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耐火涂料在钢结构建筑防火中的应用研究

2025-08-03 18 上传者：管理员

摘要：钢结构在火灾中易失去承载能力，导致结构发生变形和坍塌，严重威胁建筑安全。为此，本文开展耐火涂料在钢结构建筑防火中的应用研究。先做好施工现场围护和钢结构构件表面清理等一系列施工准备工作，然后制备GO/MgAlCr-LDHs阻燃剂作为耐火涂料，最后将耐火涂料分层喷涂到钢结构构件表面，形成防火涂层，实现耐火涂料在钢结构建筑防火中的应用。测试结果表明，GO/MgAlCr-LDHs耐火涂料在钢结构建筑防火实际应用中，涂层黏结强度和防火性能优异，具有较大的应用价值。

关键词：
制备涂料
喷涂涂料
建筑防火
耐火涂料
钢结构建筑
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钢结构建筑因其强度高､施工速度快等优势,在我国高层建筑､大型厂房等领域得到了广泛应用｡然而,当火灾发生时,钢结构建筑的耐火性能极差,其机械强度随温度升高而迅速下降,当温度到达一定临界点时,钢结构建筑甚至可能发生坍塌,对人民生命财产安全构成严重威胁｡因此,提高钢结构建筑的耐火性能成为当前建筑防火领域亟待解决的问题｡传统的钢结构防火措施主要包括喷涂防火涂料､包裹防火板等｡其中,喷涂防火涂料因其施工简便､成本低廉等优点,成为钢结构建筑防火的首选方法,但是传统防火涂料耐火性能不够稳定,容易在火灾中脱落或开裂｡

近年来,众多学者针对钢结构防火材料开展研究,并已经取得一定研究成果｡如文献[1]采用一步水热法原位生长碳纳米管(CNTs)与二硫化钼(MoS2)的杂化物(CNTs@MoS2),将其作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料中制备新型防火涂料(CNTs@MoS2/WES),并对其应用性能进行分析｡然而该方法存在水热反应条件控制复杂､杂化物分散均匀性难以保证等问题｡再如文献[2]以可膨胀石墨和绢云母为阻燃材料,结合三聚氰胺､聚磷酸铵､季戊四醇膨胀阻燃体系,制备水性饰面型防火涂料,但该体系存在膨胀石墨易沉降､涂层机械性能下降等缺陷｡文献[3]开发了一种以环氧树脂为基体､聚磷酸铵为阻燃剂､硼酸锌为助熔剂的新型可瓷化膨胀防火涂料,虽然通过生蛭石粉和硅灰石填料改善了耐火性能,但存在固化温度高､工艺复杂等问题｡

基于此,本文将对耐火涂料在钢结构建筑防火方面的应用展开深度剖析,以制备基于GO/MgAlCr-LDHs复合阻燃剂的耐火涂料为依托,通过材料设计与工艺优化,实现涂层高黏结强度与优异防火性能的协同提升,从而为钢结构建筑的防火设计提供理论依据与实操建议｡

1、耐火涂料在钢结构建筑防火中的应用

1.1施工准备

钢结构建筑进行耐火涂料喷涂作业时,保障施工区域的安全及清洁程度至关重要｡在施工准备阶段,需对钢结构建筑的施工楼层开展全面的封闭管理｡精心挑选符合防火标准的阻燃细目网和阻燃布,利用专业的夹具和固定设备,将它们稳固地安装在施工区域,构建起可靠的防护屏障｡这样既能保证施工过程中不会有粉尘和杂物飞扬,又能切实保障施工人员的安全｡

为增强耐火涂料的附着效果,应对钢结构构件表面开展精细的清洁与干燥作业｡对于钢结构表面难以清除的污垢,可运用电动角磨机等机械打磨工具,并装配适当的磨片,依照既定转速与压力实施打磨操作,以保证污垢完全去除｡针对钢结构构件表面多数松散的污染物以及陈旧涂层,可借助高压水射流清洁装置,将水压调控至适宜区间,维持恰当的喷射角度与间距,从而高效清除污染物及老旧涂层[4]｡若钢结构构件表面沾染油脂或特定种类的污染物,需挑选具有针对性的化学清洁剂,依照规定浓度与比例进行调配,通过浸泡､刷涂或者喷涂等途径开展清洁工作｡清洁完毕后,用清水冲洗干净并进行干燥处理,流程如图1所示｡

图1清理干燥施工过程

完成钢结构建筑中各构件表面的全面清理后,需使用压缩空气吹干各构件表面水分,确保其干燥无尘｡总之,做好施工现场围护和钢结构构件表面清理干燥等一系列施工准备工作,以为后续耐火涂料喷涂施工奠定良好基础｡

1.2制备耐火涂料

做好一系列施工准备工作后,即可进行耐火涂料制备｡本文制备一种新型GO/MgAlCr-LDHs阻燃剂作为耐火涂料,制备过程中所用到的关键仪器的具体信息如表1所示｡

表1制备耐火涂料所用仪器设备信息

基于上述仪器,制备所需关键试剂的详细信息如表2所示｡

表2制备耐火涂料所用试剂详细信息

基于表2所示各试剂,本文采用水热法进行GO/MgAlCrLDHs阻燃剂制备,具体制备流程如图2所示｡

图2耐火涂料制备流程

如图2所示,首先,用洁净的量筒准确量取50ml自制氧化石墨烯溶液,缓慢倒入干燥洁净的烧杯中,接着加入50ml去离子水｡将烧杯放入超声波清洗机,设置超声功率为300W,期间每隔10min暂停并轻轻晃动烧杯,使氧化石墨烯充分破碎,形成均匀稳定的悬浮液[5]｡把超声处理后的悬浮液置于磁力搅拌器上｡按照硝酸镁､硝酸铝､硝酸铬的顺序依次加入悬浮液,每次加入试剂后,搅拌5~10min,待试剂完全溶解且悬浮液状态稳定后,再加入下一种试剂｡此过程中密切观察悬浮液透明度变化,确保金属离子均匀溶解｡当悬浮液完全透明时,用滴管逐滴加入NaOH溶液,同时用pH计实时监测溶液pH值,控制滴加速度,使pH值缓慢上升至10｡溶液变浑浊后,继续搅拌10min,确保MgAlCr-LDHs充分在氧化石墨烯表面原位生长｡将浑浊溶液转移至水热反应釜,密封好后放入鼓风干燥箱中,反应过程中保持干燥箱温度稳定,避免温度波动影响反应效果[6]｡反应结束后,待反应釜自然冷却至室温,小心开启反应釜,取出析出物｡将析出物放入高速离心机,离心10min,弃去上清液,保留沉淀物｡用去离子水反复冲洗沉淀物,直至洗涤溶液呈中性｡将洗涤后的沉淀物放入烘箱,在80℃下干燥12h｡干燥完成后,用玛瑙研钵将固相产品充分研磨至粉末状,即得到GO/MgAlCr-LDHs阻燃剂｡

1.3喷涂耐火涂料

完成GO/MgAlCr-LDHs耐火涂料制备后,将涂料粉末和水添加到NCP-60型专用涂料搅拌机中｡开启搅拌机,将涂料搅拌均匀,即可进行喷涂施工[7]｡综合考虑钢结构建筑的耐火涂料喷涂需求,本文选择T型挤压喷涂机作为施工设备,其关键技术指标参数如表3所示｡

表3PT型挤压喷涂机技术指标参数表格

采用PT型挤压喷涂机进行钢结构建筑内部的各构件耐火涂料的喷涂｡本文采用分层喷涂方式,具体来说:利用PT型挤压喷涂机先进行底层喷涂,喷涂距离为30cm,喷涂压力为0.3MPa,喷涂流量为1.5L/min｡在喷涂过程中,保持喷枪与喷涂表面垂直,以恒定速度左右移动喷涂机,确保涂层均匀无遗漏,其示意图如图3所示｡

图3耐火涂料喷涂示意图

底层喷涂作业结束后,应对施工区域实施封闭管理,防止外界因素造成干扰,随后静置12h,使底漆得以充分干燥固化,从而保障底漆与钢结构基材紧密贴合,构建出优良的附着基底｡之后,开展中间层喷涂工作,在此过程中,需将喷涂距离精确设定为40cm,喷涂压力稳定维持在0.5Pa,喷涂流量调节至2.5L/min,以此确保中间层涂料能够均匀覆盖｡中间层喷涂完毕后,需等待大约10h,让涂层充分干燥固化[8-10]｡最终,开展面层喷涂工作,将喷涂距离设定为50cm,喷涂压力提高至0.6Pa,喷涂流量增加至3.0L/min,以此让面层更为光滑､平整｡待三个涂层均完成喷涂后,需静置24h进行干燥固化｡随后,安排专业技术人员对喷涂区域展开全面且细致的检查工作,保证涂层不存在脱落､开裂等质量问题｡

2、实际应用

2.1工程概况

本文选取某具体钢结构建筑工程作为研究对象,该建筑总建筑面积约为5.2万m2,高度为120m,主体结构采用钢结构框架-核心筒体系,其钢材材质为Q345B,厚度范围为4~50mm｡基于《建筑内部装修设计防火规范》(GB50222-2017)中相关规定,该钢结构建筑不同部位的防火性能等级要求如表4所示｡

表4不同部位防火性能等级要求

为确保该钢结构建筑达到规定的防火性能等级要求,本文按照文中上述内容,制备GO/MgAlCr-LDHs耐火涂料,进行钢结构建筑防火处理｡

2.2结果分析

应用GO/MgAlCr-LDHs耐火涂料,完成实例钢结构建筑的防火处理后,为验证耐火涂料的喷涂质量,本文在钢结构建筑内部随机设置3个代表性测点,确保耐火涂料涂层完全干燥后,在干燥后的24h内,按照标准测试方法,采用万能材料试验机对各测点处的涂层进行黏结强度测试,记录各测点的黏结强度测试数据如图4所示｡

图4耐候涂料黏结强度

由图4数据可知,GO/MgAlCr-LDHs耐火涂料具备较高的黏结强度,并且在常温干燥后的24h内,各测量点的黏结强度持续增强｡GO/MgAlCr-LDHs耐火涂料的整体黏结强度处于1.48~1.68MPa的范围内,符合防火涂料施工的标准｡这显示出添加GO/MgAlCr-LDHs阻燃剂切实提升了涂层的黏结性能,有助于涂层在钢结构表面构建更为稳固的结合层,进而增强涂层的整体防火效能｡

为更深入验证耐火涂料于钢结构建筑里的防火效能,于各测量点位置,运用燃烧炉开展防火性能测试｡在测试进程当中,记录下涂层的升温曲线,具体如图5所示｡

图5耐候涂料防火性能

由图5结果可知,在燃烧环境下,涂抹了GO/MgAlCrLDHs耐火涂料的钢结构表面温度持续攀升,不过升温速率相对迟缓｡具体而言,在各个测量点,涂层的升温曲线均呈现出平稳态势,并且最高温度远远低于钢结构丧失承载能力的临界温度180℃｡这主要是由于,随着燃烧时长的增加,GO/MgAlCr-LDHs涂层表面逐步生成了致密的炭层结构,该结构有效阻隔了热量向钢结构内部的传导｡由此可见,添加GOMgAlCr-LDHs耐火涂料显著提升了涂层的防火效能,有利于钢结构建筑在火灾中维持更长时间的稳定性｡

3、结论

本文针对耐火涂料在钢结构建筑防火领域的应用展开研究,分析GO/MgAlCr-LDHs阻燃剂的制备过程以及该阻燃剂在防火涂料中的应用成效,得出以下结论:

1)成功研制出添加GO/MgAlCr-LDHs阻燃剂的耐火涂料,并对其喷涂施工工艺进行研究｡

2)实验结果显示,所研制的耐火涂料展现出卓越的粘结强度与防火效能,能够提升钢结构建筑的耐火时长｡

3)该研究不仅为钢结构建筑的防火设计开辟了新路径,还助力耐火涂料技术取得新进展｡未来,将持续开展研究,优化耐火涂料的性能,促进其在钢结构建筑防火中的更广泛应用｡

参考文献:

[1]王晓明,朱耿增,金义杰,等.原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能[J].表面技术,2024,53(04):200-210.

[2]袁忠大,张小锋.水性饰面型防火涂料的制备及其耐火性能研究[J].电镀与涂饰,2024,43(02):116-122.

[3]洪建婷,安彤,陈泽超,等.新型可瓷化膨胀防火涂料的制备及性能研究[J].绝缘材料,2024,57(11):79-86.

[4]吴帮建.既有建筑改造消防设计的问题及技术路径探究[J].中国建筑金属结构,2025,24(06):139-141.

[5]张超,张京街,郭永镇.居住建筑火灾特点分析及消防安全评估标准化探析[J].工程建设标准化,2025(02):98-106.

[6]王建华.综合性商场建筑防火设计难题与解决方案[J].今日消防,2025,10(01):126-128.