摘要：本文对装配式钢结构的应用和发展现状、涂料的防火和防腐机理，以及防火涂料和防腐涂料在装配式钢结构的应用情况进行了论述，同时分析了防火防腐涂料的发展趋势。
关键词：装配式钢结构，防火涂料，防腐涂料
Application and Development Trend of Fire- retardant and Anticorrosive Coatings in Assembled Steel Structures
Shi Chuqi
(Guangzhou Academy of Architectural Sciences, New Technology Development Center Co., Ltd., Guangdong，Guangzhou, 510663)
Abstract: In this paper, the application and development status of assembly steel structure, the mechanism of fire-retardant coatings and anticorrosive coatings, and the application of these coatings in assembly steel structure are discussed. Furthermore, the development trend of fire and corrosion protection coatings is analyzed.
Key words: assembled steel structures, fire-retardant coatings, anticorrosive coatings
近年来，国家大力推进建筑产业化，相继出台了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》等系列政策文件。我国目前的建造方式大多仍以现场浇筑为主，装配式建筑比例和规模化程度较低，与发展绿色建筑的有关要求以及先进建造方式相比还有很大差距，因此，装配式结构具有迫切的发展需求和广阔的应用前景。钢结构具有自重轻、强度高、施工便利、抗震性好、延伸性好、耐冲击性强、绿色环保等优点，钢结构在装配式建筑行业中的应用相当普遍。然而，钢结构是热的良导体，其在高温下传热速率越来越快。火灾现场的环境温度可在15分钟内升至540℃，此时没有防火材料保护的钢结构建筑将在数分钟内快速升温达到临界温度。当温度在600℃左右时，钢结构的承载能力下降至常温的30%以下，钢结构承载能力及结构强度不足以支撑建筑物重量，将导致建筑物的倒塌并造成严重的人员伤亡及财产损失。另一方面，钢结构在潮湿或酸性环境中极易腐蚀，我国每年都因钢材的腐蚀造成大量的钢铁浪费和巨大的经济损失，且腐蚀的发生不利于保证建筑结构的耐久性。因此，钢结构防火防腐技术的研究已经迫在眉睫，越来越受到人们的重视。
1 防火防腐涂料的应用机理
1.1防火涂料
人们通常采用混凝土包覆、绝热板包覆、矿物纤维与水泥混合后喷涂以及涂覆钢结构防火涂料等措施来降低钢结构在火场中的升温速率。其中，涂覆钢结构防火涂料是最便捷、最有效的措施之一。按照主体材料的不同，钢结构防火涂料可分为无机型钢结构防火涂料和有机型钢结构防火涂料。无机型钢结构防火涂料具有绿色环保、廉价、耐候性良好、耐火时间长等优点，但涂层厚且不膨胀，笨重施工极为不便，占用大量的空间，且装饰性较差。有机型钢结构防火涂料的涂层薄、施工便利且涂层美观具有装饰性，然而其需要使用大量的有机材料，阻燃防火时可能会释放出有毒烟气，且材料的耐水耐候性较差。
根据阻燃机理的不同，防火涂料可分为膨胀型防火涂料和非膨胀型防火涂料两类。从近年来防火涂料在装配式建筑中的应用情况来看，考虑到阻燃效果、装饰效果以及经济成本等因素，膨胀型防火涂料的应用更为广泛，其阻燃效果较好于非膨胀型防火涂料。膨胀型阻燃涂料一般由成膜物质（基料）、膨胀阻燃剂（脱水催化剂、炭化剂、发泡剂）、颜填料、助剂等组成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆新型膨胀阻燃剂的研究与开发，有利于推动防火涂料在装配式钢结构建筑中的应用。
若能结合有机阻燃材料与无机阻燃材料的性能优势，将两者以适当的比例复配制备新型膨胀阻燃剂，有望得到阻燃效果和综合性能优异的防火涂料。季晓丽等[1]以氢氧化钠和水玻璃为激发剂激发偏高岭土制成的新型胶凝材料地聚合物为防火涂料的基料，辅以纯丙乳液作为辅助成膜物质，可膨胀石墨与聚磷酸铵、三聚氰胺以及季戊四醇所构成的磷-氮-碳体系为有机无机复合膨胀阻燃体系，添加颜填料和助剂，制备了一种涂层较薄的有机无机复合型水性膨胀型钢结构防火涂料。所得钢结构防火涂料具有耐火时间长，生产施工便利，在燃烧过程中产生的刺激性气味较少等优点。
1.2 防腐涂料
装配式钢结构用防腐涂料是以防止钢结构腐蚀为主要功能的一类涂料，其突出特点是厚膜化和长寿命，主要成分包括成膜物质（基料）、颜填料、溶剂和助剂等。防腐涂料对钢结构的防腐蚀机理主要分为物理屏蔽、钝化缓蚀和电化学保护三种。
（1）物理屏蔽作用：涂料在钢结构表面形成屏蔽层，阻止外界环境中水分、氧气和氯离子等腐蚀介质与钢材表面接触；增加涂层膜厚可改善涂料的屏蔽作用，增强涂料的抗渗透性可提高涂层的防腐性能；
（2）钝化缓蚀作用：涂料中某些活性颜料或助剂先于钢材发生化学反应，改变钢材表面性能，促进其电极电位正向移动，延缓腐蚀；
（3）电化学保护：在防腐涂料中添加比钢材更活泼、负电位的金属填料，当电解质溶液在钢材表面发生电化学腐蚀时，涂料中活泼金属填料成为牺牲阳极而被溶解，保护钢材免遭腐蚀。
除涂层本身的作用以外，在涂料体系中添加具有防腐功能的颜填料也是一种常用的防腐蚀途径。例如，玻璃磷片、石墨烯等颜料通过隔绝腐蚀介质与金属表面接触达到防腐效果，为钢结构提供屏蔽作用；碱性颜料、防锈颜料等钝化颜料通过与金属相互作用在其表面形成钝化层，阻止腐蚀介质渗入涂层，为钢结构提供钝化缓蚀作用。此外，电化学阴极保护也是一种有效抑制钢结构电化学腐蚀的方式，常用富锌底漆[2]作为电化学阴极保护涂料，在钢结构腐蚀的过程中，锌粉作为阳极先被腐蚀，从而延缓钢材的腐蚀破坏。
随着环境污染问题日渐严峻，绿色建筑的理念得到提倡，低VOC甚至是零VOC排放的无毒防腐涂料的研制已成为建筑防腐涂料的主要发展方向之一，具备该优势的水性防腐涂料受到越来越多的关注。然而，水的表面张力高、挥发潜热大，容易造成涂料的漆膜干燥速度慢、成膜性低、施工不便利等问题。因此，新型高性能、低成本的水性防腐涂料的研制以及建筑涂料的无毒无挥发的实现，已成为钢结构防腐的迫切任务。
2 防火防腐涂料的发展趋势
近年来，兼具防腐功能的防火涂料的研究与开发日渐增多。防火防腐涂料具有优异的防火性能，在火灾发生时可有效阻挡热量传递，延缓钢结构的温升；同时，涂料具有良好的防腐性能，有效阻挡空气中腐蚀介质对钢结构的破坏。兼具防火、防腐功能的建筑涂料的研发有利于装配式钢结构的进一步推广应用。
针对涂料的组成成分，发展新型装配式钢结构用防火防腐涂料可通过以下途径来实现：开发具有耐水、耐候、耐酸、耐碱、耐磨性能、价格适宜的基料；将有机膨胀型阻燃剂和无机膨胀型阻燃剂以适当的比例复配，研制出阻燃效果好，环境友好的阻燃体系；引入具有防火、防腐效果的颜填料，在保证涂料理化性能的同时，有效改善涂料的防火防腐性能。
3 结语
根据涂料不同的使用需求，结合有机材料与无机材料的性能优势进行配方设计，有望于获得功能多样、性能优异、涂层超薄、装饰性强、绿色环保、施工便利、应用性广的多功能一体化的涂料产品。将新型防火防腐涂料应用于装配式钢结构中，可为建筑产业化的实现提供助力。
参考文献
[1] 季晓丽. 复合膨胀型钢结构防火涂料的制备与性能研究[D]. 重庆：重庆大学，2016.
[2] 胡晓玄. 建筑钢结构工程防腐、防火涂料的应用[J]. 中国建筑金属结构，2013，18，3-3.
论文作者:石楚琪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：钢结构论文; 涂料论文; 防腐涂料论文; 防火涂料论文; 涂层论文; 阻燃论文; 性能论文; 《基层建设》2019年第19期论文;