鋼結(jié)構(gòu)防火保護新技術論文

1、鋼結(jié)構(gòu)防火保護新技術摘要 隨著大型鋼結(jié)構(gòu)建筑的日益增多，鋼結(jié)構(gòu)的防火保護越來越受到人們的關注。硬硅鈣板包敷 鋼構(gòu)件的防火保護方法具有強度高、隔熱性能好、施工方便、無環(huán)境污染、耐久等優(yōu)點，是 一種理想的鋼結(jié)構(gòu)耐火保護方式。本文介紹了硬硅鈣板的生產(chǎn)工藝、技術性能及施工方法， 探討了這種防護方法的特點及推廣前景。關鍵詞 硬硅鈣板鋼結(jié)構(gòu)防火施工方法 1前言 大型鋼結(jié)構(gòu)建筑建設工期短，收益快，是建造廠房、庫房、商場等首選的建筑結(jié)構(gòu)形式之一 。據(jù)1995年的統(tǒng)計資料，我國建成的100幢超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)占了7%，如北京156.4米高 的國貿(mào)中心，183.5米高的京城大廈，上海365米高的金貿(mào)大廈，深圳31

2、0米高的地王大廈等 ?？梢灶A測，隨著城市規(guī)模的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在我國建筑業(yè)的應用具有非常廣闊的前景。 鋼結(jié)構(gòu)建筑具有耐火性能差的致命弱點。在未進行防火處理的情況下，其本身雖然不會起火燃燒，但火災時，強度會迅速下降，一般結(jié)構(gòu)溫度達到350、500、600時，強度分別下降1/3、1/2、2/3。據(jù)理論計算，在全負荷情況下，使鋼結(jié)構(gòu)失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500左右，而一般火場溫度達到8001000，在這樣高的溫度下，裸露的鋼結(jié)構(gòu)會 很快出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生局部破壞，造成鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌失效。 2 鋼結(jié)構(gòu)防火保護方法 對于鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料，無論采取何種方法都應具備以下幾點：(1)安全無毒；(2)易于

3、與 鋼構(gòu)件結(jié)合；(3)在預期的耐火極限內(nèi)可有效地保護鋼結(jié)構(gòu)；(4)在鋼構(gòu)件受火后發(fā)生允許變形時，防火保護材料應不至破壞而仍能保持原有的保護作用；(5)經(jīng)濟合理。 2.1噴涂法目前，我國在大型鋼結(jié)構(gòu)防火工程中常采用噴涂法，這種方法有利于梁柱結(jié)點及桁架的處理 ，但施工時對環(huán)境略有污染。防火涂料包括以無機材料為主的厚型非膨脹涂料，或以有機材 料為主的薄型、超薄型膨脹涂料。厚型防火涂料的噴涂厚度一般在1040 mm，耐火極限可 達053 h，甚至更長時間。由于厚型防火涂料的成分多為無機材料，因此其防火性能穩(wěn) 定，長期使用效果較好，但其單位重量較大，涂料組分的顆粒較大，涂層外觀不平整，影響 建筑的整體美

4、觀，因此大多用于結(jié)構(gòu)隱蔽工程。而薄型、超薄型防火涂料的噴涂厚度一般1 10 mm，耐火極限亦可達0.52 h，有些性能較好的涂料即使很薄也可達到1.01.5 h的耐火極限。因此某些結(jié)構(gòu)需要暴露、荷載量要求苛刻的鋼結(jié)構(gòu)建筑常采用薄型、超薄型 防火涂料。但薄型、超薄型防火涂料的耐火極限不高，對于耐火極限要求超過2.0 h的鋼構(gòu) 件，其使用受到限制。而且薄型防火涂料多屬于有機膨脹型，由于有機材料的老化而導致涂 料防火性能的降低也是一個不容忽視的問題，因此薄型防火涂料長期使用的防火穩(wěn)定性需進 行深入的研究。 2.2包敷法 鋼結(jié)構(gòu)防火保護技術中用普通粘土磚、混凝土作鋼結(jié)構(gòu)防火保護層，因保護層太厚，增加了

5、 建筑物荷載，目前采用的比較少。國外一些工業(yè)發(fā)達國家，如英國、丹麥、德國、日本等國 較多采用無機防火板材對大型鋼構(gòu)件進行箱式包裹，如石膏板、蛭石板、無石棉硅酸鈣隔熱 板等，包板的厚度根據(jù)耐火極限的要求而定。這種方法具有施工方便、裝修面平整光滑、成 本低、損耗小、無環(huán)境污染、施工周期短、耐老化等優(yōu)點，推廣前景好，是鋼結(jié)構(gòu)防火保護 新的發(fā)展方。我國從80年代中期著手研究無石棉硅酸鈣制品，目前生產(chǎn)的硅酸鈣保溫材料主要有三類，一 類是托背莫來石(5CaO6SiO26H2O)型硅酸鈣保溫材料，最高使用溫度為650；另一 類是硬硅酸鈣石(6CaO6SiO2H2O)型硅酸鈣保溫材料，其最高使用溫度為1100

6、；最 后一類是托背莫來石和硬硅鈣石混合晶型的制品，最高使用溫度介于6501100之間。由 于硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料可以耐1000以上的高溫，因而使用硬硅鈣板對鋼構(gòu)件進行包 敷是一種理想的鋼結(jié)構(gòu)防火保護新技術。3 硬硅鈣板的生產(chǎn)工藝及性能 3.1 生產(chǎn)工藝 . 硬硅鈣板的原料主要有硅質(zhì)原料和鈣質(zhì)原料?？捎米鞴栀|(zhì)原料的有粉狀石英砂、硅藻土、硅 灰、膨潤土、稻殼灰等；鈣質(zhì)原料包括生石灰、消石灰及電石渣等。 . 生產(chǎn)硬硅鈣板，一般先將硅質(zhì)原料和鈣質(zhì)原料在高溫(200)、高壓(2MPa)條件下經(jīng)過動態(tài) 水熱反應制備成硬硅鈣石活性漿料，反應過程為 6SiO2+6Ca(OH)2=6CaO6SiO2H2O+

7、5H2O然后在料漿中加入耐堿玻璃纖維、棉紙漿纖維等增強材料，攪拌均勻后壓濾成型。再將成型 后的濕坯烘干，制成容重小、導熱系數(shù)低的硬硅鈣板。 硬硅鈣板的生產(chǎn)工藝路線如下：3.2 國內(nèi)外主要產(chǎn)品的技術性能硬硅鈣板技術性能指標 國內(nèi)外主要產(chǎn)品的技術性能 . 從上表可見，目前國內(nèi)生產(chǎn)的硬硅鈣板已達到國際先進水平，可滿足鋼結(jié)構(gòu)防火保護的要求 。4 鋼構(gòu)件的防火保護結(jié)構(gòu) . 根據(jù)鋼構(gòu)件種類、外形、安裝部位、防火要求的不同，需要有不同的設計結(jié)構(gòu)和施工方法， 科學、合理地設計安裝結(jié)構(gòu)，對耐候性能有很大的影響。即使同一種板材，保護相同的鋼構(gòu)件，設計結(jié)構(gòu)不同，會得到迥然不同的結(jié)果，科學的鋼結(jié)構(gòu)防火保護會大大提高鋼

8、結(jié)構(gòu)的耐 候性能。一般用板材保護鋼構(gòu)件的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。4.1 鋼梁的保護結(jié)構(gòu)：硬硅鈣板，15 mm厚 硬硅鈣板，20 mm厚 結(jié)合縫條 自攻螺絲 鋼梁圖1 . 圖1是用硬硅鈣板保護鋼梁的示意圖，內(nèi)襯100 mm寬25 mm厚的結(jié)合縫條，硬硅鈣板通過自攻螺絲固定在結(jié)合縫條上，硬硅鈣板厚15 mm和20 mm，鋼構(gòu)件耐火極限2.0 h。下列圖2 圖5是不同安裝部位的鋼梁的包敷方式：4.2 鋼柱的保護結(jié)構(gòu)：鋼柱硬硅鈣板，15 mm厚硬硅鈣板，20 mm厚結(jié)合縫條自攻螺絲圖6 圖7安裝方法(見圖6)安裝方法(見圖7) 直接包敷鋼柱(D12 mm)包敷在輕鋼龍骨上 . 圖6是硬硅鈣板直接包敷鋼柱的結(jié)

9、構(gòu)示意圖。板材通過自攻螺絲固定，板材厚度15 mm和 20 mm。鋼構(gòu)件耐火極限2.0 h。. 圖7是硬硅鈣板包敷在輕鋼龍骨上的結(jié)構(gòu)示意圖。輕鋼龍骨規(guī)格為40200.6mm或以上。 . 板材通過自攻螺絲固定在輕鋼龍骨上，板材厚度15 mm和20 mm。鋼構(gòu)件耐火極限2.0 h。下列圖8 圖10是不同形狀鋼柱的包敷方式：圖8圖9圖10. 構(gòu)件的耐候性能和施工性是評價耐火保護結(jié)構(gòu)設計是否先進、科學合理的主要考核指標，好的耐火保護結(jié)構(gòu)應具有施工方便、快捷、高效和耐候性能好等優(yōu)點，在具體施工過程中應根據(jù)現(xiàn)場施工要求和條件選擇合適的施工方式。5 結(jié)論. 硬硅鈣板是代表90年代國際先進水平的理想鋼結(jié)構(gòu)耐火

10、保護新型裝飾防火板材，特別適用于 高層(超高層)高級寫字樓、高級賓館、大型商業(yè)中心、娛樂中心、計算機房、大型工業(yè)廠房 、庫房等鋼結(jié)構(gòu)建筑及防火重點區(qū)域的防火保護和裝飾工程。 . 硬硅鈣板以CaO和SiO2為主要原料，經(jīng)高溫高壓水熱反應，配以增強纖維壓制成型，具有質(zhì)輕、強度高、隔熱性能好、尺寸穩(wěn)定等特點，可任意鋸、釘、鉆、削、刨等加工，可直接在工廠或現(xiàn)場鋸裁，現(xiàn)場拼接組裝，施工方便。該板材無毒，不含石棉，在高溫或發(fā)生火災時不產(chǎn)生有害氣體。其主要成分為硬硅鈣石，理化性能穩(wěn)定，可長期使用，為半永久性材料 ，可確保耐火性能幾十年基本不變，它的耐候性能是鋼結(jié)構(gòu)防火涂料所無法比擬的。. 用硬硅鈣板保護鋼結(jié)構(gòu)具有施工方便、損耗少、效率高、不受季節(jié)和氣候影響、無環(huán)境污染 、施工費用低、耐久等優(yōu)點，必將成為設計部門、施工單位和用戶的首選方案之一，推廣應用前景看好。 參考文獻： 1 袁鳳林、孫永生，硅鈣板用于鋼結(jié)構(gòu)防火保護的技術研究，新型建筑材料，3235，1999， (9) 2余志偉，粉石英在微孔硅酸鈣保溫材料中的應用