高层全钢结构防火涂装技术

高层全钢结构防火涂装技术1.概述随着社会进步和和经济的发展展，高层建筑筑的数量增长长很快，高层层和大型建筑筑特别是新型型建筑往往按按智能型建筑筑设计、建造造，结构上越越来越多的采采用钢结构型型式。同传统统的木结构、砖砖石结构和钢钢筋混凝土结结构相比，钢钢结构具有强强度高，受荷荷能力强，质质量轻、占空空间体积小、构构件制作与安安装方便、施施工工期短、抗抗震性能好等等优点。钢材属于不燃烧烧材料，但它它不耐火，极极易导热。在在常温下，普普通建筑钢的的导热率是58.2WW/m●k。一般来说说，可以认为为钢材的机械械强度随温度度的升高而降降低。当钢材材的温度升高高到某一值，而而使其失去支支撑能力，这这一温度值定定义为该钢材材的临界温度度。一般常用用建筑钢材的的临界温度为为540℃。对于建筑筑物火灾，火火场温度大多多在800-11200℃之间，在火火灾发生的10分钟之内，火火场温度即可可达到700℃以上。对裸裸露的钢构件件，在这样的的火灾温度下下，只有几分分钟其温度就就可以上升到到500℃而达到其临临界值，进而而失去承载能能力，导致建建筑物倒塌。如何使裸露钢构构件从只有10-20分钟的耐火火极限提升至至建筑规范中中要求的60分钟，甚至至是180分钟呢？人人们在多年的的实践与不懈懈的探索中已已找到了较为为科学和实用用的保护方法法，且在不断断研制新的钢钢结构防火产产品，并制定定新的法规以以使钢结构建建筑的防火安安全进一步提提高，且满足足安全、经济济、实用的原原则。目前，常常用的钢结构构防火保护方方法多为喷涂涂法、包敷法法，也有如循循环水法等一一些较为复杂杂的方法。这这些方法确实实为钢结构提提供了足够的的耐火时间，从从而受到了人人们的普遍欢欢迎。2.钢材的耐火火性能2.1高温下下钢材的力学学性能图为常温下某一一型钢的应力力-应变曲线，图图2.1.2是该型钢在在不同温度下下的应力-应变曲线。图常温下钢材材的应力-应变曲线图2.1.22不同温度下下的钢材应力力应变曲线从图中我们可以以看出，在火火灾高温下，钢钢材的力学性性能如屈服强强度、弹性模模量等会随着着温度的升高高而降低。无无防火保护的的钢材在400℃的温度下，其其强度就会降降低到原来的的一半；当温温度达到600℃时，钢材基基本丧失全部部的强度。2.2钢构件件的截面系数数在未保护钢构件件的温升中起起着决定作用用的控制参数数是钢构件的的受热周长（Hp）与构件截面面积（A）的比。这这一比值Hp/A的单位由m-1表示，我我们称其为钢钢构件的截面面系数。截面面系数小的构构件，其升温温较慢，而截截面系数较大大的构件其受受火后的温升升则较快。因因此，就裸钢钢而言，截面面系数较小的的构件可获得得相对较高的的耐火极限。按按照这一观点点对钢结构进进行设计，依依截面系数的的不同，钢构构件的防火保保护厚度也不不同。对于完全暴露于于火中的工字字型钢构件其其截面系数为为：Hp/A=(44B+2D--2t)/AA其中：B———梁截面的宽宽（m）；D——梁截面的高高（m）；t——腹板的厚度度（m）；AA——截面面积（m2）对于梁上铺有混混凝土楼板的的工字型钢梁梁，可认为梁梁的上翼缘上上表面被低导导热材料保护护，不会通过过楼板将热量量传递给梁的的上翼缘。因因此，在这种种情况下构件件的截面系数数应为：Hp//A=(3BB+2D-22t)/A式裸露钢构件受热热截面在时间间间隔Δt内的温升可可由下式给出出：式其中：、分别是是钢的比热及及密度。——在时间t时时的实际火灾灾温度或标准准实验中的炉炉温（℃）；——在时间t时时的钢截面的的平均温度（℃）；—钢构件的截面面系数（m-1）；——对流换热相相关系数，25W/mm2；——热辐射相关关系数（W/m2℃）；钢构件受火后温温度的上升时时由热辐射与与热传导造成成的，而热辐辐射则是其温温升的主要因因素，辐射日日的组合数（W/m2℃）代表了钢钢表面与火焰焰之间的辐射射传导，其量量值取决于钢钢表面直接受受火的程度（图图）图不同受火情情况下钢构件件的热辐射系系数2.3受保护护钢截面受火火后的特性钢结构构件由于于其不可避免免的弱点若想想达到预期的的耐火等级，必必须采取有效效的保护措施施。如：喷涂涂法、包敷法法等。它是以以隔热方式对对钢结构进行行保护，以阻阻隔来自火焰焰的热辐射。温温升可由公式式给出：式其中：——防护护材料的导热热系数（W/m℃）；——防护材料的的厚度（m）。通过对公式与公公式2.3.1的比较中我我们可以看出出，受保护钢钢构件截面的的温升形式与与裸钢的温升升形式基本相相同，只是其其温升速率较较低。在实际际应用中，多多数防火材料料都有一些自自然湿度，在在升温过程中中总会出现一一个可被称为为“迟滞”或“停顿”的过程（图2.3.1）。图受保护及裸裸露钢构件在在标准耐火试验时时钢材的升温温情况这一阶段依据含含湿量的不同同其持续时间间略有不同。另另外，某些具具有一定热容容的较为厚重重的防火材料料，可储存一一定的热量，这这些对于钢结结构的防火保保护都是有利利的因素。3.钢结构的防防火保护措施施3.1水冷却却法在空心钢构件内内充水，并与与设于顶部的的水箱相连，形形成封闭冷却却系统，使钢钢结构在火灾灾时保持较低低的温度。若若发生火灾，钢钢构件内的水水被加热而上上升，水箱冷冷水流下而产产生循环，以以水的循环将将火灾产生的的热量带走，以以保证钢构件件不会升温过过高而丧失承承载能力（图图）。为了防防止钢结构生生锈，需在水水中掺入专门门的防锈外加加剂，冬天如如需防冻，还还要加入防冻冻剂。但是这这种方法需特特殊的结构设设计，比较复复杂，很少使使用。美国匹匹兹堡的********公司大厦就就使用的这种种防火方法。图水冷却法防防火保护示意意图3.2水喷淋淋法在结构顶部设喷喷淋供水管网网，火灾时自自动或手动启启动喷水，在在构件表面形形成一层连续续流动的水膜膜，从而起到到保护作用。3.3完全封封闭法使用混凝土与耐耐火砖完全封封闭钢构件（图图）。（a）混凝土包包裹（b）耐火砖包裹图外包混凝土土与耐火砖防防火示意混凝土与砖是天天然的耐火材材料，它们本本身具有耐火火性能，根据据厚度的不同同耐火极限也也不同。因此此可以使用混混凝土或耐火火砖来包裹钢钢构件，使钢钢构件达到一一定的耐火极极限。上海浦浦东的世界金金融大厦的钢钢柱就采用的的这种方法。这这种方法的优优点是强度高高、耐冲击；；缺点是占用用的空间较大大，施工也较较麻烦，特别别是在钢梁、斜斜撑上，施工工十分困难。3.4采用耐耐火轻质板材材作为防火外外包保护层耐火轻轻质板材的只只要材料是水水泥、石膏、硅硅酸钙、陶瓷瓷纤维、岩棉棉、砾石这些些耐火、无毒毒的物质，加加工成板材以以后，通过不不同的构造方方法制成保护护层。防火板板由工厂加工工，表面平整整，装饰性好好，施工为干干作业。这种种方法具有占占用空间小，综综合造价低等等优点。3.5喷涂防防火涂料用喷涂涂机将防火涂涂料直接喷涂涂于构件表面面，形成保护护层。这种方方法施工简便便，重量轻，耐耐火时间长，而而且不受钢构构件几何形状状限制，具有有很好的经济济性和实用性性。在各种种防火措施中中，所用材料料的导热系数数越小，表明明防火隔热性性越好，常用用材料的导热热系数见表3.1所示。表3.1常常用部分材料料的导热系数数材料名称密度kg/m33导热系数W/mm.k钢材785058.2混凝土1100~255000.50~1..74水泥砂浆18000.93重砂浆砌筑粘土砖砌体18000.81矿棉板<1500.064石棉水泥板18000.52石膏板10500.33膨胀防火涂料600~9000(膨胀后)0..02~0.05防火隔热涂料400~70000.07~0..024.钢结构防防火涂料4.1钢结构构防火涂料的的类型钢结构构防火涂料按按使用场所可可以分为：室室内钢结构防防火涂料和室室外钢结构防防火涂料。按按照使用厚度度可以分为：：超薄型钢结结构防火涂料料（室内NCB、室外WCB），涂层厚厚度小于或等等于3mm；薄型钢结结构防火涂料料（室内NB、室外WB），涂层厚厚度大于3mm且小于或等等于7mm；厚型钢结结构防火涂料料（室内NH、室外WH），涂层厚厚度大于7mm且小于或等等于45mm。4.2钢结构构防火涂料的的一般要求用于制制造钢结构防防火涂料的原原料应不含石石棉和甲醛，不不宜采用苯类类溶剂；涂料料可用喷涂、抹抹涂、刷涂、刮刮涂等方法中中的任何一种种或多种方法法方便的施工工，并能在通通常的自然条条件下干燥固固化；复层涂涂料应相互配配套，底层涂涂料应能同普普通的防锈漆漆配合使用，或或者底层涂料料本身具有防防锈性能；涂涂层干燥后不不应有刺激性性气味。4.3室内钢钢结构防火涂涂料技术性能能指标表室内钢结结构防火涂料料技术性能序号检验项目技术指标NCBNBNH1在容器中的状态态经搅拌后呈均匀匀细腻状态,无结结块经搅拌后呈均匀匀液态或稠厚厚流体状态,无结块经搅拌后呈均匀匀稠厚流体状状态,无结块2干燥时间(表干干)/h≤8≤12≤243外观与颜色涂层干燥后,外外观与颜色同同样品相比应应无明显差别别涂层干燥后,外外观与颜色同同样品相比应应无明显差别别----4初期干燥抗裂性性不应出现裂纹允许出现1~33条裂纹,其宽度应≤0.5mm允许出现1~33条裂纹,其宽度应≤1mm5粘结强度/MPPa≥0.20≥0.15≥0.046抗压强度/MPPa------≥0.37干密度/(kkg/m3)------≤5008耐水性/h≥24涂层应应无起层、发发泡、脱落现象≥24涂层应应无起层、发发泡、脱落现象≥24涂层应应无起层、发发泡、脱落现象9耐冷热循环性//次≥15涂层应应无开裂、剥剥落、气泡现象≥15涂层应应无开裂、剥剥落、气泡现象≥15涂层应应无开裂、剥剥落、气泡现象10耐火性能涂层厚度（不大于）/mmm2.00±0..205.0±0.5525±2耐火极限（不低低于）/h（以I36b或I40b标准工字钢钢梁做基材）1.01.02.0注：裸露钢梁耐耐火极限为15min（I36b、I40b验证数据），作作为表中0mm涂层厚度耐耐火极限基础础数据。4.4室外钢结结构防火涂料料技术性能指指标表室内钢结结构防火涂料料技术性能序号检验项目技术指标WCBWBWH1在容器中的状态态经搅拌后细腻状状态，无结块块经搅拌后呈均匀匀液态或稠厚厚流体状态，无无结块经搅拌后呈均匀匀稠厚流体状状态，无结块块2干燥时间（表干干）/h≤8≤12≤243外观与颜色涂层干燥后，外外观与颜色同同样品相比应应无明显差别别涂层干燥后，外外观与颜色同同样品相比应应无明显差别别---4初期干燥抗裂性性不应出现裂纹允许出现1~33条裂纹，其其宽度应≤0.5mmm允许出现1~33条裂纹,其宽度应≤1mm5粘结强度/MPPa≥0.20≥0.15≥0.046抗压强度/MPPa------≥0.57干密度/(kkg/m3)------≤6508耐曝热性/h≥720涂层层应无起层、脱脱落、空鼓、开开裂现象≥720涂层层应无起层、脱脱落、空鼓、开开裂现象≥720涂层层应无起层、脱脱落、空鼓、开开裂现象9耐湿热性/h≥504涂层层应无起皮、脱脱落现象≥504涂层层应无起皮、脱脱落现象≥504涂层层应无起皮、脱脱落现象10耐冻融循环性//次≥15涂层应应无开裂、脱脱落、起泡现现象≥15涂层应应无开裂、脱脱落、起泡现象≥15涂层应应无开裂、脱脱落、起泡现象11耐酸性/h≥360涂层层应无起层、脱脱落、开裂现现象≥360涂层层应无起层、脱脱落、开裂现象≥360涂层层应无起层、脱脱落、开裂现象12耐碱性/h≥360涂层层应无起层、脱脱落、开裂现现象≥360涂层层应无起层、脱脱落、开裂现象≥360涂层层应无起层、脱脱落、开裂现象13耐盐雾腐蚀性//次≥30涂层应无无起泡、明显显的变质、软软化现象≥30涂层应无无起泡、明显显的变质、软软化现象≥30涂层应无无起泡、明显显的变质、软软化现象14耐火性能涂层厚度（不大于）/mmm2.00±0..205.0±0.5525±2耐火极限（不低低于）/h（以I36b或I40b标准工字钢钢梁做基材）1.01.02.0注：裸露钢梁耐耐火极限为15min（I36b、I40b验证数据），作作为表中0mm涂层厚度耐耐火极限基础础数据。耐久久性项目（耐耐曝热性、耐耐湿热性、耐耐冻融循环性性、耐酸性、耐耐碱性、耐盐盐雾腐蚀性）的的技术要求除除表中规定外外，还应满足足附加耐火性性能要求，防防能判定该对对应项性能合合格。4.5钢结构构防火涂料的的防火隔热原原理对膨胀胀型钢结构防防火涂料而言言，涂覆在钢钢构件上的防防火涂料受火火时膨胀发泡泡形成泡沫层层，因为泡沫沫层质地疏松松，具有良好好的隔热性，其其热导率很低低，延滞了热热量传递向被被保护的基材材的速度；在在涂层膨胀发发泡产生泡沫沫层的过程中中，因吸热反反应而消耗大大量的热量；；涂料中的有有些组分遇火火发生反应而而生成不燃气气体，有利于于降低体系的的温度，对钢钢材起到高效效的防火隔热热保护。非膨膨胀型防火涂涂料受火时，涂涂层基本上不不发生体积变变化，而依靠靠构成涂层的的材料自身的的低导热性和和隔热性对钢钢构件起屏障障和防止热辐辐射作用，避避免火焰和高高温直接进攻攻钢构件，要要达到高等级级耐火性能，这这类的涂料一一般涂层较厚厚。4.6防火涂涂料保护钢构构件火灾实例例1989年3月月1日凌晨，北北京中国*****钢结构大楼楼（未竣工前前）底层宴会会厅发生火灾灾，堆放在室室内的1345包保温材料料包装纸箱着着火，燃烧近近3小时，保温温材料烧熔成成团块，屋顶顶现浇混凝土土楼板炸裂露露出了钢筋，由由于钢梁、钢钢柱上喷涂有有LG钢结构防火火涂料，涂层层厚度25mm，表面被1000℃的高温烧成成釉状，但仍仍牢固附着在在钢基材上，有有效的起到隔隔热保护作用用，钢结构未未因变形垮塌塌造成更大的的损失。1999年5月12日凌晨，北北京该建筑物物二期工程第第38层，由电焊焊渣引燃聚苯苯板持续燃烧烧2小时，钢梁梁钢柱上喷涂涂的厚涂型防防火涂料，同同样被烧成绿绿色釉面，无无裂缝和脱落落发生，钢结结构未发生任任何变形，又又避免了一起起重大火灾事事故。5.工程实例例5.1工程程概况***地铁*****路综合楼工工程，是***地铁1号线、2号线、3号线的指挥挥控制中心，位位于***市区**路和***路路口的东东北侧。本工工程为一座全全钢结构高层层建筑，总建建筑面积402200m2，地上部分分塔楼28层（高度105.66m），裙楼8层，建筑面面积为294200m2，地下三层层，建筑面积积为108000m2，主体钢结结构总用钢量量达4500吨。建成后后，将成为江江苏省第一栋栋全钢结构的的高层建筑。本工程程采用成都****市防火材料料厂生产的LG厚型防火涂涂料和SCB超薄型防火火涂料，各防防火部位的耐耐火极限具体体要求为：序号防火部位耐火极限选用涂料类型涂层厚度1钢柱3.0hLG厚型23mm2钢支撑3.0hLG厚型23mm3钢梁2.0hLG厚型20mm4钢楼梯1.5hSCB超薄型1.79mm防火涂料主要性性能指标LG厚型防火涂涂料表.1国家防防火建筑材料料质量监督检检验中心检验验结果序号检验项目检验方法技术指标检验结果结论1耐火性能GB149077-20022，6.5涂层厚度25±±2mm耐火极限≥1220min涂层厚度24mmm耐火极限1911min合格2在容器中的状态态经搅拌后呈均匀匀稠厚流体状状态，无结块块符合要求合格3干燥时间（表干干），h≤243合格4初期干燥抗裂性性允许出现1~33条裂纹,其宽度应≤1mm符合要求合格表.1（完）序号检验项目检验方法技术指标检验结果结论5粘结强度，Mppa≥0.040.39合格6抗压强度，Mppa≥0.32.7合格7干密度，kg//m3≤500448合格8耐水性，h≥24涂层应应无起层、发发泡、脱落现现象24符合要求合格9耐冷热循环性，次次≥15涂层应应无开裂、脱脱落、起泡现现象15符合要求合格试件说明：该LG型钢结构构防火隔热涂涂料为厚（H）型钢结构构防火涂料。耐耐火试验采用用I36b标准工字钢钢梁，除锈后后刷一遍防锈锈漆，然后喷喷涂一遍、再再抹二遍该涂涂料至试验厚厚度，经养护护达到规定的的试验条件。耐耐火试验时，在在钢梁上翼缘缘覆盖四块混混凝土板形成成涂覆钢梁试试件，混凝土土板与钢梁无无结构联系，并并按设计荷载载加载。钢梁梁计算跨度5630mmm，混凝土板板截面尺寸550mmm×240mmm,外荷载总量132kN。涂层厚度24mm。见图。图耐火试验验试件经国家防火建筑筑材料质量监监督检验中心心对LG厚型钢结构构防火涂料的的烟气毒性的的检验，该材材料的烟气毒毒性主演表现现为刺激性。按GA132-1996判定，该材料烟气毒性达到安全一级（AQ1）。见表.2。表.2国家防防火建筑材料料质量监督检检验中心检验验结果序号检验项目检验方法技术指标检验结果结论1烟气毒性麻醉性，mg//1GA132--1996≥100，300min染毒期内小鼠不死亡100.0，符合要求合格刺激性，mg//1GA132--1996≥100，染毒毒后三日内小小鼠不死亡，且且平均体重恢恢复100.0，符合要求合格SCB超薄型型钢结构防火火涂料表.1国家防防火建筑材料料质量监督检检验中心检验验结果序号检验项目检验方法技术指标检验结果结论1耐火性能GB149077-20022，6.5涂层厚度2.000±0.20mmm耐火极限≥600min涂层厚度1.449mm耐火极限1000min合格2在容器中的状态态经搅拌后呈均匀匀细腻状态,无结结块符合要求合格3干燥时间（表干干）/h≤83合格4初期干燥抗裂性性不应出现裂纹符合要求合格5外观与颜色涂层干燥后，外外观与颜色同同样品相比无无明显差别符合要求合格6粘结强度，Mppa≥0.200.64合格7耐水性/h≥24涂层应应无起层、发发泡、脱落现现象24合格8耐冷热循环性//次≥15涂层应应无开裂、剥剥落、气泡现现象15合格试件说明：该SCCB超薄膨胀型型防火涂料为为溶剂性钢结结构防火涂料料。耐火试验验采用I36标准工字钢钢梁，除锈后后刷涂八遍该该涂料至试验验厚度，经养养护达到规定定的试验条件件。试验时，在在钢梁上翼缘缘覆盖四块混混凝土板形成成涂覆钢梁试试件，混凝土土板与钢梁无无结构联系，并并按设计荷载载加载。钢梁梁计算跨度5630mmm，混凝土板板截面尺寸550mmm×240mmm.涂层厚度1.49mmm。防火涂料喷涂施施工施工前的准准备一、对施施工的涂料进进行复检。检检查其产品型型号、出厂检检验单、合格格证、质量保保证期以及现现场抽样化验验，并把复验验的资料数据据存档备案。二、涂装装施工应在钢钢结构安装就就位，表面进进行了除锈、防防锈处理，并并验收合格之之后进行。三、涂装装施工前应清清扫钢结构表表面，经目测测及触摸检查查，表面应干干燥无灰尘、杂杂物即可施工工。LG厚型钢钢结构防火隔隔热涂料涂装装施工一、涂料料配比：第一遍按水∶KT-1界面剂∶涂料=（120~140）∶15∶100进行涂料拌拌合，以后每每一遍按照水∶KT-1界面剂∶涂料=（120~140）∶2∶100进行涂料拌拌合。二、LGG涂料在现场场配制。用案案秤称好水、KT-1界面剂、涂涂料，按照规规定的比例倒倒入铁桶内用用电动搅拌器器搅拌均匀。三、喷涂涂施工：LG厚涂型防火火涂料采用压压送式喷涂机机进行喷涂，空空气压力为0.4~0.6MMpa，喷枪口直直径为6~10mm。第一遍喷喷涂的厚度不不超过5mm，以后每一一遍的喷涂厚厚度为8~10mm。必须在前前一遍基本干干燥或固化后后再喷涂后一一遍，每遍时时间间隔不少少于24小时，直至至规定的厚度度。四、在施施工过程中，施施工人员配备备游标卡尺，随随时检测涂层层厚度。五、喷涂涂后的涂层，应应剔除乳突，确确保均匀平整整。六、当防防火涂层出现现下列情况之之一时，应重重新喷涂：涂层干燥固化不不好，粘结不不牢或粉化、空空鼓、脱落时时；钢结构的接头，转转角处的涂层层有明显的凹凹陷时；涂层表面有浮浆浆或裂缝宽度度大于1.00mmm时；涂层厚度小于设设计规定厚度度的85%时，或涂层层厚度虽大于于设计规定厚厚度的85%，但未达到到规定厚度的的涂层之连续续面积的长度度超过1m时。七、为了了达到良好的的外观效果，在在进行最后一一遍施工后，应应进行抹平处处理。SCB超薄膨胀胀型防火涂料料涂装施工