探究钢材在建筑中的应用及防火缺陷

钢材是一种不燃性建筑材料，具有抗震、抗弯等性能。在实际应用中，钢材不但可以相对增加建筑物的承载能力，还能满足建筑设计美观的需求；还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷。因此，钢材受到建筑业的青睐，单层、多层、摩天大楼、工厂、仓库、候机室、机场休息室等建筑中，钢材的使用十分普遍。但作为建筑材料，钢材在防火方面存在一些不可避免的缺陷，其力学性能如屈服点、抗拉强度、弹性模量等都会因温度升高而急剧下降。

钢结构通常在450-650℃的温度下失去承载能力并发生很大变形，导致钢柱和钢梁弯曲。 因此，它们会因变形过大而无法继续使用。 通常，无保护的钢结构的耐火极限约为15分钟。 这个时间的长短也与构件吸收热量的速度有关。

钢结构防火涂料的分类

1.超薄结构防火涂料

超薄型钢结构防火涂料是指涂膜厚度在3mm以内（含3mm），装饰效果好，在高温下能膨胀发泡，耐火极限一般在2小时以内。该类钢结构防火涂料一般为溶剂型体系，粘结强度好，耐候性、耐水性好，流平性好，装饰性好。遇火后缓慢膨胀发泡，形成致密坚硬的防火隔热层。该防火层具有很强的耐火性和抗冲击性，延缓钢材升温，有效保护钢构件。超薄型膨胀型钢结构防火涂料可采用喷涂、刷涂或滚涂施工，一般用于耐火极限在2小时以内的建筑钢结构上。目前已出现了耐火极限在2小时以上的新型超薄型钢结构防火涂料。 它主要是以氨基树脂、氯化石蜡等复合而成的特殊结构的聚甲基丙烯酸酯或环氧树脂作为基胶，以高聚合度的聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺等作为阻燃体系，添加钛白粉、硅灰石等无机耐火材料，以200#溶剂油为溶剂复配而成。各种轻钢结构、网架等大多采用该类防火涂料进行防火保护。由于该类防火涂料为超薄型，大大减少了较厚、较薄的钢结构防火涂料的使用量，从而降低了工程总造价，而且有效地保护了钢结构免受火灾，具有非常好的防火效果。

2.薄型钢结构防火涂料

薄涂型钢结构防火涂料是指涂层厚度大于3mm、小于或等于7mm、具有一定的装饰效果、高温下能膨胀增厚、耐火极限小于2小时的钢结构防火涂料。该类钢结构防火涂料一般是由合适的水性聚合物作为基料，再配以阻燃复合体系、防火添加剂、耐火纤维等组成，其防火原理与超薄型相同。对于该类防火涂料，所选用的水性聚合物必须对钢基材具有良好的附着力、耐久性和耐水性。其装饰效果优于厚涂型防火涂料，但不如超薄型钢结构防火涂料，其一般耐火极限小于2小时。 因此在耐火极限2小时以内的钢结构防火工程中多采用其，多采用喷涂施工，在一段时间内占有较大的比重，但随着超薄型钢结构防火涂料的出现，其市场份额逐渐被取代。

3.厚钢结构防火涂料

厚型钢结构防火涂料是指厚度大于7mm、小于或等于45mm、表面呈颗粒状、密度低、导热系数低、耐火极限大于2h的涂层。由于厚型防火涂料多由无机材料组成，其防火性能稳定，长期使用效果好，但涂层成分颗粒较大，涂层外观不均匀，影响建筑的整体美观，因此大多用于结构隐蔽工程。该类防火涂料利用材料表面呈颗粒状、密度低、导热系数低或涂层中材料吸热的特性，延缓钢材温升，在火灾时对钢材进行保护。 该类防火涂料是由适宜的无机粘结剂(如水玻璃、硅溶胶、磷酸铝、耐火水泥等)、无机轻质保温骨料(如膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、海砾、漂珠、粉煤灰等)、防火添加剂、化学品及增强材料(如硅酸铝纤维、岩棉、陶瓷纤维、玻璃纤维等)和填料等配制而成，具有成本低廉的优点。施工中多采用喷涂法，适用于耐火极限在2小时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。例如：高层民用建筑中的柱子及一般工业与民用建筑中支撑多层的柱子的耐火极限应达到3小时，就应采用这种厚层防火涂料进行保护。

防火隔热原理超薄型或薄型钢结构防火涂料的防火隔热原理：

超薄型或薄型钢结构防火涂料涂装在钢结构上的防火隔热原理是防火涂层遇火膨胀发泡形成泡沫。泡沫层不但隔绝氧气，而且由于质地疏松，具有良好的隔热性能，可以延缓热量向被保护基材传递的速度。根据物理化学原理分析，涂层膨胀发泡产生的泡沫层过程由于体积膨胀呈现吸热反应，燃烧时也消耗热量，有利于降低体系温度。这些方面的效果使得防火涂料产生明显的防火隔热效果。

厚型钢结构防火涂料防火隔热原理：

厚钢结构防火涂料涂装在钢构件上的防火隔热原理是防火涂料遇火时，涂层的体积不发生变化，但涂层的热导率很低，延缓了热量向被保护基材传递的速度。防火涂料涂层本身不燃，对钢构件起着屏障和阻止热辐射的作用，避免火焰和高温直接侵袭钢构件。另外，涂层中某些组分在遇火时相互反应生成不燃气体的过程是吸热反应，也消耗了大量的热量，有利于降低体系的温度。因此防火效果显著，为钢材提供了高效的防火隔热保护。 此外，该类钢结构防火涂料遇火时，涂层不发生体积变化，形成釉状保护层，可以隔绝氧气，阻止氧气与被保护的可燃性基材接触，从而避免或减轻燃烧反应。但该类涂层生成的釉状保护层导热系数往往较大，隔热效果较差。为了达到一定的防火隔热效果，厚涂型防火涂料一般具有较厚的涂层，以满足一定的防火隔热性能要求。