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行業資訊

鋼結構的防火設計是怎樣的?

人氣:發表時間:2015-11-13

          随着鋼結構建築的迅速發展,随之而來的防火保護技術問題日趨突出。我國二十世紀八十年代初期從國外引進了一些鋼結構防火塗料,如英國的MandoliteP20防火隔熱材料,美國的FCC-50鋼結構膨脹防火塗料和日本的礦纖維噴塗材料等。自二十世紀八十年代中期起我國有關單位先後研究開發厚塗型和薄塗型兩類鋼結構防火塗料,并廣泛用于亞運會體育館、國貿中心、京城大廈等國家重點建設工程中,提高了鋼結構耐火極限,達到了防火規範要求,有的還經受了實際火災的考驗。
鋼結構防火設計的基本原則在嶽化環氧樹脂廠24000t/a環氧氯丙烷裝置的鋼結構設計中,根據國家标準《石油化工企業設計防火規範》(GB50160-92)中對鋼結構中的耐火保護規定,六個多層鋼框架廠房高度在10m以下(包括1m)的梁柱表面均噴塗了JA60-4(H類)厚塗型防火塗料,塗層厚度20mm;鋼管架高度在4.5m以下(包括4.5m)的柱(當很下層梁底标高超過4.5m時,保護至梁下300mm處,但不宜低于4.5m)表面均噴塗了JA60-4(H類)厚塗型防火塗料,塗層厚度20mm;單層承重的鋼支架的全部梁柱表面均噴塗JA60-4(H類)厚塗型防火塗料,塗層厚度20mm.以上鋼結構防火塗料的耐火極限均不應低于1.5小時,鋼結構在噴塗防火塗料前,必須清除防鏽層,很低除誘等級不得低于ST3級,除鏽後刷H88-1型防鏽底漆二道。
  為保證防火塗層做到“安全可靠”和“經濟合理”,對于不同規格和不同耐火極限要求的鋼結構構件應噴塗不同的塗層厚度。
  當選用的防火塗料産品已經作過不同厚度塗層的耐火試驗時,可以根據防火規範對鋼結構構件耐火極限的規定,直接選用需要噴塗的塗層厚度。
  當工程中确定用厚塗型防火塗料時,待保護的鋼構件與标準試驗鋼構件的規格尺寸差距較大,又不能對每種規格的鋼構件都噴塗塗料作耐火試驗時,可以根據已有試驗數據用經驗公式計算來确定塗層厚度。下述公式是由美國UL試驗室提出,在技術交流中此“鹌梁的塗層厚度,擴大到可以計算鋼柱的塗層厚度。
  計算公式如下:D1-待保護鋼梁與塗層接觸面周長(mm)D2-标準試驗時鋼梁與塗層接觸面周長(mm)K-系數,對鋼梁,K=1;對相應樓層鋼柱的保護層厚度,取K=1.25 9mm,耐火時間t1h,一般用136b鋼梁作标準耐火試驗,則:W2/D2=65.66/1110=0.0592,其他規格I字鋼梁防火塗層換算系數:a=對薄塗型塗料厚度的确定一般還是以耐火試驗時塗層厚度為依據,并可适當留有餘地,以增加安全系數。熱乳工字鋼,宜采用較大的型号,焊接H型鋼在同種型号中宜采用腹闆較厚的規格,對防火較為有利。
根據安全可靠、技術先進、經濟合理的原則,在設計露天鋼結構防火保護時,應以耐火性考慮,并優先選用可直接噴塗施工技術先進的厚塗型塗料。
        鋼結構防火塗料的分類及防火原理根據國内外鋼結構防火塗料的構成、性能特點、應用範圍、可分成薄塗型(B型)和厚塗型(H型)兩類防火塗料。
        薄塗型(B型)鋼結構防火塗料薄塗型(B型)鋼結構防火塗料又稱為鋼結構膨脹型防火塗料。塗層厚度一般為2定裝飾效果,高溫時膨脹增厚耐火隔熱,耐火極限在0.5 ~1.5h,塗層的粘結力強,抗振動和撓曲性好,所以特别适用于體育館、工業廠房裸露的有裝飾要求的鋼結構或輕型鋼結構。
        薄塗型防火塗料由粘合劑、催化劑、發泡劑、碳化劑、填料及改性劑等組成。粘合劑使塗料各組分粘接在基材上,使塗料具有良好的理化性能。催化劑遇火分解出酸,使碳化劑脫水,碳化形成牢固碳骨架,發泡劑遇火分解出大量不燃氣體,将碳架軟體“吹塑”成蜂窩狀的阻火泡沫層,并有稀釋氧氣的作用。填料則可提高塗料耐火性能,使塗料的常溫理化性能達到要求,同時火災條件下膨脹發泡層密實、避免發泡層被熱流沖掉。改性劑是為有利于塗料的塗刷性、成膜性、耐候性、抗凍性、貯存穩定性的組分。由于塗層的碳質泡膜在1000T高溫下,穩定性降低并逐漸碳化掉,國内外提供的耐火極限數據均未達到2h,塗層厚度不超過7mm.厚塗型(H類)鋼結構防火塗料,又稱鋼結構隔熱防火塗料。塗層厚度一般為8~50mm,導熱率低,耐火極限可達0.5~3h.适用建築物竣工後被隐蔽,或外觀要求不高,耐火極限在1.5h以上的鋼結構。
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        厚塗型鋼結構防火塗料,一般由無機絕熱骨料,無機膠結劑,防火添加劑,化學助劑及填料等混合配制而成。有蛭石水泥系、氧氯化鎂水泥系、礦纖維水泥系等類。絕熱骨料是塗料的主體,起隔熱耐高溫作用,常是輕質多孔材料,孔隙率越大,氣孔直徑愈小,骨料導熱系數小,從而降低構件溫度升高的速率,提高構件的耐火能力,膠結劑是塗料的重要組成部分,将各組分牢固地粘結在一起,形成具有一定強度的塗層,同時牢固粘結于基材,膠結劑大多采用水泥矽酸鹽等,以水為分散介質。添加劑在高溫下産生熱分解并釋放出不燃氣體。從而降低環境溫度。化學助劑則是在使塗層硬化後在塗層内部形成封閉氣孔,提高絕熱性能,同時改善施工條件。填料是為降低塗料成本而摻加的活性混合材料。
隔熱防火塗料的防火作用是基于矽酸脫水吸熱材料(添加劑)分解過程和隔熱過程來實現的,矽酸鹽類膠結劑水化後,水化物中含水量15%以上以結晶水形式存在于水化物中,當塗層暴露于火源時水化産物發生脫水、汽化作用,從而吸收大量熱量,蒸發1kg水可吸收2.34MJ的熱量,塗層中的吸熱材料因受熱而發生分解或相變過程。這些過程同樣會消耗一定的能量,從而降低構件的升溫速率提高構件的耐火能力。
        露天鋼結構用隔熱防火塗料,有的産品需在塗層表面增設防水防火面層,以保證防火耐久性,同時可改善塗層的裝飾性能。
        防火塗料性能的檢測不論哪類防火塗料,其産品都應通過國家技術技術交流監督局指定的國家防火建築材料質量監督檢驗測試中心的檢測(地址:四川省都江堰市)達到規定的技術性能指标的塗料才可選用。CECS24:90規範對防火塗料技術性能指标作了明确的規定。
        耐火極限:這是防火塗料根本的指标,是根據國家标準《建築構件耐火試驗方法》(GB9978-88)測定的。該标準等效采用國際标準IS0834-1975《建築構件-耐火試驗》。标準規定了試驗的裝置、試驗條件、試件要求、試驗程序、耐火極限判定條件和試驗報告。
  耐火極限判定條件:承重構件是按是否失去承載能力或抗變形能力判定,梁以試驗過程中,試件發生垮塌或試件的很大撓度超過L/20(L為試件跨度,單位cm)時,則表明試件達到耐火極限。柱以試驗過程中試件發生垮塌或試件的軸向收縮引起的變形速度超過3xH(mm/min)(H為試件在爐内的受火高度,單位m)時,則表明試件達到耐火極限。當承重構件同時起分隔作用時,還應按失去完整性,或失去絕熱性時為達到耐火極限。
        粘結強度:這是各類防火塗料在性能上的共同要求,粘結力差,塗層會随時間的推移而龜裂,脫落,失去防火保護作用。粘結強度的測試方法是參照《合成樹脂乳液砂壁狀建築塗料》(6巳9153-88)6.12條粘結強度試驗進行。
        耐水性:用以表明塗料在不同氣候條件下使用具有一定的耐久耐候性能。其測試方法參照《漆膜耐水性測定法》(GB1733)甲法進行。即噴塗于試件(120x50x10的鋼闆)上的防火塗料放在60±5*C的烘箱内幹燥到恒重,取出放人室溫下的自來水浸泡,觀察有關起層、脫落等現象的發生。
        耐凍融循環性能:同樣表明塗料的耐久耐候性能。其測試方法參照《建築塗料耐凍融循環性測定法》(GB9154-88)進行試件與耐水性試驗相同。用于室内的鋼結構防火塗料,将幹燥後的試件放置在23*2*C的室内18h,取出置于-18~ -20T的低溫箱内冷凍3h,再取出放置在50*2*C的烘箱内3h為一循環,如此往複記錄數次,觀察塗層開裂、起泡、剝落等異常現象。對于室外的鋼結構防火塗料,應将試件放置在23*2t的室内18h,改為置于水溫23*2t的水槽内浸泡18h,其餘條件不變。因此,選用室外鋼結構防火塗料要慎重。
        抗壓強度、幹密度、導熱率:厚塗型鋼結構防火塗料其塗層要求幹密度小,同時導熱率也低,耐火隔熱性能就好。但是幹密度太小,塗M強度降低易破損,因此規定了适宜的抗壓強度、十密度和導熱率性能指标。
        抗振、抗彎曲性:薄塗型鋼結構防火塗料大多用于體育館和工業廠房裸露鋼結構上,鋼構件截面積小,受到振動和撓曲變形的機會多,塗層易脫落和開裂。其試驗方法是在研究開發防火塗料新品種中根據工程應用而建立起來的。
        鋼結構防火塗料的耐久性防火塗料不同于其他功能性塗料,如防腐、防水塗料,一旦功能失去後就會導緻材料腐蝕、屋面漏水,人們能在較短時間的發現并進行處理,而防火塗料其功能在火災初期表現出來,如其防火功能喪失,塗層不起防火作用,其損失不可彌補。
        厚塗型防火塗料的防火耐久性,與其粘結劑的組成和用量,絕熱骨料孔隙體積密切相關。薄塗型防火塗料的防火耐久性與粘結劑組成和用量、膨脹劑的類型和用量密切相關。一般來講,厚塗型防火塗料的耐久性好于薄塗型防火塗料。
        目前,對防火塗料的耐久性問題,尚無明确的測試規範,故隻能根據塗料的構成及塗層的老化性能數據進行評估或以在工程中使用的年限和變化情況作出推測制定。
鋼結構防火塗料是一種功能性塗料,它是随石油化工工業發展而發展的一種工業産品,由于該産品在我國應用曆史不長,因此,在鋼結構設計中要慎重選擇。選擇鋼結構防火塗料,首先,要分清防火塗料的适用範圍,其次要根據鋼結構的工作環境及其重要性區别對待,做到安全可靠,經濟合理。
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