薄型鋼

建築物的發展方向是高層和大跨度，鋼結構以其強度高，重量輕，延伸性好，施工方便等優點，而廣泛套用於建築業。雖然鋼結構材料在火災中能燃燒，但其承載能力和結構強度會隨著自身溫度的上升而迅速下降，當溫度達到一定極限值時，建築鋼結構材料的強度會明顯下降甚至失去對建築物的承載能力。所以實用中必須對鋼結構實施嚴格的防火保護。而薄型鋼防火塗料是指塗層厚度大於3mm且小於或等於7mm的塗料。

基本介紹

• 中文名：薄型鋼
• 外文名：Light gauge section steel
• 科目：土木工程
• 工藝：表面處理方法研究等
• 分類：厚度大於3mm且小於或等於7mm
• 套用：裝飾建築

基本概念

在薄型鋼結構水性防火塗料配方設計研究中，防火塗料的施工工藝研究也很重要，施工工藝條件對塗料的使用性能和裝飾性有重要影響。鋼結構防火塗料應由經過培訓合格取得資質的專業施工隊進行施工，施工中的安全技術和勞動保護等要求，應按國家現行有關規定執行;施工現場質量管理應有相應的施工技術標準、質量管理體系、質量控制及檢驗制度、施工方案等技術檔案。防火塗料的施工是使塗料在被保護物件表面形成所需塗膜的過程，防火塗料對被保護基材表面的裝飾、保護以及功能性作用是以其在物件表面所形成的塗膜來體現。

薄型鋼結構水性防火塗料的施工工藝研究包括3方面內容：被保護基材鋼結構表面處理方法研究、施工環境對塗裝效果影響的研究和施工工藝研究。

鋼結構的特點與運用

建築物的發展方向是高層和大跨度，鋼結構以其強度高，重量輕，延伸性好，施工方便等優點，而廣泛套用於建築業。雖然鋼結構材料在火災中能燃燒，但其承載能力和結構強度會隨著自身溫度的上升而迅速下降，當溫度達到一定極限值時，建築鋼結構材料的強度會明顯下降甚至失去對建築物的承載能力。

以在建築中廣泛使用的普通低碳鋼材力學性能隨溫度的變化為例：實驗表明，當鋼材溫度在3500C以下時，由於藍脆現象，材料極限強度甚至略有提高，但超過3500C，強度開始降低，溫度達到500 0C時，材料強度下降到50%， 6000C時下降到30%。鋼材的屈服點隨溫度也成反比關係，當溫度達到500 0C時只有常溫的50%。鋼材彈性模量也與溫度成反比關係，但下降的幅度比強度。鋼材的延伸率和截面收縮率與溫度升高成正比關係，高溫中鋼材塑性更好，更易發生材料變形。高溫中，鋼材料遇火15min左右就出現急劇軟化，而導致建築物整體結構不具修復性垮塌。

鋼結構的防火保護及原理方法

裸露鋼結構的耐火極限僅為15min，但是現行防火標準的耐火極限要求卻高達1.5~3h，實用中必須對鋼結構實施嚴格的防火保護。對鋼結構可施用的具體保護方法有很多，從原理上講分為兩大類，即疏導法和截流法：

截流法

截流法的原理是火災產生的熱量和構件之間截斷或隔離，從而使構件在安全規定時間內溫度低於材料臨界溫度。在鋼構件表面塗覆高性能保護材料，火災產生的高溫緩慢傳遞到保護材料，進而更慢地傳給鋼構件，由於塗覆材料具備隔熱性能，其導熱係數很小而熱容又較大。吸收熱量的同時，阻隔熱量到達鋼構件，從而在規定時間內保護了鋼構件，截流法在操作中又可分為禁止法、水噴淋法、包封法、噴塗法等。

禁止法是使用耐火材料牆體把鋼構件裹覆在內，主要適用於層蓋鋼結構的保護；水噴淋法是將噴淋供水管網設定在鋼結構建築頂部，火災時感應噴水，在構件表面形成一層穩定的高熱容的水膜，阻隔熱量並且有較好滅火作用；包封法則是使用耐火材料把構件直接包裹起來，包封材料有阻燃石棉、防火混凝土、耐火磚等;噴塗法是將專用防火塗料噴塗於鋼構件表面，形成防火塗層。

疏導法

疏導法原理與截流法完全相反，允許熱流量傳到鋼構件上，繼而再迅速把熱量導走或消耗掉，使鋼構件溫度低於應力臨界溫度，對鋼構件提供有效保護。疏導法主要使用水冷卻法，該法是使用特製的空心封閉鋼構件，鋼構中充滿水，水把火災時火源導向鋼構件的熱量吸收，再利用水的蒸發或循環把熱量轉移走，從而可以使構件溫度控制在100℃左右，從理論效果講，這是鋼結構保護效果最優秀的方法，但是鋼結構由此增加了自重，空心結構可能存在強度等問題。為防止材料鏽蝕或水凍結膨脹，還應在水中加入阻銹劑和防凍液等，這些都是較難解決的問題，阻止了這類方法的實際使用。

綜上，在鋼構件上直接噴塗防火塗料是最合適、最實用、最經濟、最方便的方法。將專用的防火塗料噴塗在建築鋼構件外表面，起隔熱保護作用，減緩建築鋼材在火災中升溫速率而保持支撐強度，避免建築物發生災難性垮塌，為人們進行消防救火爭取更多時間，最大程度的減少火災帶來的人員財產損失。

鋼結構防火塗料的分類

鋼結構防火塗料可按以下方法進行分類：從塗料阻燃機理可分為膨脹型和非膨脹型防火塗料。從使用範圍可分為室內和室外防火塗料，室內鋼結構防火塗料是指用於建築物室內或隱蔽工程的鋼結構表面的防火塗料;室外鋼結構防火塗料專用於建築物外部及露天工程的鋼結構構架表面，要求其耐水、耐候等理化性能優秀。從防火塗料分散用的溶劑來分，可分為溶劑型和水性防火塗料。

下文主要以塗層厚度分類介紹厚型、薄型、超薄型三類防火塗料。

厚型無機鋼結構防火塗料

該類防火塗料工程套用己經不多了，塗層厚度7mm且小於或等於45mm，火災中主要利用無機材料的難燃性、熱導率低或塗層中材料的吸熱分解性能，延緩建築鋼材升溫，從而為火災救援贏取時間。這類防火塗料主要選擇水玻璃、矽溶膠、耐火水泥等作為粘結劑，再配合膨脹珍珠岩、膨脹蛙石、高嶺土、矽粉、粉煤灰等無機阻燃材料和矽酸鋁纖維、陶瓷纖維、玻璃纖維等增強材料。材料成本低廉。一般用於耐火極限需要達到2h的鋼結構防火保護。

厚型鋼結構防火塗料有諸多優點。無機材料是厚塗型鋼結構防火塗料的主要成分，成本低廉，施工要求低;厚塗型防火塗料在火災中釋放出有害煙氣很少，對環境危害相對較小；耐火極限要比其他類型防火塗料的耐火極限長，適合承重的柱材鋼結構建築。但是，厚塗型鋼結構防火塗料的塗層厚重，導致相應的粘結力不足；厚塗型鋼結構防火塗料的裝飾效果差，塗層表面粗糙，不適用外觀要求高的鋼結構建築。

但是無機材料的諸多優點必須加以開發套用，本文即從這方面著手，將膨脹層的思想融入到新配方中，開發了薄型無機膨脹鋼結構防火塗料。

薄型膨脹鋼結構防火塗料

薄型膨脹鋼結構防火塗料以水溶型為主，施工中塗層厚度一般在3-7mm之間，裝飾和理化性能較好，在火災中以膨脹發泡所形成的膨脹層阻隔鋼材和火源，保護建築鋼構件。這一類防火塗料多由乳液聚合物（如丙烯酸及醇酸類乳液等）作基料粘結劑，再加入阻燃材料、塗料添加劑以及纖維材料等組成。該型防火塗料，對基材有良好的附著力，塗層本身有良好的耐久性和耐水性。飾面性比厚型防火塗料優秀，一般耐火極限為2h左右，噴塗是常採用的施工方法。一般可分為室內與室外套用兩種類型。

薄塗型鋼結構防火塗料性能處於超薄型和厚型之間。薄塗型鋼結構防火塗料相比厚塗型防火塗料，塗料本身質輕，塗層光滑，飾面功能好，施工手段多樣。該型配方塗層的抗震性能好、抗彎曲性能優秀，單位面積塗料省料，使用成本相對較低。同時這類型防火塗料也有固有的缺點，相對於厚塗型防火塗料的耐火極限時間不足，有機分散介質在生產、施工時會產生有害的氣體，對環境不友好。

超薄型膨脹鋼結構防火塗料

該體系防火塗料塗覆施工塗層厚度在3 mm以下，飾面性好且理化性能優秀，受熱時膨脹發泡形成高效隔熱的泡沫炭層，該膨脹層延緩被保護鋼材的升溫非常優秀，大大延長鋼構件的耐火時間。耐火極限要求在2.0h以內的建築鋼結構一般使用超薄膨脹型鋼結構防火塗料。由於塗層超薄，工程中使摻量較其他類型大大減少，從而降低材料摻量和工程量，又可以使鋼結構得到高效防火保護，是市場上廣泛套用的品種。

超薄型鋼結構防火塗料具有優異的粘結性能，流平性能優秀，表觀光滑，飾面性好。料漿粒度細、塗層超薄低於3 mm，施工方便，塗層乾燥快。塗層薄而摻量少，價格相對低廉。優點突出的同時它也有部分缺點，一般薄塗型防火塗料的缺點都不可避免；由於其耐候性能的不足，在室外鋼結構上的套用較少，在生產、施工中污染環境，阻燃中釋放大量有毒煙氣，危害人體健康，不符合綠色環保的未來趨勢。

鋼結構表面處理方法

被保護鋼基材的表面處理，是薄型鋼結構水性防火塗料施工的基礎工序。其目的是為塗膜與被保護鋼基材表面的附著創造一個良好的條件，同時還能提高和改善塗膜性能。鋼結構表面處理是整個塗裝工藝取得良好效果的一個關鍵環節。

表面處理的目的：第一，清除被塗物件表面的各種污垢，使塗層與被塗鋼基材表面很好地附著，以保證塗層具有優良的性能。污垢分為無機和有機污垢兩類，它們的存在不僅影響塗層外觀，嚴重的會使塗膜成片脫落；第二，修整被保護物件表面，除去存在的缺陷，提供防火塗料施工時需要的表面粗糙度，使塗刷時有良好的附著基礎。實踐表明:被塗物件表面合適的粗糙度為4~6級；第三，針對被保護鋼基材的不同材質採用不同的處理方法，以提高塗層的附著力和防腐蝕能力。

表面處理的方法多種多樣，應依據被塗鋼基材表面加工後的清潔和光潔程度，污垢的種類和特性以及污染程度等來選擇。屬於表面淨化處理的有除油、除銹、除舊漆;屬於化學處理的有磷化、鈍化處理。

除油

去除金屬工件表面的油污，可增強各種塗料的附著力。根據油污情況，選用成本低、溶解力強、毒性小和不易燃的溶劑。常用的溶劑有200“石油溶劑油、松節油、三氯乙烯、四氯乙烯、四氯化碳、二氯甲烷、三

氯乙烷、三氟三氯乙烷等。

除銹

徹底清除鋼材表面的銹垢，以延長塗膜的使用壽命，不同的鋼鐵器件表面有不同的除銹標準。除銹方法主要有：

(1)手工打磨除銹，是最簡單、古老的除銹方法。它能除去鬆動、翹起的氧化皮，疏鬆鏽蝕及其他污物。

(2)機械除銹，藉助於機械力的衝擊與摩擦作用，清除鋼材表面的氧化皮、銹層、舊漆層及焊渣等。其特點是操作簡便，效率比手工除銹有所提高。常用的除銹設備有：鋼板除銹機，鋼材在一對快速轉動的金屬絲滾筒問通過，靠絲刷與鋼材表面的快速摩擦，除去鋼材表面的鏽蝕層；手提式鋼板除銹機，由電動機通過軟軸帶動鋼絲輪與鋼材表面摩擦而除銹;滾筒除銹機，靠滾筒轉動使磨料同鋼材表面相互衝擊、摩擦而除銹。此外，噴砂除銹也是一種重要的除銹方式。

(3)化學除銹，通常稱為酸洗，是以酸溶液促使鋼材表面銹層發生化學變化並溶解在酸液中，而達到除銹目的。常用浸漬、噴射、塗覆3種處理方式。

(4)除銹劑除銹，既可在酸性條件下進行，也可在鹼性條件下進行，前者還適合於除油、磷化等綜合表面處理。