防火涂料及施工技术
赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主 张作华
防火涂料就是涂覆在被涂物的表面，可以降低被涂物表面的可燃性，阻止火灾的迅速蔓延，或是涂覆于结构材料表面，能够提高构件耐火极限的功能型涂料。防火涂料目前大致有钢结构防火涂料、混凝土结构防火涂料、饰面防火涂料、电缆防火涂料等几大类。其中钢结构防护涂料使用量最大，而且随着经济建设的快速发展，钢结构防火涂料将会呈现爆发式增长。
钢结构防火涂料的定义在GB 14907-2018《钢结构防火涂料》中是这样描述的：钢结构防火涂料是施涂于建（构）筑物钢结构表面，能形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限的涂料，耐火极限分为0.5小时、1小时、1.5小时、2小时、2.5小时和3小时；混凝土结构防火涂料的定义在GB 28375-2012《混凝土结构防火涂料》中是这样描述的：混凝土结构防火涂料是涂覆在石油化工储罐区防火堤等建（构）筑物和公路、铁路、城市交通隧道混凝土表面，能形成耐火隔热保护层以提高其结构耐火极限的防火涂料；饰面型防火涂料的定义在GB 12441-1998《饰面型防火涂料通用技术条件》中是这样描述的：饰面型防火涂料是涂于可燃基材（如木材、纤维布、纸板及其制品）表面，能形成具有防火阻燃保护和装饰作用涂膜的一类防火涂料的总称。1998年10月我国公安部发布了GA181-1988《电缆防火涂料通用技术条件》也对电缆防火涂料的定义做了描述。总之，防火涂料最主要的作用和性能就是防火阻燃，目的就是提高耐火极限，保证建构造物的安全。
钢结构防火涂料在新版标准中有明确的分类，其中按照火灾防护对象可以分为普通钢结构防火涂料，如普通工业与民用建构筑物表面的防火涂料；特种钢结构防火涂料，如用于特殊建构筑物的石油化工设施、变电站等钢结构表面的防火涂料。按照使用场所可以分为室内钢结构防火涂料，如用于建筑物室内或者隐蔽工程的钢结构表面的防火涂料；室外钢结构防火涂料，用于建筑物室外或者露天环境的钢结构表面防火涂料。按照分散介质分为以水作分散介质的水基型钢结构防火涂料；以有机溶剂作为分散介质的溶剂型钢结构防火涂料。按照防火机理可以分为膨胀型钢结构防火涂料，如涂层在高温时膨胀发泡，形成耐火隔热保护层的钢结构防火涂料，标准规定涂层厚度不小于1.5㎜；非膨胀型钢结构防火涂料，如涂层在高温时不膨胀发泡，其自身成为耐火隔热保护层的钢结构防火涂料，涂层厚度不小于15㎜。混凝土结构防火涂料在其规范标准中也做了具体的分类，主要分为用于石油化工储罐区防火堤混凝土表面的防护的防火堤防火涂料；用于公路、铁路、城市交通隧道混凝土结构表面的防护的隧道防火涂料。
膨胀型钢结构防火涂料中含有酸源、碳源和气源，三者缺一不可。当火灾发生时，膨胀型钢结构防火涂料受热，酸源开始催化碳源脱水变成碳化物，同时气源受热时就释放出惰性气体，这些惰性气体使得碳化物形成蓬松多孔，具有封闭结构的碳层，这种碳层会阻止热源将热量传导到基层材料；多孔的碳层也可以阻止气体扩散，又可以阻止外部空气中的氧气扩散至基材表面，从而延缓了钢铁基材的温度升高。非膨胀型钢结构防火涂料遇到火灾受热时，涂层基本上不会发生体积变化，形成瓷釉状的表面保护层。它可以隔绝空气，使得氧气不能与钢铁接触，继续加热，粘稠涂层就会脱水并且与其他材料的高温凝聚相产物一起形成隔氧的釉状涂层，这种涂层里面含有吸热载体，热容较高，升温速度慢，虽然涂层结构致密利于导热；但是这种涂料形成的釉状保护层导热率较大，隔热效果比膨胀型钢结构涂料差。如果要达到比较好的防火效果，一般比膨胀型防火涂料所需的涂层厚，因此单位面积耗材量增大，使用成本高，装饰效果不好，总之，防火隔热效果不如膨胀型防火涂料，应用范围也没有膨胀型防火涂料广泛。
防火涂料的施工，无论是膨胀型钢结构防火涂料还是非膨胀型钢结构防护涂料，或者是其他类型的防火涂料，基层处理是关键。如果基层处理不好，再好的防火涂料防火功能够都无法实现，也不可能保障构建筑物的安全。对于混凝土表面要求含水率小于8%，PH值控制在<8，表面无污染物，空穴蜂窝进行填充处理，整体打磨粗糙并且吸尘干净；钢铁表面需要进行除锈，标准满足GB 8923规定要求，机械打磨不低于St3级，喷砂不低于Sa2 1/2级；木材要进行干燥处理含水率在5%-10%之间，如采用自然晾干或者烘干的方法，使用脱脂剂或者肥皂水，溶剂进行擦洗，用砂纸打磨，用腻子找平坑洼不平处；电缆基材表面处理主要清除表面的污垢，使用手工方法擦去表面灰尘、油污并且保持基面的干燥，建议也可以进行毛糙处理。涂装方法有刷涂、辊涂、刮涂、喷涂及以上方法的联合施工，施工时可以根据设计的耐火极限时间要求涂装至规定的涂层厚度，如果有耐候及防水要求的还需要进行面漆的涂装，如果有装饰要求的还必须符合装饰所满足的美化规定。
钢结构防火涂料涂装时，在已经处理好的钢铁表面涂刷或者喷涂配套底漆，常用底漆有富锌底漆、环氧铁红底漆和其他底漆等，建议涂装2道底漆，每道底漆涂覆必须在上一道底漆干燥的基础上进行。底漆完成后，可以喷涂或者刷涂膨胀型防火涂料，喷涂时将气泵压力调至0.4Mpa~0.6Mpa，使用直径大约3㎜~4㎜的喷嘴分多次进行涂装以不流坠为宜，根据实践经验一般每次喷涂厚度控制在0.5㎜左右；喷涂非膨胀型防火涂料时，可以采用压送重力式（或喷斗式）喷枪喷涂机，压力0.5Mpa~0.6Mpa，喷枪口直径宜为2㎜~8㎜，保持喷距30㎝~40㎝，为了保持面层美观性可以最后做一道压光处理再进行面涂层施工。根据设计厚度要求，手工批刮非膨胀型钢结构防火涂料施工时，必须有熟练的批灰经验，分多次批刮，并且每一层压实平整，无气泡无突起；初层厚度大约在4-5㎜，以后每一层控制厚度大约在9-10㎜，批刮时必须保证上道涂层的干燥。施工完毕的钢结构防火涂料应该涂层完整，不漏涂，不裂纹，无龟裂，层间结合良好，并确保不低于7d的养护时间。
混凝土基层处理干净并符合防火涂料涂装要求后，对不需要进行防火涂料涂装的物件进行遮挡保护，立即涂刷或者喷涂配套底漆，建议为2道底漆，每道厚度1.5-2.㎜，均匀无漏。干燥后可用口径为2-8㎜，压力为0.4-0.6MPa，压挤式灰浆泵喷涂中间层涂料，喷涂时保持喷距50㎝，而且保证前一道涂层干燥后才可以进行，直至规定的厚度。喷涂面漆时，应该在中间层涂料厚度达到设计规定并基本干燥后进行，而且全部覆盖住中间涂层。如果涂料为单一配方，则分次喷涂至规定厚度，喷涂第一道涂料时基本盖底即可，待涂层表干后再喷涂第二道，喷涂后可以用抹子抹平或者辊子辊平。混凝土防火层，要求涂层均匀，美观一致，无裂纹，不露底，层间附着牢固，没有空鼓、脱层、松散现象，平整无突起，颜色均匀一致。混凝土防火涂料是最重要的体量较大的应用领域就是隧道防火，隧道防火涂料施工可以采取喷涂或者抹涂的工艺方法，在打磨清理好混凝土基层干净的同时，用水喷湿，待表面微干后就可以覆涂防火涂料。喷涂时一般一次厚度为6㎜，每次施工厚度不得超过10㎜，如果厚度超过10㎜时，应该分多次施工，建议一次喷涂厚度为5-8㎜，每次施工间隔时间为24h。隧道防火涂料施工时，温度宜为在15-30℃，冬季施工时严禁将涂料放置户外，应该提前运进隧道内，避免冻胀失效。喷涂采用斗式喷涂枪，口径为2-8㎜，配约0.4-0.6Mpa的空气压力，喷距保持50㎝，喷涂时分次成活。轻体隔热防火涂料和膨胀型防火涂料配套底漆，每道厚度控制在1.5-2.5㎜，必须在前道涂层干燥后再喷后一道。喷涂膨胀型防火涂料面漆时，应该在底层厚度满足要求时并且干燥后进行，喷涂全覆盖遮盖住底层即可，厚度检测使用测厚钢针，达到设计所规定的厚度方可以停止喷涂。
电缆防火涂料大部分为膨胀型防火涂料，施工应在通风干燥的环境中进行。在打磨清理去除电缆表面的灰尘、油污及杂质后直接涂刷或者喷涂电缆防火涂料，每次涂刷厚度以0.2㎜左右为宜，一般涂刷或者喷涂5-6遍，使得涂层总厚度达到1-1.5㎜，每次涂层涂刷或者喷涂间隔时间必须在8h以上，细小并且紧靠在一起的成束电缆，视同一根电缆进行涂刷或者喷涂，并使防火涂料渗透填充到缝隙中，重叠铺设的电缆，重叠层数越多，涂刷或者喷涂防火涂料的厚度就越厚。对于铠装油纸绝缘电线电缆，要先包裹一层玻璃纱布，再涂刷或者喷涂厚度为0.5-1㎜的防火涂料，分多次涂刷或者喷涂至厚度为1-1.5㎜。膨胀型电缆防火涂料溶剂型理化性能比水性的好，而且其装饰性能，与基材的附着力更高，目前我国电缆防火涂料主要以溶剂型为主；但是水性膨胀型电缆防火涂料具有施工安全简单、环保健康、低价、不含卤素及其他有毒成分、材料来源广泛诸多优点。因此，水性膨胀型电缆防火涂料是今后研究发展方向。
饰面型防火涂料是涂于可燃基材（如木材、纤维布、纸板及其制品）表面，应用领域最多的就是木材防火。木结构防火涂料适用于会堂、影剧院、宾馆、医院、办公室、厂房等建筑的木制隔墙、木屋架、纤维板、胶合板、木龙骨等表面的装饰，起着重要的防火阻燃作用，是人们生命安全的重要保障。饰面型防火涂料施工时，先要清理干净木材表面污染物，保持干燥，平整，无灰，无油，洞眼及凹凸不平缺陷，应用砂纸打磨平整或者使用防火涂料腻子填充。溶剂型饰面防火涂料施工时，涂刷或者喷涂必须调整好最佳的粘度，以不发生流坠现象为佳，并且分多次进行，后道涂刷或者喷涂作业必须在前道涂层干燥或者固化后进行，施工环境温度-5℃-40℃,相对湿度<90%，溶剂型饰面防火涂料，除了大面积施工和高空作业采取喷涂涂装工艺外，大多数情况下选择刷涂或者辊涂工艺。水性饰面型防火涂料施工环境温度5-40℃,相对湿度<85%,当温度<5℃相对湿度>85%时施工效果会受到影响,基材表面有结露时不得施工。施工完毕的涂料未完全固化前不得受雨淋，不得受到雾、水的侵蚀和表面结露的影响，涂层不得出现空鼓、开裂、脱落等质量缺陷。水性饰面型防火涂料在施工过程中严禁混入有机溶剂和其他涂料；水性饰面型防火涂料，和溶剂型饰面防火涂料一样，除了大面积施工和高空作业采取喷涂涂装工艺外，大多数情况下选择刷涂或者辊涂工艺。
防火涂料被称为“生命”涂料，对于保障人民生命和财产的安全具有积极的意义。国家应急管理部门历来都对防火材料的发展和应用非常重视，特别是主动防火设施外的被动防火材料，如防火涂料的研发投入了大量人力和物力。国家也鼓励社会相关研究机构、高等院校相关院系、涂料生产企业积极创新，不断探索，开发出具有自主知识产权，如绿色环保防火涂料，无卤化防火涂料，抑烟防火涂料，防火耐蚀美化一体化防火涂料，无机防火涂料，膨胀非膨胀相结合防火涂料，透明防火，弹性防火涂料及粉末防火涂料等前沿技术的多功能防火涂料。据不完全统计,在此政策推动下，2022年我国各类防火涂料规模达到11.36亿元，其中水性防火涂料规模约5.45亿元,溶剂型防火涂料规模约5.22亿元,其他防火涂料销售规模0.69亿元。据预测，我国水性防火涂料市场规模将连续快速增长，到2023年将达到11.66亿元，占防火涂料60%的市场份额。
随着我国经济的高速发展，以及人们对安全第一，健康为上的重视，防火涂料更加广泛的应用于各行各业，各种新型防火涂料也不断涌现。一些环保健康，低成本高性能，耐蚀耐候防火防水美化一体的防火涂料呈现出雨后春笋的趋势，大大的推动了我国防火涂料事业的发展；而膨胀型无机溶剂防火涂料和水性膨胀型防火涂料正在呈链式增长态势，并成为当今防火涂料开发的热点。
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