膨胀型防火涂料通用版.docx

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膨胀型防火涂料通用版

膨胀型防火涂料（通用版）

Technicalsafetymeansthatthepursuitoftechnologyshouldalsoincludeensuringthatpeoplemakemistakes

（安全技术）

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膨胀型防火涂料（通用版）

备注：

传统安全中认为技术只要能在人不犯错误时保证人安全就达到了技术的根本要求，但更进一步的技术安全观对技术的追求还应该包括保证防止人犯错，乃至在一定范围内缓冲、包容人的错误。

　　在英格兰和威尔士《建筑规（BuildingRcgulation）》的许可文件B中，是这样描述防火安全的，“建筑物的设计和建造必须保证，在发生火灾时，建筑物能保持相当长时间的稳定性。

”那么“相当长时间”是多长时间呢?

　　在该文件中，依据建筑物不同的高度和用途，规定了不同的耐火时间，从30mm到120mln不等，耐火时间的长短也与建筑中是否安装了喷水灭火系统（主动消防）有关。

耐火时间是通过在建筑结构的钢构件上涂敷隔热材料（被动消防）来实现的。

许可文件B中明确规定，这些隔热材料必须满足BS476第21部分《火灾试验标准（FireTestStandard）》关于耐火时间的要求。

这个试验标准包括，在NAMAS许可的实验条件下，钢柱和钢梁的有载荷和无载荷实验。

这个火灾试验方法是基于在燃烧室中的标准纤维素火，燃烧室温度控制在符合标准加热曲线的水平。

根据实验结果就能确定各种情况下，钢材需要的绝热材料厚度。

建筑者和设计人员经常青睐的一种重要的防火材料就是膨胀型防火涂料。

　　膨胀型防火涂料在火灾条件下，厚度能膨胀许多倍，并产生绝热炭化层或泡沫。

炭化层能降低钢材温度升高的速度，从而延长结构破坏的时间。

　　在英国，除了《建筑规范》有一些要求外，对结构钢组件（在没有气体、油类和化学危险品的场所），目前还没有其他进行更进一步试验的法定要求。

特别是针对爆炸和（或）烃类火影响后果的实验或许可，也没有具体的规定要求。

本文作者也相信，其他欧洲国家和美国，情况也与此相似，而且这些国家只有国家标准规定的纤维素火实验。

　　2001年9月11日纽约世界贸易中心事件后，在全世界范围内关于高层建筑消防的许多问题被提了出来。

为了达到更可靠的安全程度，同时也为了解答这些特殊问题，利氏涂料公司（Leigh"sPaints）已经开发出了——系列Firetex膨胀型防火涂料，以应对爆炸和烃类火灾。

　　在世贸中心事故中，先发生爆炸，然后起火，消防没施丧失厂刈下面结构的保护作用，膨胀型防火涂料必须在爆炸过程中和爆炸发生后都能保持完好并粘附在钢材1上。

所以，Leigh"sPaints就采用了一种Advantica技术（以前英国的一种气体技术）来进行气体爆炸实验，以评价薄薄一层膨胀型防火涂料抵御爆炸的能力。

　　除上述实验外，Leigh"s还进行了一项实验，就是将一段涂有Firetex膨胀型防火涂料的钢柱放在一个多层实验楼的防火分区内进行实验，该多层实验楼位于Carding-ton的建筑研究院内，并使该防火分区暴露在高温的自然火中进行实验。

　　1气体爆炸实验

　　气体爆炸实验是将一些涂有Firetex膨胀型防火涂料的预制构件组装成的钢柱放在一个182m2的爆炸室内。

平均最大超压1697mbar，平均持续时间104ms。

　　这个实验使用的爆炸室在Advantica。

该爆炸室横断面4.5mX4.5m，长9.0m，其中在4.5m见方的一侧面上有一排气孔，其余面都是密封的。

爆炸过压的大小与气体浓度和排气孔面积这两个参数有关。

　　爆炸室内的气体浓度由定位工作台控制，工作台上有直径0.18m的水平管道，每个工作台有多达10条管道，最多有8个定位工作台。

增加管道数，就增大了浓度，实验中产生的过压就相应地增大。

　　爆炸室侧面上排气孔的面积也可以改变大小。

爆炸室内管道数保持不变时，减小排气孔尺寸，可以延长持续时间和增大过压。

　　本实验中共有54条管道，排气孔面积小于10m2。

　　将长度为1.6m的4根常用的钢柱水平放置在排气孔敞开的柜架内。

这4根钢柱分别涂有1.8mm厚的FiretexM78、1.5mm厚的FiretexFBl20、1.8mm厚FiretexM782和1.21mm厚的FirelexF908。

所有这些涂料都是在真空条件下喷涂的。

　　放置好试样后，用500gauge（0.125mm厚）的聚乙烯板将排气孔封上，防止易燃混合气体外溢。

　　然后，向爆炸室内释放天然气和空气，释放时天然气和空气独立控制，直到达到要求的气体浓度。

在4个不同的位置上用红外线分析仪测量天然气的浓度，以保证达到合适的浓度值。

　　实验用一个单独的小能量电火花点燃。

用压力传感器测量过压，用视频摄像记录实验过程。

用压力传感器测得的平均过压为1697mbar，平均持续时间为104ms。

　　实验后进行外观检查，结果所有的试样都没有因爆炸产生过压而损坏的痕迹，而且涂料也保持完好。

　　这就提出了一个问题，其他防火涂料在同样的爆炸条件下表现会如何呢?

是否有足够的保持力提供相应的防火保护呢?

　　将上述实验后的试样放在另一种不同的设备中再进行进一步的烃类火实验。

为了保证下一步实验的试样都来自前面的实验，每一个试样都作了标记并注明了日期。

　　2烃类火实验

　　已经进行过气体爆炸实验和没有进行气体爆炸实验的对照试样上都装上热电偶。

在对照试样上也涂上相同的膨胀型涂料，干膜厚度为进行过爆炸实验试样的5％以内。

　　将这两种试样进行同样的火灾实验，加热条件按照1987版BS476标准第20部分附录D的规定进行。

这里规定了一个模拟烃类燃料燃烧过程温度变化的温度曲线。

这个温度曲线介于精确测定的烃类温度曲线和实际燃烧室中的温度曲线之间。

也可以将这个温度曲线看作是已进行过爆炸实验试样和其对照试样温度曲线的平均值。

所有的Fire-tex膨胀型防火涂料也都进行烃类火实验。

　　做过爆炸实验的试样，51min后平均温度达到了550℃，对照试样53min后也达到了同样的温度。

所以，可以这样认为，气体爆炸对Firetex膨胀型防火涂料性能的影响可以忽略不计，经历过气体爆炸的涂料与未经过爆炸的具有同样的性能。

　　烃类火一般比纤维素火更猛烈（见图1），这一点从BS476标准第20部分的曲线中也可以看出。

　　还必须注意一点，那些设计用于纤维素火的防火涂料的性能还是非常有效的。

在烃类火实验中，这些材料的有效性达到了在纤维素火中的60％左右。

　　3FiretexM78在大规模自然火灾中的性能

　　这里要介绍一种膨胀型防火涂料（FiretexM78）喷涂在钢柱上，暴露在几种自然火灾中所表现出的性能。

这些性能要用实验数据来描述，实验按照BS476标准第21部分的规定进行。

　　长度1m的203X203uc52kg的钢柱，涂上膨胀型防火涂料，涂料平均厚度2.35mm。

将这种试样与涂有其他涂料的钢材试样一起放人防火分区中。

　　为了便于直接对比，还要放人一个未加涂料的试样。

在试样中间高度位置的腹板和翼板上固定热电偶。

　　防火分区地面为11mX7m，高度约为4m。

建筑南侧面上的窗户提供通风。

为限制氧气的进入量，进而延长火的持续时间，将长度为2.77m的窗户，减小为1.27m。

从地板到天花板下方500mm处的墙壁用灰泥板围起来。

墙顶和组合楼板之间的缝隙用可压缩纤维堵塞，以适应上面楼板的较大变形。

　　实验火按照最新版欧洲规范火灾部分（BSEN1991—1—2：

2002，Eurocode1：

ActionsOnstructures）规定的参数设计。

火灾荷载为地板面积每平方米40kg木材，相当于720MJ/m2的火灾荷载密度。

理论预测温度与实际测量温度的差，与0.043m-1的通风系数（Av√h/At）和隔墙的热性能（b系数＝√（pc入）＝714J／m2Sl/2K）有关。

　　多年来，我们一直根据暴露在标准温度曲线中的相应时间，用时间当量法评定自然火强度。

这种方法是使结构构件在一种自然火中达到的最高温度与在标准实验火中达到相同温度所需要的时间建立关系。

设计人员和规范制定部门都清楚，为了保护钢结构，这种方法已扩展了其适用范围，并制定了与耐火时间有关的性能指标。

在本实验中，这个时间当量预测是72min，所以给钢柱试样涂上能提供90min火灾保护的涂料厚度，认为是合适的。

　　实验的结果是，这个时间当量接近100min，而不是预计的72min。

没有涂料保护的试样达到这个通常所说的“极限”温度的时间，不到30min，在几乎整个实验持续过程中，这个试样的平均保护温度低于极限温度，只有一处比极限温度高出10℃。

　　实验结果表明，用在该实验中试样所涂的FiretexM78涂料涂过的钢构件，可以在自然火持续过程中维持其承载量，并能在相应的火灾强度中保持将近100min。

　　4结束语

　　总之，上述用Firetex膨胀型防火涂料所作的实验已经证实，这种防火涂料不仅能针对剧烈的自然纤维素火提供保护，还能对爆炸和烃类火进行保护。

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