ｌ６６ 应用方法论 ２科０１ ２１年第期穰 ０霸乱 钢结构防火涂料的应用和研究 廖日勇 （广东省中山市公安消防支队，广东中山５２８４００） 摘要本文通过建筑钢结构的防火要求、方法的论述，介绍了钢结构防火涂料的类型、特点和在钢结构中的应用。对防火涂料的技术要 求和性能指标进行了研究和分析。 关键词钢结构；防火涂料；技术要求；性能指标 中图分类号Ｔｕ 文献标识码Ａ 文章编号１６７３—９６７１一（２０１ １）１０２—０１６６—０２ 随着我国建筑业的不断发展，各种建筑象雨后春笋，日益增多，各 部门对使用钢结构防火涂料作钢材防火保护的要求也日益增加，钢结构 防火涂料的研究、生产及推广应用正逐渐进入高潮。 １钢结构防火涂料的类型 钢结构防火涂料的类型可用不同的方法来定义：从其所用的溶剂来 分，可分为溶剂型和水基型防火涂料；从其防火机理来分，可分为膨胀 型和非膨胀型防火涂料；从它的使用范围来分，可分为室内和室外防火 涂料。室内钢结构防火涂料应用于：［业厂房与建筑物的室内钢结构；室 外钢结构防火涂料则应用于石化企业和建筑物室外裸露钢结构，要求其 耐水、耐候等理化性能适应室外条件。钢结构防火涂料的耐火性能以涂 覆钢构件的涂层厚度和相应耐火极限来表示。根据ＧＢ１４９０７－－９４，钢结 构防火涂料的耐火性能应满足表１的规定。 ＧＢ１４９０７－－－－９４规定了薄涂型（Ｂ型）和厚涂型（Ｈ型）钢结构防火涂 料的耐火陛能指标，近几年又发展出了超薄型钢结构防火涂料。 添加剂进行选择。首先应考虑原料能否与基料和其他成分匹配，另外， 考虑经济性、火灾时基本不产生毒气和浓烟，以及隔热性、容重、发泡 率等性能。在主要成分确定之后，最后进行基料、相关原料、各种添加 剂之间的合理配比等方面的研究。 ３．１厚涂型钢结构防火涂料 所谓厚涂型钢结构防火涂料，是指涂层厚度在８ ｍｍ～５０ ｍｍ的涂 料，又叫钢结构防火隔热喷涂涂料。这类涂料形成的涂层在火灾中不膨 胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的 温升，保护钢件，耐火极限可达Ｏ．５ ｈ～３ ｈ。与其他类型的钢结构防火涂 料相比，它除了具有水溶性防火涂料的一些优点之外，由于基料及多数 添加剂都是无机物，因此它还具有成本低廉的特点。 可用于该类钢结构防火涂料的基料有碱金属硅酸盐类、磷酸盐类 等。硅酸盐类涂料所得的涂层不耐水，不防潮，耐候性差，且易出现开 裂、脱粉等不良现象。因此，如果采用硅酸钠作为钢结构防火涂料的基 料，其关键技术之一，是需对其进行改性。目前解决这个问题的途径大 多采用氟硅酸盐、硼酸盐、有机高分子聚合物等对其改性。磷酸盐类防 火涂料由于其粘结剂的种类较多，根据其所含的金属不同，其性能也不 同，一般认为： 强度：Ａ１＞Ｍｇ＞Ｃａ、Ｚｎ＞Ｂａ； 耐水性：ｃａ、Ｚｎ＞Ｍｇ＞Ａ１＞Ｆｅ、Ｃｕ； 粘接性：ｈｌ＞Ｍｇ＞Ｃａ＞Ｃｕ＞Ｚｎ。 其中，Ｍ／Ｐ的摩尔比（Ｍ指金属，Ｐ是磷）对涂料的贮存稳定性、与 钢基材的附着力、耐水性等都有直接影响。因此在以磷酸盐为基料的钢 结构防火涂料的研制中，基料的控制是很重要的。表２是一种厚涂型钢 结构防火涂料的配方示例。 表２厚涂型钢结构防火涂料配方 原料 无机粘结剂 ２钢结构防火涂料的防火隔热原理 对膨胀型钢结构防火涂料而言，涂覆在钢构件上的防火涂料受火时 膨胀发泡形成泡沫层，因为泡沫层质地疏松，具有良好的隔热性，其热 导率很低，延滞了热量传向被保护的基材的速度；在涂层膨胀发泡产生 泡沫层的过程中，因吸热反应而消耗大量的热量；涂料中的有些组分遇 火发生反应而生成不燃气体，有利于降低体系的温度，对钢材起到高效 的防火隔热保护。非膨胀型防火涂料受火时，涂层基本上不发生体积变 化，而依靠构成涂层的材料自身的低导热性和隔热性对钢构件起屏障和 防止热辐射作用，避免火焰和高温直接进攻钢构件。要达到高等级耐火 性能，这类涂料一般涂层较厚。 ３钢结构防火涂料的研究和应用 ２０世纪８Ｏ年代初，公安部四川消防科研所在国内率先开展了钢结构 防火隔热保护技术系统研究工作，研制出一系列钢结构防火涂料产品， 并在很多重要工程上成功地获得应用。此后在钢结构防火涂料产品性能 标准、 ［程应用技术等方面进行了研究，制定了钢结构防火涂料产品通 用技术条件、工程应用规范等技术法规文件，进一步推动、促进和规范 了钢结构防火涂料的研究及工程应用工作。 目前，国内钢结构防火涂料的研究正向系列化、多品种的方向发 展。钢结构防火涂料除了要求它具有防火隔热这个特殊性能之外，还要 求适应使用要求的物理力学性能指标。而涂料的性能主要由涂料的基料 所决定。因此，研制钢结构防火涂料的过程，一般是首先确定基料。基 料确定的原则主要有下面几点。 １）基料在高温下（８００ ｏＣ～１ ０００ ｏＣ）与钢材有较强的粘合强度， 并且有利于或至少是不影响防火涂料体系的防火隔热效果。 ２）选用的基料除使涂料具有良好的理化性能外，还应对金属无腐 蚀性。 ３）选用的基料应考虑经济性。 根据这些原则，在基料确定之后，要对组成防火体系的物质及其他 质量分 ％ ４０ 无机轻质材料（矿棉、珍珠岩、蛭石等） ３５ 添加剂（改性剂、固化剂等） 水 ５ ２０ 该类钢结构防火涂料采用喷涂施工，一般多应用在要求耐火极限２ ｈ 以上的室内钢结构上。这类产品涂层厚，外观装饰性较差。国内此类产 品有“ｓＤ一２”钢结构防火涂料、 “ＴＮ—ＬＧ”钢结构防火涂料，当其涂层 厚度分别为２７．６ ＨｌＩＩｌ和３９．５Ⅱｍ时，耐火极限可达２．２８ ｈ￣ｆ１］２．５３ ｈ；国外此类 产品有英国Ｇｒａｃｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃ２ｔｉＯｉｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ的“Ｍｏｎｏｋｅｔｅ Ｆｉｅｐｒｒｏｏｆｉｎｇ ＵＫ－６”钢 结构防火涂料，其涂层厚度为４７．７ ｍｍ时，耐火极限为２．５ ｈ；美国美商华 人企业股份有限公司的“ＡＤ”钢结构防火涂料，其涂层厚度为３３．７ ｍｍ 时，耐火极限为３ ｈ；可护固欧洲有限公司的“ＣＡＦＣＯＢＬＡＺＥ ＳＨＩＥＬＤ Ⅱ”钢结构防火涂料，其涂层厚度１８ ｍｍ和３４ ｍｍｔ＇￣，耐火极限为１．８８ ｈ 表１钢结构防火涂料的耐火眭能指标 涂层厚度，Ｉｎｌｎ Ｂ型 Ｈ型 耐火极限，ｈ，≥ ３．０ Ｊ ５．５ ０．５ Ｉ １．０ ７．０ １．Ｏ ８ Ｊ １５ ０．５ １ １．０ ２０ ２．０ ３０ Ｉ ４ｏ ２．５ Ｉ ３．０ 乱 蒜霸 应用方法论 １６７ 和３－８ ｈ；该公司的“ＣＡＦＣＯ ３００”钢结构防火涂料，其涂层厚度分别为 ３５ ＩＩｌｒＩｌ和４１ ｍｍ时，耐火极限可达４．５ ｈ和５ ｈ以上。 ３．２薄涂型钢结构防火涂料 一般讲，涂层厚度在３／ｆｌｉｔｒ～７ ｍｍ的钢结构防火涂料称为薄涂型钢结 构防火涂料。该类涂料受火时能膨胀发泡，形成耐火隔热层，以延缓钢 材的温升，保护钢构件。这类钢结构防火涂料一般是用合适的聚合物乳 液作基料，再配以阻燃剂、添加剂等组成。对此类防火涂料，要求选用 的聚合物乳液必须对钢基材有良好的附着力、耐久性和耐水性。常用作 这类防火涂料基料的聚合物乳液有苯乙烯改性丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯 乳液、偏氯乙烯乳液等。为了使粉状的颜填料、阻燃剂等各种添加剂更 好地分散在涂料中，还应加人六偏磷酸钠等分散剂。该类钢结构防火涂 料一般分三步进行生产： １）先将各种阻燃添加剂分散在水中，然后研磨成规定细度的 料浆。 ２）再用乳液配漆。 ３）配以无机轻质材料、增强材料等搅拌均匀，并加入适量的消泡 剂等，使其达到一定的粘度。表３是一种薄涂型钢结构防火涂料的配方 示例。 表３薄涂型钢结构防火涂料配方 原料 质量分数，％ 乳液 ３０ 复合阻燃剂 ２０ 膨胀发泡剂 ｌ５ 助剂、无机材料等 ２０ 水 １５ 该类涂料一般分为底层（隔热层）和面层（装饰层），其装饰陛比 厚涂型涂料好，采用喷涂施工，一般使用在要求耐火极限不超过２ ｈ的建 筑钢结构上。如国内的“ＳＤ一１”钢结构防火涂料和“ＩＪ３”钢结构防火涂 料，涂层厚度分别为５３ｌｎｌＹｌ和７．４ｍｌ／ｌ时，耐火极限分别为１．６２ｈ和２．０５ｈ。 国外这类涂料较少。 ３．３超薄型钢结构防火涂料 所谓的超薄型钢结构防火涂料，是指涂层厚度不超过３ ｎⅡｎ的钢结构 防火涂料。这类钢结构防火涂料受火时膨胀发泡，形成致密的防火隔热 层，是近几年发展起来的新品种。 目前，该类钢结构防火涂料大多数为溶剂型涂料。这类钢结构防火 涂料的研究中，对基料主要考虑两个问题：①基料与防火添加剂的协 合；②涂料的室温自干眭。这类防火涂料常用的基料有环氧树脂、氨基 树脂等。这些树脂的白干『生较差，用于建筑物钢结构的防火涂料，不能 高温烘干，催化固化又存在涂层理化性能和贮存稳定性差的问题，因 此，怎样合理地处理室温自干性与贮存稳定性及涂料的理化性能、装饰 性等问题，是研究这类钢结构防火涂料的一个重要方面。 另一方面，还要考虑涂料在受火时，应与钢材具有较强的粘结性。 研究表明，解决这些问题的较好的办法是对树脂进行改性，即采用复 合树脂作为该类防火涂料的基料。阻燃添加剂对涂料的防火性能影响很 大，它必须能与基料相互配合，在受火时组分间协调一致，膨胀发泡 形成均匀、坚固、致密的防火隔热层。该类钢结构防火涂料用的阻燃 剂种类繁多，性能各异。表４是一种超薄膨胀型钢结构防火涂料的配方 示例。 表４超薄膨胀型钢结构防火涂料配方 原料 质量分数 复合树脂 ２０ 有机一无机复合阻燃剂 ３０ 助剂（固化剂、增塑剂） ５ 发泡剂 １７ ２００＃￣剂汽油 ２８ 超薄膨胀型钢结构防火涂料可采用喷涂、刷涂或辊涂施工，一般使 用在要求耐火极限２ ｈｉ２）内的建筑钢结构上。与厚涂型和薄涂型钢结构 防火涂料相比，超薄膨胀型钢结构防火涂料粒度更细、涂层更薄、施工 方便、装饰性更好是其突出优点。在满足防火要求的同时，又能满足高 装饰性要求，特别是对于裸露的钢结构。这类涂料是目前倍受用户青 睐的钢结构防火涂料。公安部四川消防科研所研制出的“ＳＣＢ”（溶剂 型）和“ＳＣＡ”（水溶型）超薄膨胀型钢结构防火涂料，涂层厚度分别 为２．６９ ｍｍ和１．６ ｍｍ，耐火极限分别为１４７ ｍｉｎ和６３ ｍｉｎ； “Ｌ Ｆ”（溶剂 型）和“ ”（溶剂型）超薄型钢结构防火涂料，涂层厚度分别为２ＩＴＵＴＩ 和３ ｍｍ，耐火极限分别为９４ ｍｉｎ和９０ ｍｉｎ。德国Ｈｅｒ￣ｒｔ ｓ公司的“Ｗａｔｅｒ Ｂａｓｅｄ”３８ ３２０型钢结构防火涂料（水溶型），涂层厚度２．６３ ａｒｉｎ，耐火极 限６３ ｍｉｎ；３８ ０９１型钢结构防火涂料（溶剂型），涂层厚度２．４２ ｍｍ，耐 火极限１２４ ｍｉｎ；英国的“Ｎｕｌｌｉｔｌｒｅ”钢结构防火涂料（溶剂型），涂层厚 度２．２４ｎｑｎｌ，耐火极限１０６ｍｉｎ；此外，日本“立邦涂料”的超薄型钢结构 防火涂料也开始涉足中国市场。 ３．４室外钢结构防火涂料 室外钢结构防火涂料是指适合于室外环境使用的钢结构防火涂料， 主要用于建筑物室外和石化企业露天钢结构等。这类钢结构防火涂料的 基料是耐候性好的合成树脂或有机高分子聚合物乳液与无机粘结剂复合 而成，再配以阻燃剂、轻质材料、增强材料组成。硅溶胶是一种理想 的无机成膜物，它是由水玻璃经过酸处理、电渗析及离子交换等方法去 掉钠离子得到的超微粒子聚硅酸分散体，具有一旦成膜就不再溶解的特 性。但由于它在成膜过程中体积收缩大，所以容易引起涂层开裂、硬 脆。如果用水性有机树脂或有机乳液与之拼用，则可以大大改善涂层的 机械性能。常用的水性树脂和有机乳液有丙苯乳液、丙烯酸系列乳液 等。室外钢结构防火涂料的研究中，其阻燃添加剂的选择原则与其他几 类钢结构防火涂料类似。但要适应室外的环境条件，对耐水、耐候、耐 化学腐蚀性能等的要求更苛刻。表５列出了室外钢结构防火涂料配方的 示例。 表５室外钢结构防火涂料的配方 原料 质量分数／％ 高分子聚合物乳液 ２０ 硅溶胶 １０ 添加剂、颜料 １０ 无机轻质材料 ３０ 水 ３０ 目前这类涂料只有厚涂型和薄涂型，品种也较少，如国内的“ＳＪ一１” 和“ＳＷＢ”、 “ＳＷＨ”室外钢结构防火涂料，涂层厚度分别为 ２４．９ ｍｌｎ、５．５ ｍｉｌｌ和２５ ｎｌｌｎ，耐火极限分别为１５０ ｍｉｎ、９９ ｍｉｎ和２１０ ｍｉｎ。 而性能更优异的室外钢结构防火涂料还有待进一步研究开发。 ４结束语 总之，目前国内外钢结构防火涂料出现涂层超薄、装饰性强、施工 方便、防火性能高、应用范围广的发展趋势。从现有钢结构防火涂料品 种来看，目前还没有超薄型的室外钢结构用防火涂料。因此，根据我国 建设和经济发展的现状、社会的需要，在国内外现有技术水平的基础 上，结合我国消防法规和规范的要求，深入开展超薄膨胀型钢结构防火 涂料的研究，开发出涂层超薄（３ ＩＴｌ／ｎ以内），耐火极限理想（９０ｍｉｎ以 上），耐候、耐老化，装饰性好，施工方便，既可用于室内，也可用于 室外的超薄膨胀型钢结构防火涂料，以取得突破性进展，填补国内空 白，是我国钢结构防火保护技术研究的一项重要任务。 参考文献 ［１ｌＮ家防火建筑材料质黄监督检验中心．中国防火建材产品技术手册．成都：四 川科学出版社，１９９７．