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摘要：钢结构防火涂料在我国最近几年发展迅猛，本文简单介绍了钢结构的防火要求、防火涂料的种类及其防火原理。着重讲述了最新超薄型防火材料及其良好的发展趋势，并指出防火涂料研发所面临的耐久性、稳定性、安全性问题。最后对钢结构防火涂料的研究进展做出了总结。
关键词：钢结构；防火涂料；超薄型防火涂料；发展趋势
概述
钢结构作为现代建筑工程中较普遍的结构形式之一，就因为它的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。虽然钢结构具有诸多优点，但却有一个重大弊病：不耐火。钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力、发生很大的形变、导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。为克服钢材这一弱点，就须对钢结构进行必要的防火处理，以便将钢结构中各建筑构件的燃烧性能及耐火极限提高到规范要求范围。
1.钢结构防火的要求
在国家标准《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）、《高层民用建筑设计防火规范》（2015版）中，对建筑物的耐火等级及相应的构件的耐火极限作出了具体的规定：在设计和施工过程中只要保证各钢结构构件的耐火极限能够达标即可。
2.钢结构防火的方法
现有的钢结构防火的方法有很多种，主要有两个方面的防火：失火前的防火和失火后保护措施。失火后的保护措施主要是疏导法。失火前的防火从原理来分主要可以分为屏蔽和喷涂法。
屏蔽法是将钢结构设置在耐火材料里，然后在特殊部位设置防火屏障，将火源隔开。这样将会加重钢结构自重，不利于高层、大型建筑。
疏导法允许热流量传到钢构件上，然后设法把热量导走或消耗掉，从而使构件温度不致于升高到临界温度。
喷涂法是直接将防火涂料涂在钢结构的表面，这个方法最经济有效，而且不会加重钢结构本身的自重，适用各种钢结构工程。
3.防火涂料、防火原理
防火涂料是用于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延，用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。其原理：
（1）防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触，延迟物体着火和减少燃烧的速度。
（2）防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。
（3）防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢。
（4）含氮的防火涂料受热分解出NO、NH3等基团，與有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。
3.1防火涂料的种类
防火涂料的分类方法很多种，根据基料的不同可分为有机和无机两大类；按其燃烧后的状态可分为膨胀型和非膨胀型两种；按涂层厚度将涂料分为超薄型（0～3mm）、薄型（3～7mm）及厚型涂料（7～50mm）三种
4.超薄膨胀型防火涂料及其发展
按厚度来分的防火涂料中，又以超薄型最为常见。传统的膨胀型防火涂料主要由聚磷酸胺为催化剂，季戊四醇为成炭剂、三聚氰胺为发泡剂组成的阻燃系统，再加上各种外添加剂、颜料的配制以适应不同的使用需求。超薄型钢结构防火涂料中的多数产品属于溶剂型，主要由基料、阻燃剂、颜填料、溶剂和稀释剂组成。该类防火材料有很强的粘结强度、耐候、耐水性好，在受热后会缓慢的膨胀并发泡形成一层致密坚硬的隔热层，从而使钢结构的内部温度降低在耐火极限一下，有效的保护钢材。这种超薄型的防火涂料涂层更薄，用量少，施工方便，装饰性能高。因此在此基础上开发复合型的超薄防火涂料成为行业的发展趋势。
目前国外的代表性防火涂料：英国的Nullitifer钢结构防火涂料；德国的佑民生和柏兹钢结构防火涂料；加拿大A/Dfirefilm防火涂料等。国内的产品主要有：四川消防科研制的SCB（溶剂）、SCA（水性）、LF（溶剂型）、L6（溶剂型）和SF（溶剂型）等超薄膨胀型钢结构防火涂料。
当前，由于中国加入世贸组织，在国际上的地位也是越来越高，面对地球生态环境、温室效应等问题的严峻，加之中国国情需要我们坚持可持续发展的方针。因此，钢结构防火涂料不可避免的将面临低碳和环保这一课题，为解决这一课题，就要求钢结构防火涂料生产工业从原材料生产、涂料生产、施工、残留物处理等全部过程的能耗、物耗、废物排放进行量化计算，特别是考察防火涂料燃烧产物的毒性，以达到全面评估钢结构防火涂料的环保指标。随着科技的发展，纳米、可膨胀石墨材料的开发与应用为钢结构防火涂料的发展注入了新的活力，可以利用纳米TiO2、TiO2、纳米SiO2和纳米Sb2O3具有的特殊效应、可膨胀石墨层间的插层物质（H2SO4）与石墨发生氧化还原反应放出气体，使石墨体积膨胀增大数百倍。这样新型材料提高钢结构防火涂料的阻燃性能，并最大限度地节约资源和能源，减少对生态环境的污染，推动钢结构防火涂料向环境友好型、无机水性和生态型的发展。
5.钢结构防火涂料应用的不足
5.1耐久性
由于超薄型防火涂料的厚度很薄，而且都暴露在空气当中，火灾的发生又是不可预测的，在发生火灾前的这段时间防火涂料或多或少的会分解、降解、老化以及受到室外酸雨、碳化、钢材挠曲变形等因素影响其耐久性。
5.2稳定性
超薄型防火材料的作用原理基于失火后高温中涂料发生剧烈的化学反应膨胀形成疏松，致密的炭化层，剧烈的化学方应使涂料防火隔热层成为非稳定的传热过程，同时又必须要求反应过程复杂，所以在苛刻的火灾环境中形成稳定性好的炭化层非常困难，加上高温情况下催化剂的催化作用降低，这样严重阻碍失火后防火涂料中的阻燃系统发挥作用。
5.3安全性
超薄膨胀性防火涂料在失火后可能释放出氨、HCN、NO、二氧化氮、CO、二氧化碳、卤化氢、CL等有毒有害气体，，这些有毒气体对未及时逃离火场人员及消防灭火人员产生危害。
因此，防火涂料这些方面的不足之处也给未来的研究制造加重的难度。未来的产品也应该具有更耐久、更稳定、更安全的方向发展。
6.结论
虽然我国钢结构防火涂料的开发研究要比工业发达国家晚20年左右，但就普遍采用的主要指标防火性能而言，发展速度较快。目前，我国超薄型钢结构防火涂料的防火性能普遍较高，然而在耐久性、稳定性和安全性能上仍需进一步提高，因此在研究提高防火性能的同时应着重改善其综合性能。另一方面，研究开发无毒低污染的高性能防火涂料已成为科研重点，因此对水性型以与新型（石墨、纳米）超薄膨胀型型钢结构防火涂料进一步研究具有重要意义。（作者单位：重庆交通大学土木建筑学院）
参考文献：
[1]闫超.钢结构研究综述安防科技，2010：24-36.
[2]施丽彦.钢结构防火重庆建筑大学学报，2002，24（2）：15-18.
[3]邹华春，颜家桃.超薄型钢结构防火涂料的研究进展广东化工，2010，37（203）：16-17.
[4]张浩，王智懿.纳米材料在钢结构防火涂料中的应用及前景涂料工业，2012，42（6）：76-80.
[5]黄志强.钢结构防火涂料的应用现状和发展方向轻工科技，2012，8（165）：24-25.
关键词：钢结构；防火涂料；超薄型防火涂料；发展趋势
概述
钢结构作为现代建筑工程中较普遍的结构形式之一，就因为它的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；材料匀质性和各向同性好，属理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可有较大变形，能很好地承受动力荷载；建筑工期短；其工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。虽然钢结构具有诸多优点，但却有一个重大弊病：不耐火。钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力、发生很大的形变、导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。为克服钢材这一弱点，就须对钢结构进行必要的防火处理，以便将钢结构中各建筑构件的燃烧性能及耐火极限提高到规范要求范围。
1.钢结构防火的要求
在国家标准《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）、《高层民用建筑设计防火规范》（2015版）中，对建筑物的耐火等级及相应的构件的耐火极限作出了具体的规定：在设计和施工过程中只要保证各钢结构构件的耐火极限能够达标即可。
2.钢结构防火的方法
现有的钢结构防火的方法有很多种，主要有两个方面的防火：失火前的防火和失火后保护措施。失火后的保护措施主要是疏导法。失火前的防火从原理来分主要可以分为屏蔽和喷涂法。
屏蔽法是将钢结构设置在耐火材料里，然后在特殊部位设置防火屏障，将火源隔开。这样将会加重钢结构自重，不利于高层、大型建筑。
疏导法允许热流量传到钢构件上，然后设法把热量导走或消耗掉，从而使构件温度不致于升高到临界温度。
喷涂法是直接将防火涂料涂在钢结构的表面，这个方法最经济有效，而且不会加重钢结构本身的自重，适用各种钢结构工程。
3.防火涂料、防火原理
防火涂料是用于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延，用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。其原理：
（1）防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触，延迟物体着火和减少燃烧的速度。
（2）防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。
（3）防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢。
（4）含氮的防火涂料受热分解出NO、NH3等基团，與有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。
3.1防火涂料的种类
防火涂料的分类方法很多种，根据基料的不同可分为有机和无机两大类；按其燃烧后的状态可分为膨胀型和非膨胀型两种；按涂层厚度将涂料分为超薄型（0～3mm）、薄型（3～7mm）及厚型涂料（7～50mm）三种
4.超薄膨胀型防火涂料及其发展
按厚度来分的防火涂料中，又以超薄型最为常见。传统的膨胀型防火涂料主要由聚磷酸胺为催化剂，季戊四醇为成炭剂、三聚氰胺为发泡剂组成的阻燃系统，再加上各种外添加剂、颜料的配制以适应不同的使用需求。超薄型钢结构防火涂料中的多数产品属于溶剂型，主要由基料、阻燃剂、颜填料、溶剂和稀释剂组成。该类防火材料有很强的粘结强度、耐候、耐水性好，在受热后会缓慢的膨胀并发泡形成一层致密坚硬的隔热层，从而使钢结构的内部温度降低在耐火极限一下，有效的保护钢材。这种超薄型的防火涂料涂层更薄，用量少，施工方便，装饰性能高。因此在此基础上开发复合型的超薄防火涂料成为行业的发展趋势。
目前国外的代表性防火涂料：英国的Nullitifer钢结构防火涂料；德国的佑民生和柏兹钢结构防火涂料；加拿大A/Dfirefilm防火涂料等。国内的产品主要有：四川消防科研制的SCB（溶剂）、SCA（水性）、LF（溶剂型）、L6（溶剂型）和SF（溶剂型）等超薄膨胀型钢结构防火涂料。
当前，由于中国加入世贸组织，在国际上的地位也是越来越高，面对地球生态环境、温室效应等问题的严峻，加之中国国情需要我们坚持可持续发展的方针。因此，钢结构防火涂料不可避免的将面临低碳和环保这一课题，为解决这一课题，就要求钢结构防火涂料生产工业从原材料生产、涂料生产、施工、残留物处理等全部过程的能耗、物耗、废物排放进行量化计算，特别是考察防火涂料燃烧产物的毒性，以达到全面评估钢结构防火涂料的环保指标。随着科技的发展，纳米、可膨胀石墨材料的开发与应用为钢结构防火涂料的发展注入了新的活力，可以利用纳米TiO2、TiO2、纳米SiO2和纳米Sb2O3具有的特殊效应、可膨胀石墨层间的插层物质（H2SO4）与石墨发生氧化还原反应放出气体，使石墨体积膨胀增大数百倍。这样新型材料提高钢结构防火涂料的阻燃性能，并最大限度地节约资源和能源，减少对生态环境的污染，推动钢结构防火涂料向环境友好型、无机水性和生态型的发展。
5.钢结构防火涂料应用的不足
5.1耐久性
由于超薄型防火涂料的厚度很薄，而且都暴露在空气当中，火灾的发生又是不可预测的，在发生火灾前的这段时间防火涂料或多或少的会分解、降解、老化以及受到室外酸雨、碳化、钢材挠曲变形等因素影响其耐久性。
5.2稳定性
超薄型防火材料的作用原理基于失火后高温中涂料发生剧烈的化学反应膨胀形成疏松，致密的炭化层，剧烈的化学方应使涂料防火隔热层成为非稳定的传热过程，同时又必须要求反应过程复杂，所以在苛刻的火灾环境中形成稳定性好的炭化层非常困难，加上高温情况下催化剂的催化作用降低，这样严重阻碍失火后防火涂料中的阻燃系统发挥作用。
5.3安全性
超薄膨胀性防火涂料在失火后可能释放出氨、HCN、NO、二氧化氮、CO、二氧化碳、卤化氢、CL等有毒有害气体，，这些有毒气体对未及时逃离火场人员及消防灭火人员产生危害。
因此，防火涂料这些方面的不足之处也给未来的研究制造加重的难度。未来的产品也应该具有更耐久、更稳定、更安全的方向发展。
6.结论
虽然我国钢结构防火涂料的开发研究要比工业发达国家晚20年左右，但就普遍采用的主要指标防火性能而言，发展速度较快。目前，我国超薄型钢结构防火涂料的防火性能普遍较高，然而在耐久性、稳定性和安全性能上仍需进一步提高，因此在研究提高防火性能的同时应着重改善其综合性能。另一方面，研究开发无毒低污染的高性能防火涂料已成为科研重点，因此对水性型以与新型（石墨、纳米）超薄膨胀型型钢结构防火涂料进一步研究具有重要意义。（作者单位：重庆交通大学土木建筑学院）
参考文献：
[1]闫超.钢结构研究综述安防科技，2010：24-36.
[2]施丽彦.钢结构防火重庆建筑大学学报，2002，24（2）：15-18.
[3]邹华春，颜家桃.超薄型钢结构防火涂料的研究进展广东化工，2010，37（203）：16-17.
[4]张浩，王智懿.纳米材料在钢结构防火涂料中的应用及前景涂料工业，2012，42（6）：76-80.
[5]黄志强.钢结构防火涂料的应用现状和发展方向轻工科技，2012，8（165）：24-25.