非膨胀型防火涂料主要依靠自身的不燃性,低导热系数以及吸热性来保护建筑。一类在防火过程形成釉层保护层,它也能起隔绝氧气的作用,使氧气不能和被保护的易燃物质 接触,从而避免或降低燃 烧反应；另外一类为材料中束缚的结晶水,遇火被释放出来,使得包括钢筋在内的被保护材料的临界 温度处于100℃左右,直到所有的水分全部被释放出来。这类产品本身 的导热系数较低,是良好的隔热体。

非膨胀型防火涂料在国外又被简称为含有膨胀蛭石的轻质水泥(石膏)砂浆。根据密度不同可分为 低密度(250～350 g/L)、中等密度(350～450 g/L)和高密度(600～750 g/L)。应用场合主要包括室内隐蔽场合、钢结构、混凝土隧道内衬、石化、户外使用以及芯片车间在内的各类场合。由于不同场合,包括室内、隧道、石化着火时、燃烧物质以及燃烧空间不同,导致火灾的温度—时间都不同,使得需要采用不同的防火涂料才能有效。本文将分别就建筑钢结构防火、隧道防火以及石化领域防火进行分别阐述。

聚合物对非膨胀型防火涂料的改性已经数十年了,早期国内外大多采用醋酸乙烯-乙烯乳液进行改性,而由于双组分施工的不方便性和效率较为低下, 致使国外主要防火涂料公司包括Cafco、Grace以及 PPG大多采用单组分形式,如粉末树脂进行改性,以提高其各类性能。本文还初步研究了可再分散乳胶粉对隧道防火涂料的改性作用。

一、火灾时温度时间曲线

根据燃烧的材料不同,可将火灾的温度上升方 式分为2大类：纤维材质燃烧曲线和烃类物质燃烧曲线。

纤维材质,典型的包括木材、纸张、毛制 品、棉花等,常见的标准温度－时间曲线包括： ①BS476Pts.20-24:1987-英国；②ASTM-119(UL263)-美国；③DIN4102-德国；④ISO834。这类温度-时间曲线用于表示纤维材质的燃烧 曲线,具有相对较慢的温度上升,60 min时,温度上升至945℃。而烃类物质着火时由于所处的空间不同,从而导 致不同温度－时间曲线。烃类物质(石油类),具有温度上 升迅猛的特点,4 min内温度即上升至900℃, 比纤维类物质燃烧的温度上升要快得多。因此, 典型的封闭空间(如隧道)和相对开放的空间(如石油炼油厂)就有不同的温度－时间曲线。相应的标准曲线包括：①Hydrocarbon标准曲线；②RWS 曲线。

碳氢火灾主要指的是那些由化学品或燃料(石 油或天然气),隧道火灾可以作为一个分支,一般可 假设为油罐车着火。但不同的是：测试的温度不是 常见的标准碳氢类物质着火的最高温度1 120℃, 而是1 300℃,见图1。

二、建筑钢结构厚质防火涂料

1、钢结构火灾特点

钢结构自身不燃,但极易导热。钢结构的耐火性能远较砖石和钢筋混凝土结构差。钢材的强度是温度的函数。当钢材的温度上升到某一值而使其失去支撑力,一般的临界温度为540℃,其屈服应力仅 有常温屈服应力的40％,致使承载能力急剧下降。火灾温度大多在800～1 200℃之间,在火灾发生的15 min内,火场温度即可高达700℃以上。裸露的 钢构件只要十几分钟就因达到其耐火极限而丧失承载能力,钢结构不可避免地发生变形,导致建筑物一部分或全部垮塌毁坏。一般采用典型的纤维材质燃烧温度－时间曲线,常见为ISO834曲线。

2、非膨胀型厚质钢结构防火涂料

厚质钢结构防火涂料一般多用于耐火极限要求 超过2 h以上的室内钢结构上,如高层民用建筑的 柱,一般工业与民用建筑中的支承多层的柱[4]。对于钢结构,低密度、中等密度、高密度均可 使用,但使用的场合不同。低密度性由于自身强度 相对降低,适用于隐蔽工程,类型包括水泥基和石膏 基。但低密度型具有单位面积更佳的经济性：达到 同等的耐火等级厚度更薄。中等密度防火材料具有 优异的室内耐久性,可施工于外露场合、水泥基,耐湿气性能优异、耐空气侵蚀、耐磨损性优和抗冲击性好；能承受交通震动、高湿度和冷凝水；适用场合包括高层商业办公大楼、交通终端、大会所、停车场、轻型加工厂、游泳池等。由于中等密度防火 砂浆具有比低密度型更好的附着力和耐久性,高层建筑钢结构防火涂料越来越偏向中等密度型,这一 点和国内采用标准相符。高密度型,强度很高,具有优异的耐水性和耐候性(包括温湿和冻融等),使其可应用于室外暴露或长期潮湿场合；适合场合:高科技清洁车间、交通终端、健身房等,也可以作为车间预涂装。

对于有底漆的钢结构,在施工防火涂料之前,要 确认和防火涂料的附着力以及进行耐火性测试；对 于施工在钢结构下面的防火涂料,必须等屋顶完成 施工和屋顶不再作为 运输通道后,方可施工；对于 WINDOWS OF KNOWLEDGE容易弯曲的钢结构,要求防火涂料需要更好的弯曲 不开裂性,常采用钢丝网加固和掺入大量的乳液改 性剂,以获得较好柔韧性。达到长期的使用性能(包 括户外使用或发生震动区域),也需要钢丝网进行加 固保持,以确保长期不脱落和开裂。

户外钢结构防火涂料常和防腐蚀底漆配套使用, 底漆包括环氧底漆、带锈底漆、醇酸底漆,但对于这 类底漆,由于不耐碱,通常需要在施工一道界面剂,以 达到隔离目的。同样可以和一些高耐候面漆一起配 套使用,提高耐候性和装饰性。典型的中低密度钢结 构防火涂料,如LG、Cafco 300、Cafco 400等。 所有钢结构防火涂料必须满足国家标准钢结构 防火涂料要求(GB14907-2002)的性能要求。

三、隧道防火涂料

1、隧道火灾特点

虽然混凝土具有较好的耐热性,但温度超过 380℃,混凝土强度下降；一旦超过800℃,将不再 有可见的抗压强度。一旦火被灭后冷却,混凝土强 度将进一步变差。混凝土在急剧高温下,里面的液 态水变成水蒸气,一旦水蒸气的压力超过混凝土自 身的强度,爆裂将发生。混凝土强度越高,即使在较 低温度下,也容易爆裂,这主要是高密度和低孔隙率 造成的。强度越高,临界温度越低,高强度混凝土的 临界温度为200～250℃。降低温度上升速率,将可 以避免爆裂。在快速升温的热冲击下混凝土保护层 损失严重,当温度超过350℃,混凝土强度下降；当 温度超过250℃,内衬的加强钢筋强度下降。同时, 隧道的连接件和密封件遭破坏,导致漏水,隧道甚至 很可能被淹[9－12]。

隧道一旦发生火灾,生命可能受到如下危险：

(1)浓烟的呛吸导致窒息；

(2)燃烧的产物如CO 2 、COHCN等的吸入,而导致中毒；

(3)产生难以忍受的高温和热对流；

(4)同时还会由于能见度差、停电、交通的堵塞、混凝土的部分坍塌物,而导致人员疏通受阻。

在隧道主要防止的是烃类火灾,由于是狭窄空间的燃烧,因此采用标准曲线为RSW曲线。国外规定：混凝土不爆裂,要求混凝土界面的温度不超过250℃。

2、隧道防火涂料

隧道防火涂料是近年才开始在我国研究与应用 的,因而尚无制定隧道防火涂料行业或国家标准。 我国《铁路工程设计防火规范》规定：隧道的建筑 材料主体及附层结构的耐火极限不应小于4.0 h。 目前用于隧道防火涂料除了少量的膨胀型无机防火 涂料外,基本上都属于轻质隧道防火涂料。蛭石/水 泥均为无机、不可燃；燃烧时,不产生浓烟和有毒 气体。由于在火灾时蛭石/水泥并没 有被火消耗掉, 因此可以提高二次保护。能经受机械震动和风压, 同时无机材料具有良好的耐水粘结性。蛭石/水泥类由于多孔,当隧道内湿度较高,还 能吸收潮气；当隧道较为干燥时,还能释放水汽,可 作为湿度的调节材料；它在作为地铁隧道防火材 料同时,还可满足降噪功能。

对于此类隧道防火涂料,可在其上面施工一道面 漆,以提高耐冲洗性能和光反射。施工隧道涂料,第 一道采用乳液进行 改性,获得所谓的key coat(界面 层),干燥后,再进行单组分大面积喷涂施工。国外一 般要求8 mm以内,不需要采用加固措施。15 mm以 上需要进行加固(钢丝网,一般采用六角涂塑钢丝网 以及机械锚固),以防开裂和剥落[6],以获得更长的使 用期限。待防火涂料干燥后,才能进行装饰涂料的施 工。此类装饰性涂料最好采用无溶剂型或水性。典 型隧道防火涂料,如Fendolite MII和150－2。

四、石油化工防火涂料

1、石油化工火灾特点

属于钢结构防火范畴,但特殊在于火灾前期, 属于一般的烃类火灾,而后,由于烃类的泄漏,一旦 温度超过所谓的BLEVE(boiling liquid Expanding Vapor Explosion),将发生爆炸。即由Pool fire(1 100℃),变成JET Fire(1 500℃),此时的热流 (heat flux)可达350 kW/m2。这对涂料的冲击更大。发生在石化或油气加工场合的碳氢物质火灾, 在着火的数分钟内温度上升至1 100℃,未经保护 的钢结构将可能在短时间,由于强度的丧失而发生 坍塌,更严重的发生爆炸。

2、石油化工防火涂料

防火涂料可以使得一旦着火后,储罐壳数小时 内保持温度较低,可使得消防人员有足够的时间去 破灭火情。一旦施工后,由于自然地老化,液化气的 输 入和输出,可使得储罐的体积发生约5％的体积膨 胀和收缩。这种应力交变将对表面的防火涂料的危 害将是致命的,因此采用机械加固将变得不可缺少, 通常使用六角形钢丝网或菱形条进行编织加固[14]。 对于户外石化钢结构防火涂料,常和防腐蚀底 漆以及装饰性高耐候面漆配套使用,面漆包括脂肪 族聚氨酯、氟碳涂料以及环氧-硅氧烷涂料[6]。典 型的石油化工防火涂料,如Steelguard CM4702。

五、可再分散乳胶粉在无机非膨胀防火 涂料中的应用

施工后所使用的环境对防火涂料的耐久性影响 很大,通常包括：耐磨损、老化、干湿冻融循环、 潮湿、冲击、工业气体、盐雾、气流速度、紫外线 和震动等。怎样有效地抵抗这些因素对防火涂料的 影响,除了合理的施工和措施外,采用聚合物改性已 经被广泛认可[5]。

无机非膨胀涂料的主要组成包括粘结料(普硅 水泥、高铝水泥和石膏),阻燃剂(石膏粉或其他内 含结晶水物质如矾土、高岭土)、轻质填料(膨胀蛭 石、聚苯颗粒、膨胀珍珠岩、海泡石、粉煤灰漂珠 等),纤维(硅酸铝纤维、玻璃纤维、海泡石纤维),聚 合物(包括乳液和可再分散乳胶粉),填料以及其他助 剂,如缓凝剂、促进剂、纤维素醚、引气剂等。可再分散乳胶粉对轻质砂浆的改性作用以及 在轻质保温砂浆等得到广泛的应用和认可。它在 提高轻质砂浆的粘接强度、耐水强度、耐冻融循 环、抗压强度、施工性和后期防开裂性等均有很 大的提高。

六、结语

单组分无机非膨胀涂料以其独有的性能,将会 在高层建筑、公共建筑、石油化工工业、隧道等场 合得到充分的认可和应用。采用可再分散乳胶粉改 性防火涂料,将更加有效的提高涂料安全性的同时, 还大大提高了施工速度。