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鋼結構防火保護新技術

時期:2022-06-27 10:43:08 點擊數(shù):120

鋼結構防火保護新技術

魯消防技術鋼結構防火保護新技術公安部上海消防科學研究所(200032)邊福利陳棟梁商德民隨著大型鋼結構建筑的日益增多,鋼結構的防火保護越來越受到人們的關注。硬硅鈣板包敷鋼構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,是一種理想的鋼結構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。


  硬硅鈣板鋼結構防火施工方法1前言大型鋼結構建筑建設工期短,收益快,是建造廠房、庫房、商場等首選的建筑結構形式之一據(jù)1995年的統(tǒng)計資料,我國建成的100幢超高層建筑中鋼結構占了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310米高的地王大廈等??梢灶A測,隨著城市規(guī)模的發(fā)展,鋼結構在我國建筑業(yè)的應用具有非常廣闊的前景。


  鋼結構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,一般結構溫度達到350C、500C、600C時,強度分別下降1/3 1/22/3據(jù)理論計算,在全負荷情況下,使鋼結構失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500C左右,而一般火場溫度達到800-1000°C,在這樣高的溫度下,裸露的鋼結構會很快出現(xiàn)塑性變形,產(chǎn)生局部破壞,造成鋼結構整體倒塌失效。


  2鋼結構防火保護方法對于鋼結構防火保護材料,無論采取何種方法都應具備以下幾點:(1)安全無毒;(2)易于與鋼構件結合;(3)在預期的耐火極限內(nèi)可有效地保護鋼結構;(4)在鋼構件受火后發(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,我國在大型鋼結構防火工程中常采用噴涂法,這種方法有利于梁柱結點及桁架的處理,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10~40mm,耐火極限可達0.5-3h,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,影響建筑的整體美觀,因此大多用于結構隱蔽工程而薄型、超薄型防火涂料的噴涂厚度一般-10mm,耐火極限亦可達0.5- 2h,有些性能較好的涂料即使很薄也可達到1.0~1.5h的耐火極限。因此某些結構需要暴露、荷載量要求苛刻的鋼結構建筑常采用薄型、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2.0h的鋼構件,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包敷法鋼結構防火保護技術中用普通粘土磚、混凝土作鋼結構防火保護層,因保護層太厚,增加了建筑物荷載,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,是鋼結構防火保護新的發(fā)展方向。


  我國從80年代中期著手研宄無石棉硅酸鈣制品,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(5CaO.6Si2.60)型硅酸鈣保溫材料,最高使用溫度為650C;另一類是硬硅酸鈣石(6Ca0.6Si(h.H2O)型硅酸鈣保溫材料,其最高使用溫度為1100C;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650~1100C之間。由于硬硅鈣石型硅酸鈣保溫材料可以耐1000C以上的高溫,因而使用硬硅鈣板對鋼構件進行包敷是一種理想的鋼結構防火保護新技術3硬硅鈣板的生產(chǎn)工藝及性能1生產(chǎn)工藝硬硅鈣板的原料主要有硅質原料和鈣質原料??捎米鞴栀|原料的有粉狀石英砂、硅藻土、硅灰、膨潤土、稻殼灰等;鈣質原料包括生石灰、消石灰及電石渣等。


  生產(chǎn)硬硅鈣板,一般先將硅質原料和鈣質原料在)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,硅質原料鈣質原料助劑、水安裝方法(見)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:增強纖維混合―活性漿料壓制成型成品<干燥3.2國內(nèi)外主要產(chǎn)品的技術性能①硬硅鈣板技術性能指標檢驗項目技術指標檢驗依據(jù)抗折強度,MPa線收縮率,最高使用溫度,°c耐火極限不燃性A級②國內(nèi)外主要產(chǎn)品的技術性能項目中國德國丹麥日本型號GF防火板KB防火板密度,kg抗壓強度,MPa抗析強度,MPa線收縮率,%最高使用溫度,°c耐火極限,h(30mm板)燒失量,從上表可見,目前國內(nèi)生產(chǎn)的硬硅鈣板己達到國際先進水平,可滿足鋼結構防火保護的要求4鋼構件的防火保護結構根據(jù)鋼構件種類、外形、安裝部位、防火要求的不同,需要有不同的設計結構和施工方法,科學、合理地設計安裝結構,對耐候性能有很大的影響。即使同一種板材,保護相同的鋼構件,設計結構不同,會得到迥然不同的結果,科學的鋼結構防火保護會大大提高鋼結構的耐候性能一般用板材保護鋼構件的典型結構如圖所示。


  4.1鋼梁的保護結構:是用硬硅鈣板保護鋼梁的示意圖,內(nèi)襯100 mm寬X25mm厚的結合縫條,硬硅鈣板通過自攻螺絲固定在結合縫條上,硬硅鈣板厚15mm和20mm,鋼構件耐火極限2.0h下列圖是不同安裝部位的鋼梁的包敷方式:2鋼柱的保護結構:安裝方法I(見)直接包敷鋼柱(D> 12mm)包敷在輕鋼龍骨上是硬硅鈣板直接包敷鋼柱的結構示意圖。板材通過自攻螺絲固定,板材厚度15mm和20mm鋼構件耐火極限2.是硬硅鈣板包敷在輕鋼龍骨上的結構示意圖。輕鋼龍骨規(guī)格為40(20(0.6mm或以上板材通過自攻螺絲固定在輕鋼龍骨上,板材厚度15mm和20mm鋼構件耐火極限2.0h下列~①鋼柱②硬硅鈣板,15mm厚③硬硅鈣板,20mm厚④結合縫條⑤自攻螺絲0是不同形狀鋼柱的包敷方式:構件的耐候性能和施工性是評價耐火保護結構設計是否先進、科學合理的主要考核指標,好的耐火保護結構應具有施工方便、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結論硬硅鈣板是代表90年代國際先進水平的理想鋼結構耐火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、庫房等鋼結構建筑及防火重點區(qū)域的防火保護和裝飾工程。


  硬硅鈣板以CaO和Si2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構防火涂料所無法比擬的。


  用硬硅鈣板保護鋼結構具有施工方便、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。


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