漸向鋼梁基面?zhèn)鬟f, 當鋼梁達到臨界溫度時, 承載能力開始下降, 以緩慢的速度開始變形, 此時為彈性變形。隨后逐漸為塑性變形, 隨即變形速率迅速增大, 鋼梁的撓度達到撓度極限L / 20 時, 以此時的耐火時間作為涂料的耐火極限。

三、存在的問題及研究方向

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料作為一類功能性涂料, 其性能主要由理化和耐火兩方面組成, 現(xiàn)行的防火檢測方法還存在一定的問題。如國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范對同種防火涂料只規(guī)定一種涂層厚度的檢驗報告, 實際工程中由于鋼梁、鋼柱、鋼樓板所要求的耐火極限各不相同, 并且防火涂料因其應(yīng)用環(huán)境不同、受火類型不同, 對基材的保護作用也不同, 因此對鋼板鋼柱采用何種厚度的防火涂料進行保護,目前從理論上或是實際工程中都缺乏相應(yīng)的研究。

耐火極限檢驗中使用的基材是Q235 的標準I 36b 或I 40b熱軋普通鋼梁, 而實際工程中, 鋼構(gòu)件的截面尺寸各種各樣。同種防火涂料在具有不同截面系數(shù)的鋼構(gòu)件上耐火性能的差異較大。檢驗報告中描述的鋼梁與實際工程中的構(gòu)件并無完全對應(yīng)關(guān)系, 實際使用的鋼構(gòu)件和實際標準鋼梁間應(yīng)如何進行換算, 如何確定實際使用鋼構(gòu)件的涂層厚度, 國家尚無規(guī)定。我國現(xiàn)有方法檢測防火涂料耐火極限需要較多的原材料、較大的鋼構(gòu)件和較大的設(shè)備, 無法用人工的辦法加快涂后工件的養(yǎng)護, 也無法在較短的時間得出可以參考的結(jié)果, 這就給許多假冒偽劣產(chǎn)品有了可乘之機。

防火涂料工程中常出現(xiàn)試驗涂料與現(xiàn)場涂料不符的情況, 造成防火涂料工程質(zhì)量難以控制的局面。雖然北京現(xiàn)已頒布了對于鋼結(jié)構(gòu)防火涂料進行質(zhì)量控制的地方標準DBJ 01-616-2004 建筑防火涂料( 板) 工程設(shè)計、施工與驗收規(guī)程, 其中也僅提出現(xiàn)場檢測涂層厚度的要求等, 防火涂料厚度并不能完全反應(yīng)涂料的防火保護效果, 因此即便是進行了現(xiàn)場的涂料厚度檢測, 也不能杜絕使用假涂料或以次充好的現(xiàn)象發(fā)生。由于現(xiàn)有方法檢測鋼結(jié)構(gòu)防火涂料耐火性能需要較多的財力、物力, 且檢測周期長, 這給質(zhì)量監(jiān)督工作帶來諸多不便, 使實際工程中存在很多隱患。

四、結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是目前最理想、可靠、經(jīng)濟實用的鋼結(jié)構(gòu)防火措施, 采用科學(xué)、便捷的檢測手段進行鋼結(jié)構(gòu)防火涂料耐火性能的檢測是保證防火涂料領(lǐng)域健康、有序發(fā)展的重要手段。

五、夢能科技

夢能科技是一家致力于涂料的銷售、方案設(shè)計、涂裝施工為一體的科技公司，夢能科技專長于EMI行業(yè)、工業(yè)裝備制造、橋梁鋼結(jié)構(gòu)、石油石化、特種氣體行業(yè)、火電、風(fēng)電、水電能源行業(yè)等重防腐領(lǐng)域。夢能科技為廣大用戶提供全方位的服務(wù)，包括在設(shè)計階段向您推薦合理的油漆配套方案，在合作當中提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和高水平的施工服務(wù)以及完善的現(xiàn)場施工技術(shù)指導(dǎo)與優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。