第二节　作用机理

一、钢结构防火

钢结构自重轻、强度高、跨度大、空间大、抗震性能好、吊装施工方便和建设时间短，在现代建筑业得到广泛应用。钢材作为一种不燃建筑材料，在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、抗拉强度及弹性模量等随温度升高而降低，在450～650℃更会急剧下降，失去承载能力，形变巨大，导致钢柱、钢梁弯曲，建筑坍塌，一般不加保护的钢结构耐火极限为15min左右。

2001年9月11日，美国纽约的世界贸易大厦在恐怖袭击中，伴随火灾蔓延，主楼仅经过30min便轰然倒塌，造成了死亡2797人、损失360亿美元的举世震惊惨案；2003年我国青岛市的正大食品厂钢结构厂房发生特大火灾，造成厂房大面积倒塌，20多名工人葬身火海，因此钢结构建筑必须采取有效的防火保护措施，提高钢结构的耐火极限，在火灾中使其能保持稳定性，防止钢结构迅速升温，失去支撑力，造成形变塌落。

二、防火保护原理

钢结构主要通过截流、疏导进行防火保护。设置屏障，阻隔火焰或高温，以免其接触钢构件；通过吸热材料，转移传递给钢材的热量；用绝热材料保护钢构件，阻断外界的热量传递。

三、钢结构防火保护方法

①外包层。在钢结构外部添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋提高强度，防止裂缝。喷涂法可以在现场对钢结构表面涂抹石灰水泥或石膏砂浆，其中可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶黏剂、钉子、螺栓等固定在钢结构上。

②充水。空心型钢结构内充水可以有效抵御火灾，通过水在钢结构内的循环，吸收产生的热量，使钢结构保持低温，而受热的水经冷却后可以循环使用。

③屏蔽。钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，只要增加少许耐火材料甚至不增加即能达到防火的目的。

④防火涂料。钢结构防火涂料防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用。

相比之下，在钢构件上直接喷涂防火涂料最为实用、简捷方便。

四、防火机理

按照防火原理，防火涂料可分为膨胀型和非膨胀型两类。

（1）膨胀型防火涂料

膨胀型防火涂料成膜后，在火焰或高温作用下，涂层发泡炭化，形成海绵状炭质层，它可以隔断外界火源对底材的直接加热，从而起到阻燃作用。

其发泡形成隔热层的过程为：防火涂料发泡炭化，涂层厚度剧增，为原涂膜的几十倍甚至上百倍，涂层热导率大幅度减小。因此，通过炭质层传给保护基材的热量只有未膨胀涂层的几十分之一，甚至几百分之一，从而有效阻止钢结构受热变形。同时涂层的软化、熔融、蒸发、膨胀等物理变化，及聚合物、填料等组分发生的分解、解聚化合等化学变化也能吸收大量的热能，延缓基材的受热升温过程。

另外，炭质层的形成，避免了氧化放热反应的发生，不燃性气体还能稀释可燃气体及氧气的浓度，抑制燃烧的进行。

（2）非膨胀型防火涂料

非膨胀型防火涂料通过以下三种方法对钢结构起到保护作用：

①涂层自身具备的难燃性或不燃性；

②在火焰或高温作用下分解释放出不燃性气体（如水蒸气、氯化氢、二氧化碳等），驱散氧气和可燃性气体，阻碍燃烧进程；

③在火焰或高温作用下形成不燃性的无机釉膜层，结构致密，能有效地隔绝氧气，并在较长时间内隔绝热量。