大型钢结构建筑的防腐、防火与节能解读

KX2012钢构011

大型现代钢构建筑的超长效

防腐、防火与节能

长沙科星纳米工程技术有限公司研究院

长沙科星纳米工程技术有限公司

二O一二年八月

提 要

长沙科星纳米工程技术有限公司致力于纳米新材料研究和创新。致力节能环保项目的研究和开发。

钛合金纳米重防腐涂料有优越超长效防腐性能，在钢结构的工作环境下，只要按科星纳米的涂装方案施工，涂层可以达到与钢构同样寿命，即五十年期间，不会因腐蚀原因而引发钢结构失效。

公司研发的KX-CB超薄型防火涂料，防火极限达2小时以上，性价比优于国外产品。

纳米节能材料可集成应用于玻璃窗、屋顶、钢板或水泥墙面。如窗墙比达到一定比例，可以降低钢结构建筑能耗40%。

综合利用上述技术，可以整体提高钢结构建筑的质量，可以提高其寿命和安全性，具有创新性，是符合国家节能减排战略方针的举措，可以造福社会，有利大型现代钢构建筑更快更健康发展。

大型现代钢构建筑的超长效防腐、防火与节能

研究院功能材料研究室 马金华 胡开盛

审核 辛湘杰

随着中国经济的高速发展，大型钢构建筑市场出现蓬勃发展生机。外商投资项目的同时带来了钢构建筑的新理念、新设计、新技术。我国钢产量多年位居世界第一，品质不断提高，价格不断降低，为钢构建筑发展提供了坚实物质基础和商机。由于钢构建筑所独具的优势，市场日新月异发展迅速。不仅是在大型钢构厂房建筑、大型仓库等工业设施上，而且在民用工程，从机场、车站、展览中心、体育场馆大型钢构建筑到现代住宅都获得了广泛应用和巨大的发展。

大型现代钢构建筑发展的同时提出了一个重要和不少人忧虑的问题，就是大型钢构建筑的安全性、可靠性与长安全周期。尤其是对大型高层建筑，除结构设计是最为重要，令用户最为关注的是超长效防腐与防火性。至于节能是我国基本国策，钢构建筑采用各种新节能技术是必然趋势。

本文就我公司研究成果和在解决上述问题方案进行了探讨。

　　一、钢结构建筑与砼建筑的优越性的比较

　　在我国经过几十年的建设，钢筋砼结构的建筑，建筑数量之大，建筑技术研究的深入和发展称的上世界之最，可以说把砼的建造和使用技术用到了炉火纯青的地步。但是对于钢结构用于建筑，在我国远远落后于发达国家，从其设计到使用，以及建造的规模和数量都是与国家整体实力不相称的。但是由于钢结构建筑具有：施工周期短，抗震性能好，安全度高，预制加工、设计弹性大，适合不同气候条件和大气环境，加之钢结构的施工污染小，噪音低，无粉尘污染，可以称的上是绿色环保性建筑。所以在我国九十年代末，从国外引进大量的先进设计理论和思想，以及加工制造、安装等方面的技术，使得国内钢结构建筑的发展速猛异常。国家建设部建筑简述政策方面有规定； 大力发展钢结构建筑的要求，建设部还把钢结构作为提高建筑整体技术水平的一项重要政策和措施。并且为了推动钢结构住宅的发展，2001年和2002年建设部的科技推广项目计划中，都分别把钢结构住宅的示范工程项目列入其中，之后每年都投入了大量科研经费支持有关科研项目的研究或开发。这表明了国家对钢结构建筑的非常重视和支持。

　　二、钛合金纳米重防腐涂料可以确保钢结构建筑防腐五十年

1、普通涂料防腐存在重大缺陷

　　经过多年的发展，目前钢结构建筑产业蓬勃发展，但是，由于相关法规、规范及标准的出台相对滞后，近几年来在钢结构建筑中出现的问题也不少，如1998年在浙江发生的数万平方米的轻钢结构厂房及个别网架钢结构工程的倒塌事故；某地一座跨度达70米的网架钢结构工程，经过5年使用突然整体倒塌。事故的发生除了设计、制作、安装方面的问题外，钢结构的防腐也是一个相当严重的问题。钢结构工程的业主、使用者、设计施工企业等对钢结构的防护问题都缺乏足够的重视，在意识上依然停留在传统的防腐技术上。由于材料及施工工艺选择不当，经常造成钢结构过早的腐蚀或破坏。目前，无论是工程业主、使用者还是施工者对于施工时如何检测防腐涂层的性能，基本不予重视。还有的不顾实际情况大砍防腐工程的费用，这些都使钢结构寿命大大缩短。综合世界各国对钢结构建筑的防护做法证明，采用钢结构防腐技术特别是长效防腐技术（20-30年）甚至超长效防腐（50年以上）极为重要。用重防腐涂料进行防腐涂装是最经济有效、最简便实用、最切实可行的一种方法。

2、钛合金纳米重防腐涂料是超长效防腐涂料

科星公司钛合金纳米重防腐涂料由自制钛合金纳米、高分子材料、特殊改性助剂、固化剂等组成。

特性：可适应各种交变应力及腐蚀介质的共同作用；具有良好的耐水、耐酸、碱、耐各类油、溶剂性；耐磨耐热抗拉，防垢；长效高效无毒；综合性能优良。

（A）钛合金纳米重防腐涂料原理及特点：

钛合金纳米重防腐涂料原理

在国内外首次采用机械化学法高效低成本制备出组织和成份分布均匀的钛合金钠米粉，并使其具备与高分子有机相结合的高活性，成为特殊优异的涂料改性剂。经国家超细粉末检验中心、中国科技大学等权威机构用SEM、TEM、XRD、激光粒度分布仪等检测，证实钛合金纳米粉末呈球形网状连接状态，平均粒径在21纳米左右。

图1-3分别图示了钛合金纳米SEM、TEM、XRD的结果

图1：中国科技大学理化中心电镜检测图 图2：国家工程中心电镜检测图

结论： 纳米粉末呈球型

尺寸为10-50nm

呈网络结构

图3：国防科技大学XRD衍射图

:图4：国家超细粉末工程中心XRD衍射图

结论：按谢乐公式计算，纳米检测直径为21nm，约为10-50nm之中，证实电镜下的尺寸是准确的。

激光粒度与比表面测定

通过激光粒度测定可以对试样颗粒的粒度分布做出统计。由于在包覆物存在的条件下，简单清洗是难以去除的，即使多次高速分离清洗，也很困难。这样反测出的粒经可能是二次粒子，其80%数量分布于60-90nm的区间。略高于电镜和XRD检测结果，但仍在纳米级范畴。比表面测定，每克钛合金纳米比表面在16-18㎡/g。

钛合金纳米重防腐涂料特点

(1) 抗腐蚀性好

钛合金号称“海洋金属之王”，“海洋金属之王”钛的选择，使得涂料本身就具有优越的耐蚀性。

钛合金与钛在大多数电解质中处于钝化状态。此时，它的表面由一层钝化膜保护。钛合金钝化有三大特点：

强烈的钝化倾向

稳定电位范围宽

钝态下不易被Cl— 破坏。

钛合金纳米也承袭了这种特性，只要涂层中钛合金纳米达到一定浓度，涂层也处于钝化状态，在各种腐蚀介质中可以维持极低的腐蚀电流，即腐蚀十分缓慢。故在上述酸、碱、盐、海水中表现出长时间稳定特性。钛合金耐蚀性显著特点是对氯化物、氧化性介质、海水有突出的耐蚀性能，被誉为“海洋金属”。与之相反，大多数不锈钢和普通结构钢对氯化物、海水敏感，点腐蚀、应力腐蚀在PPm级Cl— 条件下可以发生。因此，我们可以解释钛合金纳米涂层在氯化物、海水、部分酸中处于钝化状态，表现出优异的耐蚀性能。在这种状态下，涂层对基层钢铁起着阴极保护作用。只要钝化状态不破坏，钢板就不被腐蚀。这也是我们选择钛合金纳米作为涂料活性添加剂的初衷。

添加了钛及钛合金纳米颗粒的涂膜，微观上好比覆盖无数层钛及钛合金层，并与高分子形成致密的网状结构，形成强的抗腐蚀能力。

纳米颗粒表面高活性，易与有机官能团键合，与涂料树脂形成致密的网络结构，且具有低的表面能，有效抵抗腐蚀离子侵入及垢的形成；化学键合与化学吸附作用形成稳定的结构，阻止水、氧及其他腐蚀介质的取代作用，使其不易发生腐蚀反应，提高了防止化学腐蚀破坏的 能力 。

(2) 抗渗透性强

钛合金纳米重防腐涂料和树脂形成了化学键合和化学吸附，并呈网络结构，堵塞了填料与树脂间的渗透通道 ；

微小的钛合金纳米重防腐涂料粒子填充到分子空穴中，由于水、氧和其他离子不能透过钛合金纳米重防腐涂料颗粒本身，只能绕道渗透，这样就延长了渗透路线 ，起到迷宫效应；

钛合金纳米重防腐涂料有包覆有机物层，所以具有抗润湿性，减少毛细管作用抵抗极性介质和离子通过涂膜。

抗渗透性好，可阻止水 、氧和离子的通过，使涂料具有屏蔽能力 ；

钛合金纳米重防腐涂料涂料固化时体积收缩率小，而且游离键和钛的结合状态使分子链柔软便于旋转，可消除内应力，所以钛合金纳米重防腐涂料涂料的应力很低，涂层内部没有微裂纹，抗开裂 、剥离能力强。 以上两条提高了防止物理破坏的能力 ；

(3) 抗垢性好

粗糙的表面能增加液体流动的阻力，降低 流速，增加 近壁流层的厚度 ，造成更多的结构核心，有利于污垢的沉积长大。而钛合金纳米重防腐涂料涂层由于微小纳米粒子的填充作用表面光洁度很高，近壁流层薄不利于结垢 ；

钛合金纳米重防腐涂料具有特殊的磁性，能对污垢粒子整形使其排列整齐，不形成垢分子交错穿插的硬垢 ；

钛合金纳米重防腐涂料特殊的化学结构形成亲油憎水表面 ，排斥污垢粒子 ，使其不能粘附涂层表面上，达到防垢的效果 ；

具有一定的杀菌功能 ，可以防止硫酸盐还原菌、藻类微生物附着 。

(4) 耐温性好

当温度达到树脂玻璃转化温度时，由于树脂链接运动受钛合金纳米粒子的化学键合和填充的束缚作用 ，其自由体积空穴不能增大，仍有良好抗渗透性 ，使腐蚀因子不易过 ，其耐温性能比同基树脂涂料高 50℃以上 。例 如环氧基涂料的耐温性一 般是 80℃，而环氧基钛合金纳米重防腐涂料涂料的耐温性达到 150℃。

(5) 耐水性好

钛合金纳米重防腐涂料的羟基、醚基及氨基等亲水基 ，与钛合金纳米发生化学键合或化学吸附， 其极性大幅度下降，此外链接上的钛合金纳米表面有疏水性 ，这样涂料的整体耐水性大大提高。另外 ，固化后玻璃化温度的提高、涂层良好的抗渗性 。

综上所述，纳米粒子因其特性而具备的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特殊性质，在新材料开发中显示出巨大的优越性：这种纳米涂料改性剂因小尺寸效应比传统改性剂使涂覆的表面更加均一，不产生表面缺陷，且由于纳米粒子与基体界面发生相互作用，产生渗透和填充效果，增强涂层基体的界面结合，使之连成整体，能有效克服传统涂料致密性、附着力差等缺陷，涂膜的阻透性、耐化学性、热稳定性、抗氧化性和抗低温等性能大幅度提高，防止腐蚀介质渗透，赋予涂料优异的防腐蚀综合性能；此外，纳米颗粒的巨大界面具有很高的表面能量，纳米粒子与键合剂之间的化学键结合，远远大于普通填料的吸附包裹等物理作用力，键合剂还与树脂发生交联反应，使涂层的抗拉强度、硬度、耐磨性等力学性能较常规涂料成倍提高，且因为界面细小，原子的转动或迁移，表现出良好的韧性和延展性。

（B）在酸、碱、盐腐蚀介质中的长期试验结果

表一　钛合金纳米涂料在不同腐蚀介质中浸泡试验数据表 ：

表二　钛合金纳米涂料与国外名牌优龙重防腐涂料的比较：

江苏南通某重防腐厂引进葡萄牙优龙重防腐，据介绍在海洋中稳定使用寿命为25年，在上述腐蚀介质中与我公司钛合金纳米重防腐涂料进行酸腐蚀比较，我公司产品抗腐蚀性能优于优龙品牌。

表三　钛合金纳米涂料与国外名牌图博可特重防腐涂料的比较 ：

四川邛崃钾溴工程50 ℃的卤水试验, 50 ℃\15%溴水试验分别浸泡,图博可特重防腐涂料试棒48小时起泡失效,科星钛合金纳米重防腐试棒稳定大于240小时。

XX空调公司设计五十年寿命钢构建筑选用日本立邦、日本冷镀锌及钛合金纳米重防腐涂料进行盐雾试验比较，经清华大学与xx空调检测中心长期试验，立邦3800h出现锈斑，冷镀锌＜7600h生锈失效，钛合金纳米重防腐涂料超过7600h。

表四 钛合金纳米重防腐与日本立邦、日本冷镀锌比较

※ XX空调提供数据

（C）在太阳光下十五年暴晒结果

钛合金纳米重防腐涂料经在大气暴晒十五年后（涂层厚40-60μm）涂层完好、无脱落，钛合金纳米与基层钢材附着紧密，用刀刮开涂层，钢材表面与十五年前一样无任何腐蚀痕迹。涂层树脂虽有轻度粉化，但与不含纳米材料涂层2-3年完全粉化的相比有相当大的区别 。再暴晒10年直至25年钛合金纳米重防腐涂料有良好的防腐性能是完全没有问题的。这是因为钛合金纳米颗粒对紫外线和大气有超强稳定性所致。

我们设计的钢结构不存在直接暴晒，钛合金纳米涂层40-60μm，再涂以2㎜防火涂料和面漆，此时钛合金纳米涂层与阳光、水处于完全隔绝，因此十分稳定。即使大气中有水气，由于钛合金纳米涂料的耐腐蚀结构的特性，水分也很难达到钢结构的基材表面。因此非直接暴晒钛合金纳米涂层中的树脂老化时间延长一倍即五十年是完全可能的，如果是用耐老化高分子材料，其寿命会更进一步延长。

钛合金纳米重防腐涂料由于钛在大气环境的极高耐蚀性、稳定性，它特有的网络结构及纳米材料具有悬空键多、比表面大的特性，使其与被保护的钢结构表面附着力有很大的提升。只要选择好耐老化高分子材料与之相匹配，钛合金纳米重防腐涂料保护钢结构五十年寿命是完全可以实现的。

（D）钛合金纳米重防腐涂料与普通涂料性能比较

用于钢结构建筑的几种典型防腐涂料性能如下：

钛合金纳米重防腐涂料 50年

环氧富锌防腐涂料 5年

醇酸防腐涂料 3年

钛合金纳米重防腐涂料与普通涂料的防腐机理存在着很大的区别，普通涂料基本上采用高分子树脂复合防锈颜料，为了减少成本，在其中还添加了不少的体质填料，这些颜、填料粒径都是几十微米左右，并且树脂与颜、填料之间仅存着物理性的润湿、包覆、偶联、吸附等作用，形成的涂膜机械强度较低，而我们的钛合金纳米重防腐，以钛合金纳米浆料作为防腐功能填料，就钛合金纳米而言，我们通过检测其比表面积达到18㎡/g以上。通过光电子能谱分析，发现其与C、H、O有化学键合信息，键合力的结合强度应明显高于化学吸附，更高于普通颜填料的吸附力和机械结合力。钛合金纳米粒子高活性悬空键，与包覆树脂配位形成上述强有力的化学键合。同时由于树脂的闭环打开，形成开环的羟基与醚键进一步与成膜树脂形成化学键合与吸附，并形成新的活性开环，与钢铁基面发生化学键合与吸附，这就大大改善了涂层附着力。其致密的网络结构，可有效的抵御腐蚀介质的渗透与穿过。详见本文第二节(A)中详述。

涂层内部“网络结构”是一种理想结构，因为常规涂层颜填料颗粒粗大，与成膜物质只是简单的物理结合和吸附，在高倍显微镜下可以观察到它们之间的微小间隙。涂层的破坏由于介质的腐蚀强度和外力作用，溶液分子大多是从这些间隙向涂层内部开始渗透的，涂层对溶液分子穿透阻力决定了涂层的寿命！一旦渗透发生，就会一步步扩大到基层钢铁表面。随后，按一般腐蚀规律扩展而致钢铁破坏！

图5：钛合金纳米重防腐涂料与普通涂料防护模型

3、钛合金纳米重防腐涂料的使用情况

钛合金纳米重防腐涂料具有超强耐蚀性且附着力强。附着力及防腐性能超越PPG、德威、关西、优龙、图博可特等高档涂料，该涂料还有比重低的优点，因此可用相对较薄的防腐涂层。该涂料施工简便，防腐长效，平均寿命为普通涂料数倍以上，延长了其设备的维修周期，必然极大的减少了客户的防腐成本及间接损失，带来较高的经济效益。目前广泛应用于油田油井、化工冶炼、海洋工程、军工装备、出口机械等领域。其中在油田、油井中60℃以上的苛刻腐蚀环境下，最长工作时间已超过十年。

4、技术经济分析

钛合金纳米重防腐涂料作为防腐底漆使用时，按30um*2道，底漆厚度为60um时，理论涂装率为9m2,采用喷涂时，扣除损耗，实际涂覆面积可达4.5m2。每m2材料费15元左右，虽然钛合金纳米重防腐涂料单位价格虽然偏高一些，但其由于比重轻，施工厚度薄，并且使用寿命却是普通涂料的十几倍以上，因此对整体造价影响不大，价格上来讲高档防腐处理不是影响钢结构价格的主要因素。

三、钢结构建筑防火涂料

1、防火涂料的必要性

钢结构建筑的防火问题一直是业内专家关注的重点，我国钢结构建筑防火技术没有国外先进，目前广泛使用的办法是：把钢结构防火涂料涂在钢结构件表面，以起到防火隔热保护作用，防止钢材在火灾中迅速升温而降低强度，避免钢结构失去支撑能力而导致建筑物垮塌。目前，钢结构防火涂料的研究、生产及推广应用越来越受到重视。

钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷，因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层、多层、摩天大楼，厂房、库房、候车室、候机厅等采用钢材都很普遍。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。

钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。

2、钢结构防火的方法

要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法，如采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间等。但无论采取何种方法，其原理是一致的。下面介绍几种不同钢结构的防火保护措施。

(1)、外包层。就是在钢结构外表添加外包层，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来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也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，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。

(2)、充水(水套)。空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。这种方法能使钢结构在火灾中保持较低的温度，水在钢结构内循环，吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环，或由管道引入凉水来取代受热的水。

(3)、屏蔽。钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里，只要增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的。这是一种最为经济的防火方法。

(4)、膨胀材料。采用钢结构防火涂料保护构件，这种方法具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点，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，属于现代的先进防火技术措施。

3、防火涂料的分类

B类 薄涂型钢结构防火涂料—涂层厚度一般为2~7mm，有一定装饰效果，高温时膨胀增厚耐火隔热，耐火极限可达0.5~1.5h。又称为钢结构膨胀防火涂料。

H类 厚度型钢结构防火涂料—涂层厚度一般为8~50mm，粒状表面，密度较小，热导率低，耐火极限可达0.5~3.0h。又称为钢结构防火隔热涂料

目前，普遍按使用厚度分类的方法将钢结构防火涂料分为厚型、薄型和超薄型，

其厚度和耐火极限列于表5

表5　涂层厚度与耐火极限

类型 厚型/H 薄型 /B 超薄型/CB KX-CB型

涂层厚度( 不大于/mm) 25 ±2 5. 0 ±0. 5 2. 00 ±0. 20 2. 00 ±0. 2

耐火极限( 不低于) /h 2. 0 1. 0 1. 0 2.0

　　厚涂型防火涂料

厚涂型防火涂料又称为非膨胀型防火涂料，主要成分为无机绝热材料，遇火不膨胀。其自身具有良好的隔热性，因而也叫隔热性防火涂料。涂层一般为25 mm左右，对应耐火极限为2 h以上。厚涂型防火涂料的防火机理是利用涂层固有的良好绝热性，以及高温下部分成分蒸发分解产生的吸热作用，阻止并消耗火灾热量向钢材传递，并且在高温下形成一种釉状物，这种釉状物结构致密，能有效隔绝氧气并具有反射热量作用，使火灾时产生的热量部分反射，抵消外部热源对钢材的作用。还有些厚涂型防火涂料的成分中含大量卤化物，在高温下分解出大量卤化氢气体，冲淡氧和其他可燃性气体，抑制燃烧和降低反应速度，从而延缓钢构件达到临界温度的时间。厚涂型防火涂料一般无毒、耐老化、耐久性强，较可靠，构件耐火极限可达3 h以上，适用于永久性建筑中。

薄涂型防火涂料

薄涂型防火涂料又称膨胀型防火涂料，涂抹厚度一般为2～7 mm。其基料为有机树脂、发泡剂和碳化剂等成分。当涂层受热达到一定温度时，即可膨胀10～100倍，在被涂面与火源成海绵碳化层，如同一个绝热屏障，阻止热量向钢材传导。同时在涂料受热干馏时产生不燃性气体使燃性底材与助燃气体分隔，以降低其燃烧速度和温度。实验证明，普通薄涂型防火涂料的涂层达到7 mm 时，耐火极限即可提高到1. 5 h，达到耐火等级为二级的建筑防火要求。而最新开发的超薄型防火涂料，涂层仅为3 mm时就可达到这一要求。薄涂型防火涂料的特点是涂层薄、重量轻、抗震性好，并具有较好的装饰性。英国Nullifire公司生产的超薄型防火涂料用于广东大亚湾核电站裸露厂房屋架上已达十几年之久，仍可正常使用。但其缺点是施工时气味大、涂层易老化，若处于吸湿受潮状态，会失去膨胀性。

超薄型钢结构防火涂料

该类钢结构防火涂料受热时膨胀发泡形成致密的防火隔热层，该防火层延缓了钢材的温升，提高了钢构件的耐火极限。超薄膨胀型钢结构防火涂料施工可采用喷涂、刷涂或滚涂，一般使用在耐火极限要求在2. 0小时以内的建筑钢结构上。如可对一类建筑物中的梁楼板与屋顶承重构件，及二类建筑中的柱、梁、楼板等进行有效防火保护。近年来，轻型钢结构在工程中的应用倍受青睐，各种轻钢梁、网架等也可用该类型防火涂料进行防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄，工程中使用量较厚型、薄型钢结构防火涂料大大减少，这既降低了工程总费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，是目前消防部门大力推广的品种。但迄今为止，该类产品不管是国内，还是国外，都只开发出室内型产品，开发性能优异的室外超薄型防火涂料是目前国内外业内人士的共同目标。

4、防火涂料的机理

防火涂料涂覆在基材表面，除具有阻燃作用以外，还具有防锈、防水、防腐、耐磨、耐热以及涂层坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等性能。

燃烧是一种快速的有火焰发生的剧烈的氧化反应，反应非常复杂，燃烧的产生和进行必须同时具备三个条件，即可燃物质、助燃剂（如空气、氧气或氧化剂）和火源（如高温或火焰）。为了阻止燃烧的进行，必须切断燃烧过程中的三要素中的任何一个，例如降低温度、隔绝空气或可燃物。

防火涂料的防火机理大致可归纳为以下五点：

（1）防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触，延迟物体着火和减少燃烧的速度。

（2）防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。

（3）防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢。

（4）含氮的防火涂料受热分解出NO、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。

（5）膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体，延迟热量与基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。

5、科星公司钢结构防火涂料

据了解，我国防火涂料的生产企业经过20多年的发展己初具规模，生产企业发展到250家以上，但是在众多的防火涂料生产企业中，企业的规模、管理水平和技术水平参差不齐，优质产品极少。在众多的生产企业中，仅有一半多的企业通过了ISO9000质量体系的认证。有关调查发现，国内市场销售的防火涂料产品普遍存在着几个问题：防火性能低、容易脱落、装饰性差、耐久性差和质量不稳定。

　　目前，国内钢结构建筑较多，为了达到消防要求，业主不得己采用进口的钢结构防火涂料，采用进口防火涂料虽然能够达到消防要求，但将近7万元1吨的成本价格让建筑商苦不堪言。对于防火涂料而言，关键在于合理的配方及生产工艺。

科星公司采用超薄型膨胀防火涂料，既减轻了钢结构的负载，同时兼具美观、防火功能。附着力比常规防火涂料大1MPA以上，不开裂，无细纹，厚度小于2mm时防火极限两小时以上。

国内一般防火涂料采用的施工方案：

1、钢结构的表面处理：人工除锈或抛丸机除锈-喷砂除锈-一遍普通醇酸-防锈底漆-二遍底漆-第三遍防火涂料

2、钢结构的表面处理：人工除锈、抛丸机除锈-喷砂除锈-酸洗除锈-一遍防锈底漆-防火涂料（或者二遍环氧底漆刷超薄型防火漆）。

3、钢结构的表面处理：人工除锈，抛丸除锈，喷砂除锈-酸洗除锈一遍普底漆-砼覆盖（防火材料覆盖，挂水泥板等各种形式）。

钛合金纳米涂料是一种全新涂料，由于纳米材料的一些特定的表面效应、体积效应等、使得其防腐机理与普通涂料存在着本质的区别，能应对各种恶劣的，高浓度的，长期的腐蚀介质的侵蚀而不腐蚀，在各类石油、化工、矿山、工程机械、海洋工程中得到了广泛的应用，事实证明，钛合金纳米重防腐涂料是各类酸、碱、盐、水气、微生物引发的腐蚀克星。

我公司防火涂料采用超薄型膨胀隔热设计配方，防火涂层小于2毫米的厚度时，可达到防火极限2小时。

因此提出一种超长重防腐、防火钢构涂层方案如下：

人工除锈或抛丸机除锈-喷砂除锈－两遍钛合金纳米重防腐涂料－三遍防火涂料－两遍 防腐装饰面漆。

　　此方案可保证钢构五十年以上不发生腐蚀，耐火极限超过两小时。

　

四、钢结构建筑的节能问题

钢结构有诸多优点，这无庸置疑，但钢结构由于吸热、导热良好，太阳强烈时必将造成整个建筑的温度猛升，超过室外气温五度以上，人员不仅感觉到不舒适，更不利于安全生产以及设备的安全维护，故不得已在钢结构建筑中大幅增加制冷设备，从而钢构节能问题变得十分突出。

纳米隔热反射涂料可以较好的解决这个问题，当银色或白色太阳光反射隔热涂料涂覆于建筑物表面时，表面温度可以控制在45摄氏度以下（未涂时建筑物表面温度可达70摄氏度以上），传递到建筑物内部的热量就会大幅减少，这样整个建筑物的温度自然就不会上升得太猛，节省了大量的制冷费用。

1、屋面、挂壁钢板的反射涂料

普通的金属屋面采用的是蓝色烤漆，部分屋面甚至用的是沥青屋面，这些材料对太阳光谱的反射率很低，如普通蓝色屋面对太阳能谱中的红外反射仅为10%左右，而黑色屋面反射率约为1%，夏季太阳直射时表面温度可达70摄氏度以上。大量的辐射热量聚焦在屋面材料上，这些热量进而传导或辐射进入车间内部，造成车间温度大幅升高，对设备维护，工人健康，产品质量等均造成不良的影响，车间内若设有制冷设备，能耗非常高，若采用纳米反射材料制备的特殊涂料，这种涂料涂覆于屋面或者挂壁上，仅仅60-80微米左右的涂层，即可反射太阳红外线50-90%（白色或银色反射可达90%，黄色，蓝色，灰色反射可达50%以上），这样的屋面和挂壁表面温度将低于45摄氏度，减少了车间的能耗负担，节能效果显而易见。

图6：屋面及墙面反射涂料模型

2、混凝土墙面的隔热与反射涂料

混凝土墙面虽然厚度较厚，热传递较慢，但同理，一旦墙面在太阳光照射下温度上升后，散热也较慢，会不断的往室内传递热量，并且这种传递是持久的，较为均衡的，有时都能感觉墙壁内侧是滚烫的，当混凝土墙面面积超过一定比例时，混凝土传递或辐射进来的能量也是不容小视的，甚至比屋面更大。目前一般采用的隔热方法是铺设保温板或抹涂保温砂浆（3-5公分厚），虽能起到一定的效果，但从根本上尚未解决节能问题，更带来一系列的工程上的问题，比如防火、渗漏、开裂等难题。我公司采有纳米隔热涂层与纳米反射涂层技术，先在墙面涂覆1公分隔热涂料，再在隔热涂料表面涂覆一层60-80微米的反射涂料，这样做的优点是太阳光照射下，墙面本身就凉下来了，不会造成墙面升温太明显，这样隔热层的厚度就可以降下来，传递进室内的热量可大辐减少，并且解决了墙面持续向室内传热的难题。

3、玻璃幕墙的透明隔热涂料

现代大型的钢结构建筑，玻璃幕墙面积都占据了很大的比重，这些透明玻璃对太阳光的透射率为90%以上，特别是对紫外线的透过率在99%以上，当太阳直射建筑物时，基本上类同于太阳直射建筑物内部空间，造成地面，家具，室内人或物均类同于直接暴晒在太阳底下，使人感到异常灼热，这也是钢结构建筑最直接、最明显的、最快速的受到热量的辐射，若要使建筑物内凉快起来，玻璃幕墙是最为关键的一部分。采用纳米透明隔热涂料是一种理想的选择，涂层透明，对可见光透过率大于80%，基本不影响采光，但对紫外线和红外线大部分隔绝或反射，特别是紫外线，隔绝率大于90%，经过上百次的试验，涂有涂层的玻璃比不涂纳米隔热涂料的玻璃，在测试仪上测试，温差有上十度以上，测试仪如图所示。

钢结构建筑玻璃幕墙如果涂有这种纳米隔热涂料，可以感觉到室内凉快起来了，还能保护设备、家具，车间还能保证安全生产，能耗大幅下降。

5、五十年寿命钢结构建筑综合防腐、防火、节能方案

1 主体钢结构设计：

钛合金纳米重防腐涂料作为防腐底漆2道，干膜厚60微米。

涂覆超薄防火涂料2mm，干燥。

涂覆防腐面漆干膜厚50微米。

防腐寿命可达五十年。

2 屋面、挂壁设计：

纳米反射涂料，干膜厚60-80微米、

3 玻璃窗幕墙设计：

纳米透明隔热涂料，干膜厚15-20微米。

建筑物能耗可降低40%以上。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a44683a4cd1755270722192e453610661fd95a0b.html