河北建筑工程学院 河北张家口 075000
摘要：本论文提供了一种新型有机膨胀型耐腐蚀室外薄型钢结构防火涂料的设计原理、设计方法、检测方法以及经济成本核算，从多个方面论证了该防火涂料的适用性。
关键词：防火涂料；有机；耐腐蚀；酚醛植物纤维素；改性丙烯酸
一、背景
钢结构具有强度高，自重轻，刚度大，施工效率高、变形能力较高的优良特性，尤其适用于一些高层、超高层以及大跨度建筑结构。但钢材作为建筑材料的一种，虽然机械性能优良，但其防火能力较低。未经任何防火处理的钢结构构件耐火极限只有15——20分钟。钢材虽然是不燃物质，但在火灾中，钢材的强度会随着自身温度的升高而逐步降低而导致构件承载能力下降，严重影响建筑物的安全性。钢材的另一缺点即为不耐腐蚀，一旦钢材发生锈蚀，不及时采取措施的情况下，钢材将会强度降低。因此，研制防火防锈蚀的钢结构涂料可同时避免钢材的这两种缺点，成为建筑市场的需要。本设计将介绍一种新型有机膨胀型耐腐蚀室外薄型钢结构防火涂料。
二、设计条件
设计的防火防腐蚀涂料要求达到以下要求：
可抵抗八级及以下的风；
使用极限温度为摄氏-40度到摄氏80度；
可抵御紫外线指数为13及以下的紫外线；
防火，防腐蚀，有较好的耐磨性，耐热性，耐候性，美观大方。
三、原材料，制备方法以及作用原理
制备新型防火涂料的原材料有：
阻燃剂：酚醛植物纤维素，改性丙烯酸树脂；基材：发泡剂，钛白粉，溶剂油，增稠剂，染色剂。
制备方法为：
将以上阻燃剂以及基材按照一定的比例放入混合缸内并用搅拌机搅匀，并置入球磨机内磨为施工要求的细度。待其充分融合并搅拌为均一的规定稠度的液体状态后，过滤掉其杂质。新型防火涂料即制成。
作用原理为：
阻燃剂酚醛植物纤维素有粘附二氧化碳的特性。在火灾中，酚醛植物纤维素在高温下有效吸附二氧化碳，从而将助燃剂氧气与钢材隔绝开，阻止钢材表面起火燃烧。
改性丙烯酸树脂兼有阻燃和防止钢材锈蚀的特性。在火灾中，改性丙烯酸树脂与发泡剂共同作用，高温下形成一层发泡层，裹附在钢材的表面。发泡层隔绝刚才外火焰的高温，使钢材表面的温度低于火焰温度。
四、施工做法
施工温度控制在5℃-38℃之间，湿度控制在90%以下。由于本防火涂料兼备防腐蚀能力，涂刷防火涂料前可先行涂刷防锈漆进行加强防锈处理，也可直接涂覆防火涂料，不进行防锈的其他处理。
1.表面处理
观察钢结构表面是否存在不平整的区域，采用抛丸处理的方式，将锐边打磨、倒角磨圆，飞溅处理完全。采用抛丸处理同时可去除钢结构表面各种有可能对涂料产生损伤或是影响涂料涂覆效果的物质，例如：氧化皮、铁锈、可溶性盐、油脂、水分等。同时可使钢结构表面形成一层均质的粗糙度，提高与防火涂料的粘结能力。
2.喷涂防火涂料
喷涂之前先将涂料搅拌均匀。采用高压无气喷涂的方式将本防火涂料喷覆于钢结构构件表面，喷枪距离构件距离≤30cm。分次进行喷覆，每遍喷涂厚度≤2mm。喷涂完一遍之后，间隔至少5h再喷涂第二遍，依次类推，直至喷涂至满足防火防腐蚀要求的计算厚度。
五、维护及修补措施
钢结构防火涂料涂覆完成以后，由于使用或是保护不当会产生防火涂料涂层的损伤，进而从损伤面处降低该钢构件的安全性能。
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常见的损伤原因有：尖锐物体的划伤、日常磨损、结构本身发生应力集中超过其承载力限值而发生变形导致的外表涂料与构件发生脱落、长期处于温度较大区域或暴晒、飓风的钢构件表面涂料发生粘结能力下降，等等。
当发生损伤时，首先明确损伤面积的大小，并对损伤处做标记。对标记处的钢构件表面做抛丸处理，并以损伤处为中心点，向外延10-20cm范围内均做抛丸处理。之后按照施工做法2对裸露的钢构件部分进行施工操作，即修补措施。
六、经济成本核算
本工程防火涂料设计中，两种较为特殊的原料为酚醛植物纤维素和改性丙烯酸树脂。以下经济成本核算均按每100kg防火涂料用量进行计算比较。
组分 掺量（kg）*单价（元/kg）= （元）
酚醛植物纤维素 18*40=720
改性丙烯酸树脂 8*38=304
发泡剂 5*12.5=62.5
钛白粉+染色剂 5*12=60
增稠剂 5*6.9=34.5
溶剂油 40*7=280
由此可知，每100kg防火涂料的经济成本为720+304+62.5+60+34.5+280=1461元。
酚醛植物纤维素经济成本：该原料可结合植物纤维以及酚醛FRP型防火材料的优点，从经济角度分析均为取料广泛且制备方法简单易行的物质，因此酚醛植物纤维素的使用是较为经济的。
改性丙烯酸树脂成本适中，制备工艺简单易行。适量添加本原料在经济上也是可行的。且由于改性丙烯酸树脂兼备防腐蚀的特性，可在施工中省去防锈处理，因此可大大减少施工成本。
因此，此种防火涂料的制备在经济方面是较为优良的，可大面积涂覆。
七、总结
本设计将改性丙烯酸树脂和酚醛植物纤维素结合，加以其他防火涂料所需的基材：发泡剂，钛白粉，溶剂油，增稠剂，染色剂等，提出了一种新型钢结构膨胀型防火防腐蚀涂料。其中改性丙烯酸树脂具有防火防腐蚀的功能，酚醛植物纤维将在高温下表面吸附二氧化碳从而阻隔燃烧。并从制备方法、检测方法、施工做法、修补措施以及经济可行性方便进行了全面验证。总结可得：该新型钢结构膨胀型防火防腐蚀涂料防火性能优异，兼备防腐蚀性能，并且经济适用，可进行市场推广，大面积涂覆使用。
参考文献
［1］GB14907-2002.钢结构防火涂料规范［S］.北京：中国标准出版社，2002.
［2］张云波.采用酚醛植物纤维素粘附的化学防火研究［J］.北京；科技通报，2014：16-18.
［3］覃文清.钢结构防火防腐涂料用防腐树脂的研究［J］.北京；新型建筑材料，2009：62-65.
论文作者:姜佩弦,李玥,吴军,唐晓荣,倪雅静
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/5/28
标签：酚醛论文; 丙烯酸论文; 防火涂料论文; 钢材论文; 纤维素论文; 发泡剂论文; 钢结构论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;