江西化工２０ １３年第２期纳米材料在钢结构防火涂料中的应用分析聂晓胜（ 江西省公安消防总队吉安支队）摘要： 鉴于防火涂料对钢结构耐火性能影响的重要性， 本文对几种通过纳米材料改性的防火涂料性能进行分析比较，结果发现江西钢结构防火涂料， 不同的纳米材料及其添加量对钢结构耐火极限均有不同程度的影响。关键词： 纳米材料钢结构防火涂料耐火极限一、 前言钢结构作为建筑结构的一种形式， 以其强度高、 质量轻， 并有良好的延伸性、 抗震性和施工周期短等特点， 在建筑业中得到广泛应用， 尤其在现在超高层及大跨度建筑等方面显示出强大的生命力。 但是钢结构虽然不燃， 却极易导热， 当自身温度达到４ ０ ０ ℃以上， 其力学性能迅速下降， 而当温度达到６００℃时， 钢材的承载能力几乎为零， 通常裸钢的耐火极限只有１５—３０ ｒ ａ ｉｎ 。根据我国有关建筑防火设计规范的要求， 建筑的柱、 梁及楼板与屋顶承重构件的耐火极限的要求为０ ． ５—３．Ｏ ｈ 不等。 因此， 必须采用防火涂料保护钢构件， 提高其耐火极限， 达到设计要求， 为消防员开展救援和灭火争取时间。 目前对钢结构进行防火保护主要有两种方法， 即截流法和疏导法， 截流法又包括喷涂法、 包封法、屏蔽法以及水喷淋法。

相对于其它方法， 喷涂法进行保护具有隔热性能好， 施工不受钢结构几何形体限制，一般不需辅助设施， 涂层重量轻， 还有一定的美观装饰作用， 施工与维修均较方便的特点， 因此， 采用防火涂料涂覆保护钢结构往往成为首选的防火保护措施。 其中， 超薄型钢结构防火涂料品种粒度更细、 涂层更薄、施工方便、 装饰性更好， 在满足钢结构防火要求的同时， 亦能满足人们高装饰性要求， 此外还降低了工程总费用， 是目前钢架结构建设大力推广的品种。 而将粒径小、 比表面极大、 与高分子基料相容性好的纳米材料运用到超薄钢结构防火涂料中可以增强炭质层的强度， 提高钢结构的耐火极限。 因而， 研究纳米材料在超薄型钢结构防火涂料中的应用具有重要的意义， 目前国内已有科研工作者对此进行了研究。 下面， 笔者主要对所采用纳米材料对超薄型钢结构防火涂料的影响进行分析。二、 纳米材料在钢结构防火涂料中的应用分析１． 纳米Ｓ ｉ０２北京航空航天大学材料学院的付若愚等研究将纳米Ｓ ｉＯ ： 应用到水性超薄型钢结构防火涂料中…，经耐火实验发现适量的添加可以明显提高涂料燃烧后炭质层的强度涂料品牌网， 延长其耐火极限， 如图１所示。 当纳米Ｓ ｉＯ ：的添加量为１． ５％时， 可以获得最大的１１０ 分钟耐火极限。

当添加量低于１． ５％时， 耐火极限随其含量的增加而延长， 这是因为涂料受热膨胀形成炭质层后， 基体中的纳米可以起到“钉扎” 作用， 能大大增强燃烧后炭质层的强度； 同时纳米表面还有大量的缺陷态， 不仅具有蓄能作用， 而且与基体中的分子间有较强的范德华力作用， 使炭质层与基体结合较好，不易脱落。 而当添加量超过１． ５％后江西钢结构防火涂料， 情况正好相反， 随着其含量的增加耐火极限降低， 这是因为在纳米粒子通过增加分子间作用力来增强炭质层强度的同时， 抑制了涂层的膨胀， 使得炭质层密度增大， 导热系数相应增加， 从而缩短了钢结构的耐火极限。 同时， 纳米Ｓ ｉ０ ２的紫外屏蔽光谱和涂料的人工老化实验表明， 纳米Ｓ ｉＯ ： 具有特殊的光学性能， 可以屏蔽大部分紫外光可以有效延缓涂料的老化进程， 保持防火性能的稳定性。２． 纳米Ｔ ｉ０ ２四川大学材料学院的邹敏等以经硅铝复合包膜改性后的纳米Ｔ ｉＯ ： 与防火涂料共混后用超声波处理２ｈ 【２Ｊ， 并与未添加的纯防火涂料进行对比， 来考察纳米Ｔ ｉＯ ： 的用量对防火涂料性能的影响。 他们分别测定了涂料的耐火极限、 耐水极限、 黏结强度和抗菌性能等物理指标， 与纯钢结构防火涂料相比， 纳米Ｔ ｉＯ ： 添加量为０ ． ９ ％时， 改性钢结构防火涂料的性能有较大的提高，其耐火极限可提高１６℃， 耐水极限可提高９ ｈ ， 黏结强度可提高０ ． １６ Ｍ Ｐ ａ ， 抗菌率也由２１％上升到９ ９ ％。

３． 纳米Ｚ ｎ Ｏ北京科技大学腐蚀与防护中心的咸才军等将多种纳米材料应用到水性超薄膨胀型钢结构防火涂料中，研究其用量对钢结构防火涂料耐火极限的影响¨ Ｊ。 结果发现纳米Ｚ ｎ Ｏ 的用量对膨胀炭质层的形貌和强度影响与添加纳米Ｚ ｎ Ｏ 的结果相似， 少量添加时可增强炭质层强度， 过量添加又抑制了炭质层的膨胀高度。 实验表明， 使用２％的添加量能使炭质层保持比较完整的形貌和较高的膨胀高度， 有效提高涂层的耐火极限。万方数据