鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)新技術(shù)

魯消防技術(shù)鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)新技術(shù)公安部上海消防科學(xué)研究所（200032）邊福利陳棟梁商德民隨著大型鋼結(jié)構(gòu)建筑的日益增多，鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)越來越受到人們的關(guān)注。硬硅鈣板包敷鋼構(gòu)件的防火保護(hù)方法具有強(qiáng)度高、隔熱性能好、施工方便、無環(huán)境污染、耐久等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的鋼結(jié)構(gòu)耐火保護(hù)方式本文介紹了硬硅鈣板的生產(chǎn)工藝、技術(shù)性能及施工方法，探討了這種防護(hù)方法的特點(diǎn)及推廣前景。

　　硬硅鈣板鋼結(jié)構(gòu)防火施工方法1前言大型鋼結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)工期短，收益快，是建造廠房、庫房、商場(chǎng)等首選的建筑結(jié)構(gòu)形式之一據(jù)1995年的統(tǒng)計(jì)資料，我國建成的100幢超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)占了7%，如北京156.4米高的國貿(mào)中心，183.5米高的京城大廈，上海365米高的金貿(mào)大廈，深圳310米高的地王大廈等。可以預(yù)測(cè)，隨著城市規(guī)模的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在我國建筑業(yè)的應(yīng)用具有非常廣闊的前景。

　　鋼結(jié)構(gòu)建筑具有耐火性能差的致命弱點(diǎn)。在未進(jìn)行防火處理的情況下，其本身雖然不會(huì)起火燃燒，但火災(zāi)時(shí)，強(qiáng)度會(huì)迅速下降，一般結(jié)構(gòu)溫度達(dá)到350C、500C、600C時(shí)，強(qiáng)度分別下降1/3 1/22/3據(jù)理論計(jì)算，在全負(fù)荷情況下，使鋼結(jié)構(gòu)失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500C左右，而一般火場(chǎng)溫度達(dá)到800-1000°C，在這樣高的溫度下，裸露的鋼結(jié)構(gòu)會(huì)很快出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生局部破壞，造成鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌失效。

　　2鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)方法對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)材料，無論采取何種方法都應(yīng)具備以下幾點(diǎn)：（1）安全無毒；（2）易于與鋼構(gòu)件結(jié)合；（3）在預(yù)期的耐火極限內(nèi)可有效地保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)；（4）在鋼構(gòu)件受火后發(fā)生允許變形時(shí)，防火保護(hù)材料應(yīng)不至破壞而仍能保持原有的保護(hù)作用；（5）經(jīng)濟(jì)合理2.1噴涂法目前，我國在大型鋼結(jié)構(gòu)防火工程中常采用噴涂法，這種方法有利于梁柱結(jié)點(diǎn)及桁架的處理，但施工時(shí)對(duì)環(huán)境略有污染防火涂料包括以無機(jī)材料為主的厚型非膨脹涂料，或以有機(jī)材料為主的薄型、超薄型膨脹涂料。厚型防火涂料的噴涂厚度一般在10~40mm，耐火極限可達(dá)0.5-3h，甚至更長時(shí)間。由于厚型防火涂料的成分多為無機(jī)材料，因此其防火性能穩(wěn)定，長期使用效果較好，但其單位重量較大，涂料組分的顆粒較大，涂層外觀不平整，影響建筑的整體美觀，因此大多用于結(jié)構(gòu)隱蔽工程而薄型、超薄型防火涂料的噴涂厚度一般-10mm，耐火極限亦可達(dá)0.5- 2h，有些性能較好的涂料即使很薄也可達(dá)到1.0~1.5h的耐火極限。因此某些結(jié)構(gòu)需要暴露、荷載量要求苛刻的鋼結(jié)構(gòu)建筑常采用薄型、超薄型防火涂料。但薄型、超薄型防火涂料的耐火極限不高，對(duì)于耐火極限要求超過2.0h的鋼構(gòu)件，其使用受到限制。而且薄型防火涂料多屬于有機(jī)膨脹型，由于有機(jī)材料的老化而導(dǎo)致涂料防火性能的降低也是一個(gè)不容忽視的問題，因此薄型防火涂料長期使用的防火穩(wěn)定性需進(jìn)行深入的研究2包敷法鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)技術(shù)中用普通粘土磚、混凝土作鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)層，因保護(hù)層太厚，增加了建筑物荷載，目前采用的比較少。國外一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如英國、丹麥、德國、日本等國較多采用無機(jī)防火板材對(duì)大型鋼構(gòu)件進(jìn)行箱式包裹，如石膏板、蛭石板、無石棉硅酸鈣隔熱板等，包板的厚度根據(jù)耐火極限的要求而定。

　　這種方法具有施工方便、裝修面平整光滑、成本低、損耗小、無環(huán)境污染、施工周期短、耐老化等優(yōu)點(diǎn)，推廣前景好，是鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)新的發(fā)展方向。

　　我國從80年代中期著手研宄無石棉硅酸鈣制品，目前生產(chǎn)的硅酸鈣保溫材料主要有三類，一類是托背莫來石（5CaO.6Si2.60）型硅酸鈣保溫材料，最高使用溫度為650C；另一類是硬硅酸鈣石（6Ca0.6Si（h.H2O）型硅酸鈣保溫材料，其最高使用溫度為1100C；最后一類是托背莫來石和硬硅鈣石混合晶型的制品，最高使用溫度介于650~1100C之間。由于硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料可以耐1000C以上的高溫，因而使用硬硅鈣板對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行包敷是一種理想的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)新技術(shù)3硬硅鈣板的生產(chǎn)工藝及性能1生產(chǎn)工藝硬硅鈣板的原料主要有硅質(zhì)原料和鈣質(zhì)原料?？捎米鞴栀|(zhì)原料的有粉狀石英砂、硅藻土、硅灰、膨潤土、稻殼灰等；鈣質(zhì)原料包括生石灰、消石灰及電石渣等。

　　生產(chǎn)硬硅鈣板，一般先將硅質(zhì)原料和鈣質(zhì)原料在）高壓（2MPa）條件下經(jīng)過動(dòng)態(tài)水熱反應(yīng)制備成硬硅鈣石活性漿料，反應(yīng)過程為然后在料漿中加入耐堿玻璃纖維、棉紙漿纖維等增強(qiáng)材料，攪拌均勻后壓濾成型。再將成型后的濕坯烘干，硅質(zhì)原料鈣質(zhì)原料助劑、水安裝方法（見）制成容重小、導(dǎo)熱系數(shù)低的硬硅鈣板。

　　硬硅鈣板的生產(chǎn)工藝路線如下：增強(qiáng)纖維混合―活性漿料壓制成型成品<干燥3.2國內(nèi)外主要產(chǎn)品的技術(shù)性能①硬硅鈣板技術(shù)性能指標(biāo)檢驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)依據(jù)抗折強(qiáng)度，MPa線收縮率，最高使用溫度，°c耐火極限不燃性A級(jí)②國內(nèi)外主要產(chǎn)品的技術(shù)性能項(xiàng)目中國德國丹麥日本型號(hào)GF防火板KB防火板密度，kg抗壓強(qiáng)度，MPa抗析強(qiáng)度，MPa線收縮率，%最高使用溫度，°c耐火極限，h（30mm板）燒失量，從上表可見，目前國內(nèi)生產(chǎn)的硬硅鈣板己達(dá)到國際先進(jìn)水平，可滿足鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的要求4鋼構(gòu)件的防火保護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)鋼構(gòu)件種類、外形、安裝部位、防火要求的不同，需要有不同的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和施工方法，科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)安裝結(jié)構(gòu)，對(duì)耐候性能有很大的影響。即使同一種板材，保護(hù)相同的鋼構(gòu)件，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同，會(huì)得到迥然不同的結(jié)果，科學(xué)的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)會(huì)大大提高鋼結(jié)構(gòu)的耐候性能一般用板材保護(hù)鋼構(gòu)件的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。

　　4.1鋼梁的保護(hù)結(jié)構(gòu)：是用硬硅鈣板保護(hù)鋼梁的示意圖，內(nèi)襯100 mm寬X25mm厚的結(jié)合縫條，硬硅鈣板通過自攻螺絲固定在結(jié)合縫條上，硬硅鈣板厚15mm和20mm，鋼構(gòu)件耐火極限2.0h下列圖是不同安裝部位的鋼梁的包敷方式：2鋼柱的保護(hù)結(jié)構(gòu)：安裝方法I（見）直接包敷鋼柱（D> 12mm）包敷在輕鋼龍骨上是硬硅鈣板直接包敷鋼柱的結(jié)構(gòu)示意圖。板材通過自攻螺絲固定，板材厚度15mm和20mm鋼構(gòu)件耐火極限2.是硬硅鈣板包敷在輕鋼龍骨上的結(jié)構(gòu)示意圖。輕鋼龍骨規(guī)格為40（20（0.6mm或以上板材通過自攻螺絲固定在輕鋼龍骨上，板材厚度15mm和20mm鋼構(gòu)件耐火極限2.0h下列~①鋼柱②硬硅鈣板，15mm厚③硬硅鈣板，20mm厚④結(jié)合縫條⑤自攻螺絲0是不同形狀鋼柱的包敷方式：構(gòu)件的耐候性能和施工性是評(píng)價(jià)耐火保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否先進(jìn)、科學(xué)合理的主要考核指標(biāo)，好的耐火保護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有施工方便、快捷、高效和耐候性能好等優(yōu)點(diǎn)，在具體施工過程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求和條件選擇合適的施工方式5結(jié)論硬硅鈣板是代表90年代國際先進(jìn)水平的理想鋼結(jié)構(gòu)耐火保護(hù)新型裝飾防火板材，特別適用于高層（超高層）高級(jí)寫字樓、高級(jí)賓館、大型商業(yè)中心、娛樂中心、計(jì)算機(jī)房、大型工業(yè)廠房、庫房等鋼結(jié)構(gòu)建筑及防火重點(diǎn)區(qū)域的防火保護(hù)和裝飾工程。

　　硬硅鈣板以CaO和Si2為主要原料，經(jīng)高溫高壓水熱反應(yīng)，配以增強(qiáng)纖維壓制成型，具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、隔熱性能好、尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，可任意鋸、釘、鉆、削、刨等加工，可直接在工廠或現(xiàn)場(chǎng)鋸裁，現(xiàn)場(chǎng)拼接組裝，施工方便。該板材無毒，不含石棉，在高溫或發(fā)生火災(zāi)時(shí)不產(chǎn)生有害氣體。其主要成分為硬硅鈣石，理化性能穩(wěn)定，可長期使用，為半永久性材料，可確保耐火性能幾十年基本不變，它的耐候性能是鋼結(jié)構(gòu)防火涂料所無法比擬的。

　　用硬硅鈣板保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)具有施工方便、損耗少、效率高、不受季節(jié)和氣候影響、無環(huán)境污染、施工費(fèi)用低、耐久等優(yōu)點(diǎn)，必將成為設(shè)計(jì)部門、施工單位和用戶的首選方案之一，推廣應(yīng)用前景看好。