鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)新技術(shù)論文

1、鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)新技術(shù)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(hù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。硬硅鈣板包敷 鋼構(gòu)件的防火保護(hù)方法具有強(qiáng)度高、隔熱性能好、施工方便、無(wú)環(huán)境污染、耐久等優(yōu)點(diǎn)，是 一種理想的鋼結(jié)構(gòu)耐火保護(hù)方式。本文介紹了硬硅鈣板的生產(chǎn)工藝、技術(shù)性能及施工方法， 探討了這種防護(hù)方法的特點(diǎn)及推廣前景。關(guān)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(shè)工期短，收益快，是建造廠房、庫(kù)房、商場(chǎng)等首選的建筑結(jié)構(gòu)形式之一 。據(jù)1995年的統(tǒng)計(jì)資料，我國(guó)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(guó)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(yù)測(cè)，隨著城市規(guī)模的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑業(yè)的應(yīng)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(diǎn)。在未進(jìn)行防火處理的情況下，其本身雖然不會(huì)起火燃燒，但火災(zāi)時(shí)，強(qiáng)度會(huì)迅速下降，一般結(jié)構(gòu)溫度達(dá)到350、500、600時(shí)，強(qiáng)度分別下降1/3、1/2、2/3。據(jù)理論計(jì)算，在全負(fù)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(chǎng)溫度達(dá)到8001000，在這樣高的溫度下，裸露的鋼結(jié)構(gòu)會(huì) 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(hù)方法 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)材料，無(wú)論采取何種方法都應(yīng)具備以下幾點(diǎn)：(1)安全無(wú)毒；(2)易于

3、與 鋼構(gòu)件結(jié)合；(3)在預(yù)期的耐火極限內(nèi)可有效地保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)；(4)在鋼構(gòu)件受火后發(fā)生允許變形時(shí)，防火保護(hù)材料應(yīng)不至破壞而仍能保持原有的保護(hù)作用；(5)經(jīng)濟(jì)合理。 2.1噴涂法目前，我國(guó)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(diǎn)及桁架的處理 ，但施工時(shí)對(duì)環(huán)境略有污染。防火涂料包括以無(wú)機(jī)材料為主的厚型非膨脹涂料，或以有機(jī)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(dá)053 h，甚至更長(zhǎng)時(shí)間。由于厚型防火涂料的成分多為無(wú)機(jī)材料，因此其防火性能穩(wěn) 定，長(zhǎng)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(dá)0.52 h，有些性能較好的涂料即使很薄也可達(dá)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(duì)于耐火極限要求超過(guò)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(jī)膨脹型，由于有機(jī)材料的老化而導(dǎo)致涂 料防火性能的降低也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，因此薄型防火涂料長(zhǎng)期使用的防火穩(wěn)定性需進(jìn) 行深入的研究。 2.2包敷法 鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)技術(shù)中用普通粘土磚、混凝土作鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)層，因保護(hù)層太厚，增加了

5、 建筑物荷載，目前采用的比較少。國(guó)外一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如英國(guó)、丹麥、德國(guó)、日本等國(guó) 較多采用無(wú)機(jī)防火板材對(duì)大型鋼構(gòu)件進(jìn)行箱式包裹，如石膏板、蛭石板、無(wú)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(wú)環(huán)境污染、施工周期短、耐老化等優(yōu)點(diǎn)，推廣前景好，是鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù) 新的發(fā)展方。我國(guó)從80年代中期著手研究無(wú)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(lái)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(lái)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(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行包 敷是一種理想的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)新技術(shù)。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。可用作硅質(zhì)原料的有粉狀石英砂、硅藻土、硅 灰、膨潤(rùn)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(guò)動(dòng)態(tài) 水熱反應(yīng)制備成硬硅鈣石活性漿料，反應(yīng)過(guò)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(qiáng)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(dǎo)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(guó)內(nèi)外主要產(chǎn)品的技術(shù)性能硬硅鈣板技術(shù)性能指標(biāo) 國(guó)內(nèi)外主要產(chǎn)品的技術(shù)性能 . 從上表可見(jiàn)，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的硬硅鈣板已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，可滿足鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的要求 。4 鋼構(gòu)件的防火保護(hù)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和施工方法， 科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)安裝結(jié)構(gòu)，對(duì)耐候性能有很大的影響。即使同一種板材，保護(hù)相同的鋼構(gòu)件，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同，會(huì)得到迥然不同的結(jié)果，科學(xué)的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)會(huì)大大提高鋼

8、結(jié)構(gòu)的耐 候性能。一般用板材保護(hù)鋼構(gòu)件的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。4.1 鋼梁的保護(hù)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(hù)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(guò)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(hù)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(jiàn)圖6)安裝方法(見(jiàn)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(guò)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(guò)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(píng)價(jià)耐火保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否先進(jìn)、科學(xué)合理的主要考核指標(biāo)，好的耐火保護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有施工方便、快捷、高效和耐候性能好等優(yōu)點(diǎn)，在具體施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(guó)際先進(jìn)水平的理想鋼結(jié)構(gòu)耐火

10、保護(hù)新型裝飾防火板材，特別適用于 高層(超高層)高級(jí)寫(xiě)字樓、高級(jí)賓館、大型商業(yè)中心、娛樂(lè)中心、計(jì)算機(jī)房、大型工業(yè)廠房 、庫(kù)房等鋼結(jié)構(gòu)建筑及防火重點(diǎn)區(qū)域的防火保護(hù)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(yīng)，配以增強(qiáng)纖維壓制成型，具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、隔熱性能好、尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn)，可任意鋸、釘、鉆、削、刨等加工，可直接在工廠或現(xiàn)場(chǎng)鋸裁，現(xiàn)場(chǎng)拼接組裝，施工方便。該板材無(wú)毒，不含石棉，在高溫或發(fā)生火災(zāi)時(shí)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(zhǎng)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(wú)法比擬的。. 用硬硅鈣板保護(hù)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(wú)環(huán)境污染 、施工費(fèi)用低、耐久等優(yōu)點(diǎn)，必將成為設(shè)計(jì)部門(mén)、施工單位和用戶的首選方案之一，推廣應(yīng)用前景看好。 參考文獻(xiàn)： 1 袁鳳林、孫永生，硅鈣板用于鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的技術(shù)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(yīng)用