第二節　作用機理

一、鋼結構防火

鋼結構自重輕、強度高、跨度大、空間大、抗震性能好、吊裝施工方便和建設時間短，在現代建筑業得到廣泛應用。鋼材作為一種不燃建筑材料，在火災高溫作用下，其力學性能如屈服強度、抗拉強度及彈性模量等隨溫度升高而降低，在450～650℃更會急劇下降，失去承載能力，形變巨大，導致鋼柱、鋼梁彎曲，建筑坍塌，一般不加保護的鋼結構耐火極限為15min左右。

2001年9月11日，美國紐約的世界貿易大廈在恐怖襲擊中，伴隨火災蔓延，主樓僅經過30min便轟然倒塌，造成了死亡2797人、損失360億美元的舉世震驚慘案；2003年我國青島市的正大食品廠鋼結構廠房發生特大火災，造成廠房大面積倒塌，20多名工人葬身火海，因此鋼結構建筑必須采取有效的防火保護措施，提高鋼結構的耐火極限，在火災中使其能保持穩定性，防止鋼結構迅速升溫，失去支撐力，造成形變塌落。

二、防火保護原理

鋼結構主要通過截流、疏導進行防火保護。設置屏障，阻隔火焰或高溫，以免其接觸鋼構件；通過吸熱材料，轉移傳遞給鋼材的熱量；用絕熱材料保護鋼構件，阻斷外界的熱量傳遞。

三、鋼結構防火保護方法

①外包層。在鋼結構外部添加外包層，可以現澆成型，也可以采用噴涂法。現澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網或鋼筋提高強度，防止裂縫。噴涂法可以在現場對鋼結構表面涂抹石灰水泥或石膏砂漿，其中可以摻入珍珠巖或石棉。同時外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預制板，采用膠黏劑、釘子、螺栓等固定在鋼結構上。

②充水。空心型鋼結構內充水可以有效抵御火災，通過水在鋼結構內的循環，吸收產生的熱量，使鋼結構保持低溫，而受熱的水經冷卻后可以循環使用。

③屏蔽。鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內，只要增加少許耐火材料甚至不增加即能達到防火的目的。

④防火涂料。鋼結構防火涂料防火隔熱性能好、施工不受鋼結構幾何形體限制，一般不需要添加輔助設施，且涂層質量輕，還有一定的美觀裝飾作用。

相比之下，在鋼構件上直接噴涂防火涂料最為實用、簡捷方便。

四、防火機理

按照防火原理，防火涂料可分為膨脹型和非膨脹型兩類。

（1）膨脹型防火涂料

膨脹型防火涂料成膜后，在火焰或高溫作用下，涂層發泡炭化，形成海綿狀炭質層，它可以隔斷外界火源對底材的直接加熱，從而起到阻燃作用。

其發泡形成隔熱層的過程為：防火涂料發泡炭化，涂層厚度劇增，為原涂膜的幾十倍甚至上百倍，涂層熱導率大幅度減小。因此，通過炭質層傳給保護基材的熱量只有未膨脹涂層的幾十分之一，甚至幾百分之一，從而有效阻止鋼結構受熱變形。同時涂層的軟化、熔融、蒸發、膨脹等物理變化，及聚合物、填料等組分發生的分解、解聚化合等化學變化也能吸收大量的熱能，延緩基材的受熱升溫過程。

另外，炭質層的形成，避免了氧化放熱反應的發生，不燃性氣體還能稀釋可燃氣體及氧氣的濃度，抑制燃燒的進行。

（2）非膨脹型防火涂料

非膨脹型防火涂料通過以下三種方法對鋼結構起到保護作用：

①涂層自身具備的難燃性或不燃性；

②在火焰或高溫作用下分解釋放出不燃性氣體（如水蒸氣、氯化氫、二氧化碳等），驅散氧氣和可燃性氣體，阻礙燃燒進程；

③在火焰或高溫作用下形成不燃性的無機釉膜層，結構致密，能有效地隔絕氧氣，并在較長時間內隔絕熱量。