防火涂料是指涂装在物体表面,可防止火灾发生,阻止火势蔓延传播或隔离火源,延长基材着火时间或增加绝热性能以推迟结构破坏时间的一类涂料。建筑防火是消防科学技术的一个重要领域,而防火涂料又是防火建筑材料中的重要组成部分。
我国防火涂料的发展,较国外工业发达国家晚15～20年,虽然起步晚,但发展速度较快。尤其是钢结构防火涂料,从品种类型、技术性能、应用效果和标准化程度上看,已接近或达到国际先进水平。近几年,其需求量成倍增长,这与钢结构建筑的迅速发展是分不开的。
按用途和使用对象的不同可分为:饰面型防火涂料、电缆防火涂料、钢结构防火涂料、预应力混凝土楼板防火涂料等。
1钢结构防火涂料
钢结构作为高层建筑结构的一种形式,以其强度高、质量轻,并有良好的延伸性、抗震性和施工周期短等特点,在建筑业中得到广泛应用,尤其在超高层及大跨度建筑等方面显示出强大的生命力。截止1990年底,世界上高200m以上的100栋超高层建筑中钢结构占了79%。改革开放以来,随着国际间技术交流与合作的加强,钢结构应用技术在我国得到了蓬勃发展,高层和超高层建筑迅速增长。据1995年的统计资料,我国建成的100幢超高层建筑中钢结构占37%,多数是近几年兴建的。随着我国城市规模的发展,钢结构在我国建筑业的应用具有非常广阔的前景。但由于钢结构自身不燃,钢结构的防火隔热保护问题曾一度被人们忽视。根据国内外有关资料报道及有关机构的试验和统计数字表明,钢结构建筑的耐火性能较砖石结构和钢筋混凝土结构差。钢材的机械强度随温度的升高而降低,在5000℃左右,其强度下降到40%～50%,钢材的力学性能,诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降,很快失去支撑能力,导致建筑物垮塌。因此,对钢结构进行保护势在必行。钢结构防火涂料刷涂或喷涂在钢结构表面,起防火隔热作用,防止钢材在火灾中迅速升温而降低强度,避免钢结构失去支撑能力而导致建筑物垮塌。早在20世纪70年代,国外对钢结构防火涂料的研究和应用就展开了积极的工作并取得了较好的成就,至今仍是方兴未艾。80年代初国外钢结构防火涂料就进入中国市场,在工程上应用。从80年代初,我国也开始研制钢结构防火涂料,至今已有许多优良品种广泛应用于各行各业。
2薄涂型钢结构防火涂料
涂层厚度在3～7mm的钢结构防火涂料称为薄涂型钢结构防火涂料。该类涂料受火时能膨胀发泡,以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的升温,保护钢构件。这类钢结构涂料一般是用合适的乳胶聚合物作基料,再配以阻燃剂、添加剂等组成。
对这类防火涂料,要求选用的乳液聚合物必须对钢基材具有良好附着力、耐久性和耐水性。常用作这类防火涂料基料的乳液聚合物有苯乙烯改性的丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液、偏氯乙烯乳液等。对于用水性乳液作基料的防火涂料,阻燃添加剂、颜料及填料是分散到水中的,因而水实际上起分散载体的作用,为了使粒状的各种添加剂能更好地分散,还加入分散剂,如常用的六偏磷酸钠等。该类钢结构防火涂料在生产过程中一般都分为3步:第一步先将各种阻燃添加剂分散在水中,然后研磨成规定细度的浆料;第二步再用基料(乳液)进行配漆;第三步在浆料中配以无机轻质材料、增强材料等搅拌均匀。该涂料一般分为底层(隔热层)和面层(装饰层),其装饰性比厚涂型好,施工采用喷涂,一般使用在耐火极限要求不超过2h的建筑钢结构上。
3厚涂型钢结构防火涂料
厚涂型钢结构防火漆是指涂层厚度在8～50mm的涂料,这类防火涂料的耐火极限可达0.5～3h。在火灾中涂层不膨胀,依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性,延缓钢材的升温,保护钢件。这类钢结构防火涂料采用合适的粘结剂,再配以无机轻质材料、增强材料。与其他类型的钢结构防火涂料相比,除了具有水溶性防火涂料的一些优点之外,由于它从基料到大多数添加剂都是无机物,因此成本低廉。该类钢结构防火涂料施工一般采用喷涂,多应用在耐火极限要求2h以上的室内钢结构上。但这类产品由于涂层厚,外观装饰性相对较差。
4超薄型钢结构防火涂料
超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度不超过3mm的钢结构防火涂料,这类防火涂料受火时膨胀发泡,形成致密的防火隔热层,是近几年发展起来的新品种。它可采用喷涂、刷涂或辊涂施工,一般使用在要求耐火极限2h以内的建筑钢结构上。与厚涂型和薄涂型钢结构防火涂料相比,超薄型膨胀钢结构防火涂料黏度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好。在满足防火要求的同时又能满足高装饰性要求,特别是对裸露的钢结构,这类涂料是目前备受用户青睐的钢结构防火涂料。公安部消防科研所研制出的“SCB”(溶剂型)和“SCA”(水性)超薄膨胀型钢结构防火涂料,涂层厚度分别为2.69mm和1.6mm,耐火极限分别为147min和63min;“LF”(溶剂型)和“L6”(溶剂型)超薄钢结构防火涂料,涂层厚度分别为2mm和3mm,耐火极限分别为94min和90min;德国Herberts公司的“WatetBase”38320型钢结构防火涂料(水性),涂层厚度为2.63mm,耐火极限为63min;38091型钢结构防火涂料(溶剂型),涂层厚度为2.42mm,耐火极限为124min;英国“Nullifire”钢结构防火涂料(溶剂型),涂层厚度为2.24mm,耐火时间为106min;江苏兰陵公司的“SF”(溶剂型)和“ECB”(水性)超薄型钢结构防火涂料,涂层厚度为2.07mm和1.6mm,耐火极限分别为150min和44min。总而言之,由于国内研究超薄型钢结构防火涂料的时间还较短,对涂膜的防火性能及理化性能研究虽然进展较快,但是要提出效果优异的适合于室外应用的超薄型钢结构防火涂料,还需要在其耐候性方面作进一步研究。
国外的钢结构防火涂料已向着超薄、超耐候性能、装饰性能优良的方向发展,并参照欧洲老化试验标准方法进行了耐候性实验,耐候性能优良,其涂膜的耐候性能满足室外使用的要求。所以为了赶上或超过国外同类产品,满足市场的需要,研制和开发高耐候性的室外超薄型钢结构防火涂料是今后发展的方向。
