防火涂料的现状及发展趋势.pdf

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1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/防火涂料的现状及发展趋势刘军军(公安部四川消防研究所,四川 都江堰611830)摘要:对防火涂料的现状进行了分析,并对各种防火涂料的特点进行了比较,阐述了其防火机理,根据社会实际需求,提出了发展新型防火涂料的技术和方向。关键词:防火涂料;防火机理;阻燃剂涂料是指呈流动状态(液状或可液化粉末),能均匀涂覆且能牢固地附着在被涂物体表面,并对被涂物起装饰、保护或其它功能(作用)的成膜物质。防火涂料,又叫阻燃涂料,它是一种涂刷在

2、木材、纤维、纸、塑料等易燃建筑基材或涂于电缆、金属构件的表面,起防火保护和装饰作用的专用涂料6。1防火涂料发展早在罗马时代,人们就用木材浸涂醋和粘土浆来进行阻燃处理。1873年,发明了在水性漆和油性漆中加入石灰、氢氧化钾、硫酸铝和普通盐作为建筑的防火涂料。1884年,开始使用锑化合物作为阻燃剂。1936年,开始了卤素碳氢化合物与锑化合物混合体系的使用,至今该体系仍被广泛使用。1889年,人们提出用硼酸盐。1933年,有人提出使用硅等无机非膨胀型防火涂料。1948年,A lbi公司取得了膨胀型防火涂料的专利,这是防火涂料一个突破性的进步。1965年,美国M onsanto公司开发出聚磷酸胺,取代

3、了原来使用的易水溶的磷酸盐。至此,防火涂料进入了快速发展的时期。20世纪70年代初,膨胀型防火涂料发展成三大系统:磷酸一铵、二铵系统,磷酸蜜胺系统和聚磷酸胺系统6。80年代初期,国外钢结构防火涂料产品开始进入我国市场,并在工程上应用。国内最早开展防火涂料研制工作的是公安部四川消防研究所,并在70年代研制出膨胀型丙烯酸饰面型乳胶防火涂料。在此基础上,于80年代初研制出电缆用A 60-1改性氨基膨胀防火涂料,1984年研制出L G钢结构防火隔热涂料。之后,薄涂型、超薄型钢结构防火涂料等产品也陆续问世1。目前,我国一些科研、设计、大学等单位相继开展了防火涂料的研制工作。据不完全统计,国内防火涂料的科

4、研、生产和施工单位已发展到200多家10。2防火涂料的类别及特点防火涂料按其功能和适用对象可分为饰面型防火涂料、钢结构防火涂料、电缆防火涂料、油罐及石油输送管道用防火涂料、钢筋混凝土楼板用防火涂料、隧道用防火涂料、海上及石油化工建筑用防火涂料等。其中以饰面型防火涂料、钢结构防火涂料、电缆防火涂料应用最为普遍。随着我国隧道的不断建设和发展,隧道防火涂料也呈现快速增长的趋势。目前,由于永久性阻燃制品、阻燃及耐火电缆的不断增加,使饰面型防火涂料与电缆防火涂料总体用量呈下降趋势10。211饰面型防火涂料饰面型防火涂料是一种集装饰和防火于一体的防火涂料品种,主要应用于木质基材或其它可燃材料的防火保护。当

5、其按一定的涂覆比涂覆于可燃基材上时,平时可起到一定的保护和装饰作用,火灾发生时,则能在火焰或高温烟气的作用下膨胀并形成具有一定厚度的防火隔热保护层,阻止火势蔓延。饰面型防火涂料按照国标GB 1244121998饰面型防火涂料通用技术条件 进行检验。2.2电缆防火涂料电缆防火涂料具有良好的柔韧性,与电缆表面有良好的附着力,主要应用于电缆间或电缆井中铺设的电线电缆的防火保护。将其涂覆于电缆表面,遇火时能形成均匀致密的海绵状泡沫防火隔热层,防止火灾的蔓延和发展,从而达到保护电缆的目的。电缆防火涂料按照公共安全行业标准GA 18121998电缆防火涂料通用技术条件 进行检验,该标准规定电缆防火涂料的燃

6、烧性能采用GB 1266616290成束电缆燃烧试验方法(等效采用IEC 33223)。2.3钢结构防火涂料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远较砖石结构和钢筋混凝土结构为差。钢材的机械强度随温度的升高而降低。当钢材的温度升高到某一值而失去支撑能力,这一温度值定义为该钢材的临界温度。一般,常用建筑钢材82刘军军:防火涂料的现状及发展趋势2004年第11期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/的临界温度为540。建筑火灾的火

7、场温度大多在8001200之间,在火灾发生的几分钟后,其温度就可达到钢材的临界值2,使裸露的钢构件失去承载能力,导致建筑物垮塌。钢结构防火涂料涂喷在钢构件表面,起防火隔热保护作用,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。钢结构防火涂料根据所用的溶剂分类,可分为溶剂型和水基型钢结构防火涂料;根据防火机理分类,可分为膨胀型和非膨胀型;根据施工厚度,可分为:厚涂型(H类)、薄涂型(B类)和超薄型钢结构防火涂料(CB类);从其使用场所分类,可分为室内和室外钢结构防火涂料。钢结构防火涂料的耐火性能以涂覆钢构件的涂层厚度和相应耐火极限来表示。H类涂层厚度一般745 mm

8、,耐火极限可达015310 h;B类涂层厚度一般37 mm,耐火极限可达0152 h;CB类涂层厚度一般3 mm以下,耐火极限可达015115 h12。实际检测中发现,钢结构防火涂料的耐火极限与涂料本身的特性有关,与涂层厚度并非成线性关系,涂层越厚,不一定耐火极限越高。图1为国家防火建材质检中心得到的三类钢结构防火涂料对同一钢梁的涂层厚度耐火时间特征曲线。钢结构防火涂料按照国标GB 1490722002钢结构防火涂料 的要求进行检测。该标准于2002年8月正式实施,与1994年版的标准相比作了较大的调整。新标准主要对室外涂料及超薄型涂料专门规定了试验方法与性能要求,并对室外涂料规定了耐久性检验

9、,各类涂料新增腐蚀性技术要求,取消了抗弯性、抗震性、热导率等技术要求。新标准无疑更符合当前钢结构防火涂料的生产和应用实际。图1钢结构防火涂料涂层厚度耐火时间特征曲线目前,钢结构防火涂料代表性的产品有:国内的“SD22”、“TN2L G”防火涂料,涂层厚度分别为2716mm和3915 mm时,耐火极限达2128 h和2153 h;“SD21”、“LB”防火涂料,当涂层厚度分别为513 mm和714 mm时,耐火极限达1162 h和2105 h;“SCB”、“SCA”防火涂料,当涂层厚度分别为2169 mm和116mm时,耐火极限达147m in和63m in。国外的产品如英 国Grace Con

10、struction Products的“M onoketeFireproofing U K26”,防火涂层厚度4717 mm,耐火极限215 h;美国美商华人企业股份有限公司的“AD”防火涂料,涂层厚度3317 mm,耐火极限3 h;德国Herberts的“W ater Based 38320”防火涂料,涂层厚度2163 mm,耐火极限63 m in;38091型防火涂料,涂层厚度2142 mm,耐火极限124 m in;英国的“N ullifire”防火涂料,涂层厚度2124 mm,耐火极限106 m in等等6。2.4隧道防火涂料我国在20世纪90年代,才开始真正根据有关隧道设计规范,设计

11、、建造隧道,而隧道防火涂料的应用,则是从2001年前后开始的11。隧道防火涂料的作用是保护隧道中的钢筋混凝土结构及强度在耐火极限内不被破坏,从而减少维修费用,缩短工程修复时间。美国国家标准和测试协会(N IST)的研究报告表明:尽管混凝土本身具有良好的抗热性,但当混凝土达到一定的温度时,其强度开始下降,普强混凝土温度达到300时,强度损失为10%20%,温度达600时,强度损失为60%75%;高强混凝土(HSC)在450时,抗压强度损失达到40%,当温度达到600时,抗压强度损失约为75%11。火灾扑灭后,混凝土冷却时,其强度将进一步降低。火灾中,随着温度的升高,隧道内混凝土强度不断降低,混凝

12、土内结合水变成蒸汽膨胀,产生压力,导致混凝土表层发生爆裂。同时,当钢筋表面的温度超过250时,钢筋的强度也开始下降。英伦海峡隧道火灾中,损害最严重的地方,由于混凝土的爆裂脱落,原来450 mm厚的混凝土只剩下了40 mm11。隧道火灾具有升温速率快,温度较高的特点,为了保证隧道防火涂料的耐火性能与实际火灾情况相符,922004年第11期消 防 技 术 与 产 品 信 息 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/在测试其耐火极限时不宜采用传统的ISO 834规定的

13、时间2温度曲线,应采用反映隧道火灾真实情况的隧道火灾类时间2温度曲线。以下是世界各国研究出的主要隧道火灾类时间2温度曲线与其它类型火灾升温曲线的区别:图2不同类型火灾的时间-温度曲线其中,RW S曲线是荷兰TNO实验室得出的模拟隧道内油罐车燃烧的时间2温度曲线4,RABT曲线是德国得出的模拟隧道内卡车燃烧的时间2温度曲线,HC Eurocodel是欧盟采用的碳氢化合物类火灾时间2温度曲线5。国内隧道防火涂料目前还没有相应的国家或行业标准,只有企业标准,其性能指标一般按照公共安全行业标准GA 98预应力混凝土楼板防火涂料通用技术条件 进行检验。现在GA 98正在修订,修订后的标准名称拟改为GA

14、98混凝土结构防火涂料,将新增隧道防火涂料的试验方法和性能要求。隧道防火涂料除满足耐火性能要求外,还必须满足隧道应用环境的要求,例如隧道的潮湿环境要求隧道涂料应具有较好的耐水性,隧道所处的强风和震动环境,要求隧道涂料粘接性要好。国外隧道防火涂料的生产已有30余年的历史,其主要生产商是CA FCO国际公司和CERAM ICOA T有限公司。根据隧道环境实际情况和隧道防火设计需要,2001年公安部四川消防研究所成功研究开发出了环保型隧道防火涂料,据国家防火建材质检中心的检验报告:该隧道防火涂料按碳氢化合物类升温曲线检测,涂层厚度为20 mm时,耐火极限达到180 m in,按ISO 834升温曲线

15、检测,涂层厚度为13mm时,耐火极限可达210 m in3。大量实验结果表明,由于隧道防火涂料本身具有良好的隔热性能,它可以有效地降低混凝土的升温速率,从而可以避免混凝土的爆裂,对隧道结构起到很好的防火保护作用。3防火涂料的阻燃机理3.1非膨胀型阻燃机理根据热传导方程Q=A T?L(其中Q为单位时间内传递给基材的热量,A为系数,为涂层的热导率,T为涂层表面与基材间的温差,L为防火涂层的厚度)。可见,要达到好的防火隔热效果,非膨胀型防火涂料的热导率越低、涂层越厚越好。非膨胀型防火涂料,又叫防火隔热涂料,多为蛭石水泥系、矿纤维水泥系、氯氧化镁水泥系等无机体系,涂层厚度一般为8mm50 mm,耐火极

16、限可达30 m in180 m in6,其作用机理的关键在于其中各组分一般具有不燃性、低导热性,并且容重轻。因此涂层具有很低的导热性并且轻质,施工时多采用喷涂(也可抹涂),涂层较厚。在发生火灾时,能有效地减低热量的传递,具有较好的耐火隔热性能。该类防火隔热涂料由于耐火极限高,常用作建筑结构保护,如厚涂型钢结构防火涂料和隧道防火涂料。3.2膨胀型阻燃机理膨胀型防火涂料是防火涂料家族中的主要类型。它在受火时,由于组分间的相互协合作用,涂层膨胀发泡形成泡沫层,泡沫层不仅隔绝了氧气,而且有良好的隔热性能,能有效地阻滞热量向基材的迅速传导。此外,涂层膨胀形成泡沫隔热层的过程是吸热反应,使体系的温度降低,

17、因而其阻燃防火效果显著。为了防止涂料中有机物质产生火焰,往往还加入一些阻燃剂,如常用的氯化石蜡、四溴双酚A、FR22等,这类阻燃剂分解会放出卤素元素,中止燃烧反应6。目前国内外防火涂料的研制绝大多数都是采用“膨胀型”这条技术路线7,8,近几年来,国内膨胀型防火涂料产品主要涉及到油溶型、水乳胶型以及水性无机型等系列。4防火涂料的发展趋势防火涂料正随着整个涂料行业向“五E”方向迈进,即提高涂膜质量(Excellence)、方便施工(Easy ofapplication)、节 省 资 源(Econom ics)、节 省 能 源(Energy saving)、生态平衡(Ecology)。以下几类防火涂

18、料的研究开发充分体现着防火涂料发展的新趋势。4.1透明防火涂料透明防火涂料是一种很有潜力的饰面型防火涂料,主要用于木结构古建筑的防火保护,木质家具及其它木制品的防火保护。应用于木质基材或其它可燃材料的透明防火涂料,既有良好的防火性能,又能保持基材的原貌,起到装饰作用,且具备良好的耐候性,长时间不变色,耐刷洗。4.2功能复合型钢结构防火涂料金属腐蚀是人们面临的一个十分严重的问题。粗03刘军军:防火涂料的现状及发展趋势2004年第11期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.

19、http:/略估计,全世界每年因腐蚀而报废的金属达1亿吨以上,经济损失占国民经济总产值的115%315%。因此开发功能复合型防火涂料如防腐蚀钢结构防火涂料也是目前防火涂料领域的一个研究热点。4.3适用于室内外的水性超薄型钢结构防火涂料为了避免环境污染,保护生产和施工人员的身体健康,绿色、环保、健康的水性超薄型钢结构防火涂料的研究势在必行。水性超薄型钢结构防火涂料概括地说,就是以水作溶剂,将成膜物、防火阻燃剂、填料、助剂等分散其中的防火涂料体系。因此,水性超薄型钢结构防火涂料的生产、运输、施工和使用等过程均避免了有机溶剂,从而杜绝了挥发性有机物的产生,避免环境污染,保护人类的身体健康。4.4纳米

20、技术(防火涂料)、纳米乳液防火涂料、纳米颜填料纳米的小尺度效应会使材料的性能发生突变,研究纳米技术(防火涂料)、纳米乳液防火涂料、纳米颜填料可改善涂料表面成膜物性能,改善防火涂料的防火性能和理化性能,减少阻燃剂用量,降低成本,属防火涂料高新技术。5结束语综上所述,防火涂料是一类重要的消防安全产品,主要应用于火灾危险性极大而必须进行防火保护的建筑物、构筑物、化工设备及其它重要设施,产品的质量直接关系到国家和人民生命财产的安全。目前,我国生产各类防火涂料的企业已发展到二百家以上,新兴企业还在不断涌现,其中部分企业已通过了ISO 9000质量体系认证,已形成产业化规模。因此,根据我国经济发展的现状和

21、社会的需要,在国内外现有技术水平的基础上,结合国家的消防法规和规范的要求,加强绿色、环保、清洁、高效阻燃技术的研究,深入开展新型防火涂料的研发,并取得突破性进展,是广大消防科技工作者在新世纪所面临的重大任务之一。参考文献:1 赵宗治.我国防火涂料的发展.阻燃材料与技术,1997,(5).2 李风,覃文清.钢结构防火保护2钢结构防火涂料.2001上海钢结构防火技术国际研讨会暨第一届全国钢结构防火技术研讨会,中国上海,2001:6068.3 毛朝君等.环保型隧道防火涂料的研究.消防技术与产品信息,2002,(7):66269.4 RW S?TNO.Fire Protction for Tunnel

22、s.GT298036,TNOreport982CVB2R116.TNOBuildingandConstruction 1998.5 Eurocode 1,Part 2.7:A ction on Structures,1994.BSI.6 覃文清,李风.材料表面涂层防火阻燃技术,化学工业出版社,2004.7 Falconer D F&Cihom sky J,Intumescent fire Protectionaddsdecorativeflairtosteelstructures.Paint&Coatings Ind.(U S)1993,Vol 9 No 10,38240.8 JP 02220

23、2968(1990).9 Fire2resistanceTests2elementsofBuildingConstruction,ISO2834275(E).10国家防火建筑材料质量监督检验中心.2002中国防火建材产品技术手册.四川科学出版社,2003年.11国际隧道研讨会及公路建设技术交流大会,大会快报第6版,北京,11?07?2002.12GB1490722002,钢结构防火涂料.收稿日期:2004208216;修回日期:2004210220作者地址:四川省都江堰市外北街226号电话:(028)87132035(上接第17页)分析,可积极应用于古建筑的防火保护工作。顺应全球防火、阻燃技术

24、及其产品的发展趋势,无卤、不发烟、不滴落、保温隔热的新型材料在未来古建筑物的防火保护工程上,亦将扮演重要的角色。防火安全管理体系特殊用途新旧群院落独立风景区不同城镇生活起居生产储存宗教专用文物等级国家级世界级省级图2文物古建筑的分类方式4结语综上所述,古建筑物是全人类的财富,对其进行科学的防火保护是全民的责任。以新的认识、新的理念和先进的现代科学防火对策来积极面对当前古建筑物防火安全问题,并采取有效措施,落实政府领导、齐抓共管、专群结合、群防群治的基本要求,确保古建筑物的消防安全。我们有责任、有义务保护好这些人类文化的遗产和瑰宝,使之代代相传,流芳人世。3此文转载自 2004古建筑消防安全论文专集作者地址:山西省太原市桃园南路115号132004年第11期消 防 技 术 与 产 品 信 息