2023-07-17
 
钢结构防火涂料存在的问题与解决对策探析
2023年07月17日   阅读量:1499

0摘 要


简述钢结构防火涂料分类的基础上,探讨了当前防火涂料存在的一些问题,如安全与环保问题、耐久性问题、标准滞后问题等,并简单的讨论了一些解决对策。


1 钢结构防火涂料的分类


1.1 基料体系研究


我国现行GB 14907——94《钢结构防火涂料通用技术条件》将钢结构防火涂料按施涂厚度分为:厚型(H型)、薄型(B型)两大类。20世纪90年代,出现了超薄型钢结构防火涂料,并且已成为目前我国钢结构防火涂料研究及生产的热点涂料在线coatingol.com。其中,薄型和超薄型涂料通常称为膨胀型,遇火时涂层膨胀至原涂层的几倍甚至几十倍,形成热导率很低的蜂窝状炭质层,隔绝火焰对基材的侵袭,同时放出不燃性气体,从而起到保护基材的作用。


厚型也称为非膨胀型,遇火时涂层不膨胀,仅靠涂料中的绝热材料阻止热的传递,从而保护基材。薄型和超薄型涂料根据其分散介质的不同又分为水性和溶剂型两类。水性的以高分子乳液为成膜基料、水为分散介质,生产和施工都较环保,但涂膜不如溶剂型涂料致密性好,因而耐水性较溶剂型涂料差;溶剂型涂料则以树脂为成膜基料,成膜不受温度限制,可低温施工,但因其以有机溶剂为分散介质,生产、施工、运输及储存中有机溶剂存在易燃、对人体产生危害等不安全和不健康的隐患,同时对环境产生污染、施工器具不易清洗、价格较高。因而相比之下水性的才是防火涂料的主要发展方向。


2 问题探究与解决方法


2.1 安全与环保


薄型和超薄型防火涂料的膨胀阻燃体系大多为P- N体系,即其膨胀阻燃体系包括3大部分:酸源、碳源和气源。酸源即各种磷酸盐类,目前用得最多的为多聚磷酸铵(简称APP)、磷酸三聚氰胺等;碳源即各种含碳丰富的有机物如多元醇、氯化(或溴化)石蜡、淀粉等,目前用得最多的是季戊四醇或双季戊四醇,并辅以少量氯化石蜡;气源是遇火后能放出不燃性气体,从而将碳源吹制成蜂窝状碳质层的物质,通常是各种胺类,如尿素、双氰胺等,目前用量最多的是三聚氰胺,其成膜基料为各种有机树脂或乳液,如氯偏乳液等。


从以上常见组分可以看出,防火涂料遇火产生膨胀从而对基材起到保护作用的同时,其阻燃成份有可能释放出诸如NH3、HCN、卤化氢、NO、CO、Cl2、Br2等有毒气体。如果这些气体的浓度超过了人体的耐受极限,便会对未逃离火场的人员以及消防人员产生危害,这是应引起重视的问题。


鉴于以上分析,可参考如下预防与解决方案:


对现有以有机成分为主的防火涂料在不同的环境下遇火燃烧时所产生的气体的种类、浓度进行检测分析,并对其危害程度进行分类与分级。


对可能产生的有毒气体对人体健康的危害进行研究,提出其限量和防护措施。


相关从事防火涂料研发的技术人员应积极寻找新的防火阻燃组分,使制成的防火涂料不但能对基材起到防火保护作用,而且燃烧后的产物符合人体健康的要求。


在现有体系中加入有效吸收有毒气体的组分,使其既不影响涂料的防火性能,又能起到抑毒、抑烟或消毒、消烟的作用。


2.2 耐久性问题


目前,无论何种防火涂料,其检测报告中给出的耐火极限均是出厂前的检验结果,而火灾的发生是不可预料的,火灾发生可能是在防火涂料涂覆后的1 a,也可能是在涂覆后的10 a或更长的时间。经过不同的年限后,防火涂料的防火性能是否依旧值得考虑。如果火灾发生时,防火涂料已因老化或其它原因而失去其应有的防火性能,后果是不堪设想的。因此,有关防火涂料的耐久性是一个值得思考的问题。


一般认为防火涂料的耐久性包括两方面的含义:一是涂层与基材的粘结力,即防火涂料是否容易随时间的延长而出现剥落、粉化等现象;二是涂层的防火性能是否持久,即经过若干年后,其耐火极限是否明显降低,这一点的危害较之前者更具有隐蔽性,更应引起重视。


由于室外环境条件较之室内更加恶劣和复杂,因此室外用钢结构防火涂料、特别是薄型钢结构防火涂料的耐久性问题尤为重要。虽然我国对某些室外用薄型钢结构防火涂料也做过有关耐久性方面的考察,但大多是将涂覆钢结构防火涂料的构件露天放置,经过2~3 a观察其是否出现脱落、粉化、开裂等现象,而并未对其耐火极限重新考察。以有机组分为主的薄型和超薄型钢结构防火涂料无论是用于室外还是室内,其有机组分都可能产生分解、降解、老化等问题,从而使涂层剥落粉化或失去防火性能。以无机组分为主的厚型钢结构防火涂料的耐久性相对要好,但其使用寿命也应引起重视,尤其用于室外时,还要受到酸雨、碳化、振动挠曲等各种复杂的自然因素的考验。


通过以上分析,可考虑下列几点:


一是研究影响防火涂料耐久性的内在原因和外在因素;


二是研究有关快速评定钢结构防火涂料耐久性的方法,以便能在短期内预测防火涂料的实际使用寿命,从而可根据使用环境的不同要求及其基材或主体结构的使用寿命来决定是否需更换或及时维修防火涂料;


三是制定有关防火涂料耐久性的评价标准和评价方法;


四是防火涂料厂商应在产品说明书中推荐给出该涂料在不同的使用环境下可使用的年限或更换周期,以便用户选择或使用后注意更换。


2.3 测试方法的问题


钢结构防火涂料作为一类功能性涂料,其性能主要包括两大方面:一是理化机械性能,它反映涂料抵抗水、冷热变化、干湿变化、振动、荷载等各种环境因素的能力,以及其与基材的粘结牢固程度;二是其耐火性能,它表示涂料抵抗火灾侵袭的能力,以耐火极限表示,即将规定的构件,涂以规定厚度的防火涂料,按时间—温度标准曲线进行耐火试验,以构件受火作用起至失去支持能力或完整性被破坏所用的时间,它是防火涂料的主要指标。


耐火试验中,构件所加荷载和升温曲线是试验的两个重要条件。相同的构件,施加同样的荷载若采用不同的升温曲线所测得的耐火极限是不同的。我国防火涂料产品的耐火极限试验的升温曲线是按ISO 834时间—温度标准曲线进行升温的,试验中是以木质纤维为燃烧介质,通常称为标准火;而在石化工程中是以油、气等为燃烧介质,通常称为烃类火。英、美、荷兰等许多国家,已分别制定了不同的烃类火升温曲线。


2.4 标准滞后问题


钢结构防火涂料标准的制定与执行往往由于各种原因而滞后于产品的生产与使用,这就使得防火涂料的生产与销售容易出现无据可依的局面,部分劣质产品鱼目混珠,为钢结构材料的安全使用带来隐患。


作者 |戴国绪

(江苏冠军科技集团股份有限公司,南京 211219)


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