钢结构的防火防腐技术.ppt

钢结构的防火防腐技术钢结构的防火防腐技术 11 钢结构的防火钢结构的防火 1.1 1.1 钢结构防火保护技术原理钢结构防火保护技术原理 1.2 1.2 钢构件的耐火极限钢构件的耐火极限 1.3 1.3 防火保护材料防火保护材料 1.4 1.4 防火措施与构造防火措施与构造 2 钢结构的防腐钢结构的防腐 2.1 2.1 钢结构腐蚀的特点钢结构腐蚀的特点 2.2 2.2 钢结构的防腐措施钢结构的防腐措施21 钢结构的防火钢结构的防火 钢材耐火性能差，它的机械性能，如屈服点、抗拉强度及弹钢材耐火性能差，它的机械性能，如屈服点、抗拉强度及弹性模量，随温度升高而降低，因而出现强度下降、变形加大等问性模量，随温度升高而降低，因而出现强度下降、变形加大等问题。试验研究表明，低碳钢在题。试验研究表明，低碳钢在200以下时拉伸性能变化不大，但以下时拉伸性能变化不大，但在在200以上时弹性模量开始明显减小，以上时弹性模量开始明显减小，500时弹性模量时弹性模量E值为常值为常温的温的50，近，近700时时E值则约为常温的值则约为常温的20。屈服强度的变化大。屈服强度的变化大体与弹性模量的变化相似，超过体与弹性模量的变化相似，超过300以后，应力一应变关系曲线以后，应力一应变关系曲线就没有明显的屈服台阶，在就没有明显的屈服台阶，在400 500时钢材内部再结晶，使强度时钢材内部再结晶，使强度下降明显加快，到下降明显加快，到700时屈服强度已所剩无几。所以钢材在时屈服强度已所剩无几。所以钢材在500时尚有一定的承载力，而到时尚有一定的承载力，而到700时则基本失去承载力，故时则基本失去承载力，故700被认为是低碳钢失去强度的被认为是低碳钢失去强度的临界温度临界温度。3 1.1 1.1 钢结构防火保护技术原理钢结构防火保护技术原理 应用防火涂料涂覆在钢基材表面对钢结构构件进行防火隔热应用防火涂料涂覆在钢基材表面对钢结构构件进行防火隔热保护，其原理为：一是涂层对钢基材起屏蔽作用，隔离了火焰，保护，其原理为：一是涂层对钢基材起屏蔽作用，隔离了火焰，使钢构件不直接暴露在火焰或高温之中；二是涂层吸热后，部分使钢构件不直接暴露在火焰或高温之中；二是涂层吸热后，部分物质分解出水蒸气或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温物质分解出水蒸气或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用；三是涂层本身多孔轻质或受热度和燃烧速度、稀释氧气的作用；三是涂层本身多孔轻质或受热膨胀后形成炭化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了膨胀后形成炭化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材受热后温度升到极限温度的时间。钢基材受热后温度升到极限温度的时间。41.2 1.2 钢构件的耐火极限钢构件的耐火极限 构件耐火极限是指构件在耐火试验中，从受到火的作用构件耐火极限是指构件在耐火试验中，从受到火的作用时起，到失去稳定性或完整性或时起，到失去稳定性或完整性或绝热性止，这段抵抗火作用绝热性止，这段抵抗火作用的时问。根据建筑设计防火规范的时问。根据建筑设计防火规范(GBJ 16一一1987)、高、高层民用建筑设计防火规范层民用建筑设计防火规范(GB 50045-1995)，石油化工，石油化工企业设计防火规范企业设计防火规范(CB 501601992)等国家规范对各类建等国家规范对各类建筑构件的燃烧性能耐火极限的要求，钢构件的筑构件的燃烧性能耐火极限的要求，钢构件的耐火极限耐火极限不应不应低于低于下表的规定下表的规定51.3 1.3 防火保护材料防火保护材料 (1)防火涂料。防火涂料。膨胀型防火涂料膨胀型防火涂料又称为薄涂型涂料，涂层厚度又称为薄涂型涂料，涂层厚度一般为一般为27mm，有一定的装饰效果，所含树脂和防火剂只在受，有一定的装饰效果，所含树脂和防火剂只在受热时有防火效果。当温度升至热时有防火效果。当温度升至150350时，涂层能迅速膨胀时，涂层能迅速膨胀510倍，从而形成保护层。倍，从而形成保护层。非膨胀型涂料非膨胀型涂料为厚涂型防火涂料，它由为厚涂型防火涂料，它由耐高温硅酸盐材料、高效防火添加剂组成，是一种预发泡高效能耐高温硅酸盐材料、高效防火添加剂组成，是一种预发泡高效能的防火涂料。涂层厚度一般为的防火涂料。涂层厚度一般为850mm，通过改变涂层厚度可以，通过改变涂层厚度可以满足不同的耐火极限要求。满足不同的耐火极限要求。(2)由厚板或薄板构成的外包层防火。常用的有由厚板或薄板构成的外包层防火。常用的有石膏板石膏板、水泥水泥蛭石板蛭石板、硅酸钙板硅酸钙板和和岩棉板岩棉板，使用时通过胶粘剂或紧固件固定在，使用时通过胶粘剂或紧固件固定在钢构件上，胶粘剂应在预计耐火时间内受热而不失去粘结作用。钢构件上，胶粘剂应在预计耐火时间内受热而不失去粘结作用。6 (3)外包混土保护层。可以现浇成型也可以用喷涂法，在外包层内外包混土保护层。可以现浇成型也可以用喷涂法，在外包层内埋设钢丝网或用小埋设钢丝网或用小截面钢筋加强以限制收缩裂缝和遇火爆裂截面钢筋加强以限制收缩裂缝和遇火爆裂71.4 1.4 防火措施与构造防火措施与构造 (1)钢柱。一般采用厚涂型钢结构防火涂料，其涂层厚度应钢柱。一般采用厚涂型钢结构防火涂料，其涂层厚度应满足构件的耐火极限要求。满足构件的耐火极限要求。施工喷涂时，节点部位宜作加厚处理。施工喷涂时，节点部位宜作加厚处理。对喷涂的技术要求和验收标准均应符合国家标准钢结构防火涂对喷涂的技术要求和验收标准均应符合国家标准钢结构防火涂料应用技术规程料应用技术规程(CECS24：1990)的规定。的规定。防火板材包裹保护：当采用防火板材包裹保护：当采用石膏板石膏板、蛭石板蛭石板、硅酸钙板硅酸钙板、岩岩棉板棉板等硬质防火板材保护时，板材可用胶粘剂或紧固铁件固定若等硬质防火板材保护时，板材可用胶粘剂或紧固铁件固定若柱子为开口截面柱子为开口截面(如工字形截面如工字形截面)，则在柱翼缘之间嵌入一块厚度较，则在柱翼缘之间嵌入一块厚度较大的防火材料作横隔板。当包覆层数等于或大于两层时，各层板大的防火材料作横隔板。当包覆层数等于或大于两层时，各层板应分别固定，板的水平缝至少应错开应分别固定，板的水平缝至少应错开500mm。8 外包混凝土保护层：可采用外包混凝土保护层：可采用C20混凝土或加气混凝土，混凝土内混凝土或加气混凝土，混凝土内宜用细箍筋或钢筋网进行加固，以固定混凝土，防止遇火剥落。宜用细箍筋或钢筋网进行加固，以固定混凝土，防止遇火剥落。钢丝网抹灰保护层：其做法是在柱子四周包以钢丝网，缠上细钢钢丝网抹灰保护层：其做法是在柱子四周包以钢丝网，缠上细钢丝，外面抹灰，边角另加保护钢筋。丝，外面抹灰，边角另加保护钢筋。另外，还可将钢柱包以矿棉毡另外，还可将钢柱包以矿棉毡(或岩棉毡或岩棉毡)，并用金属板或其他不燃，并用金属板或其他不燃性板材包裹起来。性板材包裹起来。(2)钢梁。钢梁的防火保护措施可参照钢柱的做法。当采用喷涂防钢梁。钢梁的防火保护措施可参照钢柱的做法。当采用喷涂防火涂料时，遇下列情况应在涂层内设置与钢构件相连的钢丝网：受冲火涂料时，遇下列情况应在涂层内设置与钢构件相连的钢丝网：受冲击振动荷载的梁；涂层厚度等于或大于击振动荷载的梁；涂层厚度等于或大于40mm的梁；腹板高度超过的梁；腹板高度超过1.5m的梁；粘结强度小于的梁；粘结强度小于0.05MPa的钢结构防火涂料。的钢结构防火涂料。(3)屋盖与中庭。采用钢结构承重时，其吊顶、面板、保温材料等屋盖与中庭。采用钢结构承重时，其吊顶、面板、保温材料等均应采用不燃烧材料，以减少发生火灾时对屋顶钢构件的威胁。屋顶均应采用不燃烧材料，以减少发生火灾时对屋顶钢构件的威胁。屋顶钢构件应采用喷涂防火涂料、外包不燃烧板材或设置自动喷水灭火系钢构件应采用喷涂防火涂料、外包不燃烧板材或设置自动喷水灭火系统等保护措施，使其达到规定的耐火极限要求。统等保护措施，使其达到规定的耐火极限要求。92.1 2.1 钢结构腐蚀的特点钢结构腐蚀的特点 在大气环境中，钢结构构件只要与水分和氧气同时直接接触，在大气环境中，钢结构构件只要与水分和氧气同时直接接触，就会在表面形成许多微小的阴极区和阳极区，使钢材的表面发生就会在表面形成许多微小的阴极区和阳极区，使钢材的表面发生电化学腐蚀。钢材表面的电化学腐蚀产物中，最初生侵入，所以，电化学腐蚀。钢材表面的电化学腐蚀产物中，最初生侵入，所以，钢材的锈蚀是连续不断的。另一方面，由于钢材在锈蚀过程中形钢材的锈蚀是连续不断的。另一方面，由于钢材在锈蚀过程中形成的许多锈坑，进一步增加了钢材与水分及氧气的接触表面积，成的许多锈坑，进一步增加了钢材与水分及氧气的接触表面积，加剧了锈蚀的速度，所以，钢材的锈蚀具有扩散性。空气湿度、加剧了锈蚀的速度，所以，钢材的锈蚀具有扩散性。空气湿度、空气中存在的硫化物、灰尘、煤尘及盐分的污染物等，均对钢结空气中存在的硫化物、灰尘、煤尘及盐分的污染物等，均对钢结构的腐蚀速度有影响。其中，空气相对湿度是影响钢结构腐蚀速构的腐蚀速度有影响。其中，空气相对湿度是影响钢结构腐蚀速度的主要因素，而且，当钢材表面出现腐蚀产物后，即使相度的主要因素，而且，当钢材表面出现腐蚀产物后，即使相10 对湿度较低，腐蚀过程也会加剧；气体及灰尘等污物对钢材腐蚀速度对湿度较低，腐蚀过程也会加剧；气体及灰尘等污物对钢材腐蚀速度的影响，主要是通过提高钢材表面水膜的导电性及增强钢材表面和腐的影响，主要是通过提高钢材表面水膜的导电性及增强钢材表面和腐蚀产物的吸湿性；大气环境中的氯化物气体、硫化物气体以及灰尘均蚀产物的吸湿性；大气环境中的氯化物气体、硫化物气体以及灰尘均会加剧钢结构的腐蚀。因此，会加剧钢结构的腐蚀。因此，在防腐设计时应充分考虑环境影响。在防腐设计时应充分考虑环境影响。112.2 2.2 钢结构的防腐措施钢结构的防腐措施 钢结构的防腐方法有以下几种：钢结构的防腐方法有以下几种：(1)改善钢材材性的防腐蚀方法。它改善钢材材性的防腐蚀方法。它是指在钢材中加入合金元素，以达到阻是指在钢材中加入合金元素，以达到阻缓钢材腐蚀的目的。在设计钢结构构件缓钢材腐蚀的目的。在设计钢结构构件时选用耐候钢等抗腐蚀能力强的钢材就时选用耐候钢等抗腐蚀能力强的钢材就属于这种方法。属于这种方法。(2)电化学防腐蚀保护方法。主要是电化学防腐蚀保护方法。主要是指指阴极保护法阴极保护法。从。从20世纪世纪50年代起，随年代起，随着阴极保护技术日趋完善，它已成为地着阴极保护技术日趋完善，它已成为地下钢铁设施保护的最重要、最经济的措下钢铁设施保护的最重要、最经济的措施。施。12 (3)在钢结构表面涂刷防腐涂层。这是目前钢结构防腐的主要措施在钢结构表面涂刷防腐涂层。这是目前钢结构防腐的主要措施之一，也是最经济和最简便的防腐方法。根据涂层组成材料的不同，之一，也是最经济和最简便的防腐方法。根据涂层组成材料的不同，其防护作用可以是阻隔性、电化学性及阻隔电化学复合性，通过涂其防护作用可以是阻隔性、电化学性及阻隔电化学复合性，通过涂刷或喷涂油漆的办法，在钢材表面形成保护膜，在涂料中加入锌粉、刷或喷涂油漆的办法，在钢材表面形成保护膜，在涂料中加入锌粉、铝粉，或在钢构件上喷镀锌、铝，能起到对钢材电化学保护的作用，铝粉，或在钢构件上喷镀锌、铝，能起到对钢材电化学保护的作用，使促进腐蚀的各种外界条件如水分、氧气等尽可能与钢材表面隔离开使促进腐蚀的各种外界条件如水分、氧气等尽可能与钢材表面隔离开来，从而阻止钢材锈蚀。来，从而阻止钢材锈蚀。13 把要保护的钢铁设备作为阴极，另外用不溶性电极作为辅助阳极，把要保护的钢铁设备作为阴极，另外用不溶性电极作为辅助阳极，两者都放在电解质溶液里，接上外加直流电源通电后，大量电子被两者都放在电解质溶液里，接上外加直流电源通电后，大量电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷（电子）的积累，强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷（电子）的积累，只要外加足够强的电压，金属腐蚀而产生的原电池电流就不能被输送，只要外加足够强的电压，金属腐蚀而产生的原电池电流就不能被输送，因而防止了钢铁的腐蚀因而防止了钢铁的腐蚀 141516171819 由于非膨胀性的防火涂料一般比膨胀型防火涂料的涂层厚，由于非膨胀性的防火涂料一般比膨胀型防火涂料的涂层厚，因而其单位面积用量大，使用成本高，装饰效果差，并且其防火因而其单位面积用量大，使用成本高，装饰效果差，并且其防火隔热效果不及膨胀型防火涂料，所以现在饰面性防火涂料和电缆隔热效果不及膨胀型防火涂料，所以现在饰面性防火涂料和电缆防火涂料和超薄型钢结构防火涂料的研究一般都走防火涂料和超薄型钢结构防火涂料的研究一般都走膨胀型膨胀型的技的技术途径术途径20 耐火极限耐火极限 Fire resistance rating 对任一建筑构件按时间一温度标对任一建筑构件按时间一温度标准曲线进行耐火试验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性准曲线进行耐火试验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用时为止的这段时间，用小时表示。被破坏或失去隔火作用时为止的这段时间，用小时表示。21