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0 引言
随着建筑技术的不断发展和我国对于钢结构建筑的政策鼓励，钢结构在高标准建筑中的应用越来越多。钢结构相对于普通的钢筋混凝土结构具有很多优点，如强度高、质量轻、抗震性能好等，但是钢结构本身耐火性能较差，必须进行充分的防火保护。目前人们对于钢结构的防火比较重视，在设计工作中会给予全面的考虑，但是实际的防火效果不仅受防火设计的影响，更会受到材料选择和施工质量的影响。本文从材料选择的角度进行分析，对比不同材料的特点，着重介绍无溶剂膨胀型环氧防火涂料的特点和其主要的应用场合。
1 不同类型防火涂层的特点及应用
1.1 厚型非膨胀型防火涂料
厚型非膨胀型防火涂料在建筑和工业领域的钢结构防火保护中有着非常广泛的应用。其成本较低，有利于推广使用，而且其防火原理简单，通过观察其外观并进行简单的检查就可以基本评估其整体状态及防火性能。厚型非膨胀型防火涂料的防火主要是通过其自身的隔热作用及某些受热反应来实现，相对于膨胀型防火涂料更加简单，不需要在火灾发生时形成充分膨胀的碳化层。
厚型非膨胀型防火涂料存在的典型问题在于其外观比较粗糙，不适用于对美观性要求较高的场合，所以常用于民用建筑钢结构的不可见区域或者工业钢结构。另外，厚型非膨胀型防火涂料在某些性能方面与水泥有相似之处，常出现可见开裂、脱落等问题，而且其致密性不佳，容易透过水汽造成防火涂层下方钢结构的腐蚀。在实际应用中，防火涂层下方产生严重腐蚀或者防火涂层下方防腐层脱落的问题较为常见。在项目设计阶段要对防火涂层下的防腐给予重视，并且要保证防腐涂层与防火涂层之间长期有效附着。厚型钢结构防火涂料虽然在其发挥作用时不需要通过反应产生膨胀层，但是其在高温下可能会产生开裂、脱落而影响整体防火效果。在某些特殊条件下，比如有震动或者变形的钢结构表面其容易脱落，此时应优先选择较薄的膨胀型防火涂料。另一个比较显著的问题是目前很多项目中使用的此类防火涂料表现出较差的耐久性，在长期使用后出现开裂、脱落以及涂层下锈蚀的问题较为突出。
1.2 水性膨胀型防火涂料
目前市场上的水性膨胀型防火涂料以合成聚合物乳液类型的产品为主。水性膨胀型防火涂料的典型优点是VOC（挥发性有机化合物）含量极低，其有利于施工和环境保护。在施工方面，对施工人员基本没有伤害，施工时无溶剂挥发，所以施工现场较为安全，不会导致火灾、爆炸等事故，并且不会对施工区域周边环境造成影响。从环境保护的角度，不会造成大气污染，尤其在目前环保要求越来越高、人们环保意识增强、相关法规愈加完善的情况下，水性防火涂料必然会成为未来的发展趋势。水性防火涂料的缺点在于其总体性能仍然略低于溶剂型防火涂料，更多应用于室内环境。在一些湿度较高、污染较重的区域并不适用，且对施工环境的温度和湿度较为敏感，湿度较高不利于固化，温度太低甚至低于零度时则不能施工。
1.3 溶剂型膨胀型丙烯酸防火涂料
溶剂型膨胀型丙烯酸防火涂料技术成熟，应用广泛，其性能较好，目前在我国普遍应用于建筑领域，取得较好的效果。但是其缺点也较为显著，与水性涂料产品相比，其对环境的影响较大，溶剂的使用及其含量必然会逐渐受到限制。另外，其耐久性、防腐性、机械性能等处于中等水平，在某些极端环境或者要求非常高的场合不宜使用。在要求较高的情况下，可以考虑采用综合性能远高于普通防火涂料的无溶剂膨胀型环氧防火涂料。
1.4 无溶剂膨胀型环氧防火涂料
无溶剂膨胀型环氧防火涂料相对于其他类型防火涂料的典型特点是综合性能优异，不仅能够起到良好的防火保护作用，而且具有非常优异的机械强度和防腐蚀作用，所以被广泛应用于各种环境恶劣的场合，尤其是海上钢结构防火。无溶剂膨胀型环氧防火涂料主要应用于需要防护碳烃类火灾的工业钢结构。因为其成本较高，在建筑钢结构中的应用相对较少，目前主要应用于一些超高标准的商业建筑钢结构。本文将结合目前市场上一款成熟的无溶剂膨胀型环氧防火涂料（以下称为EP-FP）对其性能进行介绍。
2 无溶剂膨胀型环氧防火涂料的优势
2.1 持久的耐腐蚀性
EP-FP 具有优异的防腐蚀性，完全满足NORSOKM501系统5A标准对于防火涂料的性能要求。NORSOK-M501 是目前世界上被广泛认可的对海洋及海岸环境钢结构防护材料的性能要求标准。通过此标准意味着产品可以用于高盐雾的苛刻环境中，在常规环境中使用时会获得更长的使用寿命。测试的配套涂料体系见表1。
注：1—表面处理：表面喷砂处理至Sa 2.5级；2—底漆与过渡漆体系经过防火涂料供应商测试认证与防火涂料兼容。
以上配套体系没有涂装面漆，以测试防火涂料在无面漆保护条件下的耐腐蚀性。这样可以保证其用于户外环境出现面漆破损不能及时维修时依然可以起到防护作用。测试步骤见表2。
对配套体系的粉化/ 锈蚀/ 开裂/ 附着力等进行分析，结果完全符合标准要求，而且吸水率低，表现出极好的耐水性。
2.2 优异的机械性能
无溶剂膨胀型环氧防火涂料具有优异的机械性能，在施工、搬运、安装以及使用的各个环节都能保证其对于机械损伤具有一定的耐受能力（见表3），从而保证其涂层的完整性。
由表3 可见：无溶剂膨胀型环氧防火涂料的综合机械性能远优于普通的单组分膨胀型防火涂料和厚型非膨胀型防火涂料。
2.3 耐低温性
在目前采用的钢结构防火涂料性能标准中，对于涂料耐冷热循环/ 冻融循环的测试，其最低温度是设置环境温度为-20℃。此标准要求能满足大多数场合的需求，但是在某些特殊地区和环境中，最低温度远低于-20℃，如果采用常规涂料，则容易产生冻裂甚至脱落等问题，不仅会对防火性能造成影响，同时也会影响涂层的防腐性能和表观效果。将EP-FP 产品在更低的环境温度下进行了循环测试，结果表明其几乎能够适应所有自然环境所产生的低温，非常适用于某些冬季气温非常低的地区的室外钢结构防火保护。
2.4 长效防火
使用防火涂料的很多钢结构建筑设计寿命在50 a以上。在钢结构的适用周期内必然存在防火涂料的更换和维护。建筑钢结构在其使用过程中的大修与维护相对于其初次建造施工难度更大，成本更高，所以对于防火涂料的使用寿命通常期望较高。事实上，因为防火涂料的某些自身特点，其防火效果通常随时间而减弱。防火涂料含有很多活性成分，以保证其在火灾环境中能够膨胀形成隔热层。其中的活性成分在使用过程中受到水汽的影响，涂料自身也会产生一个老化过程，涂料内部成分的改变会影响其发泡性能，从而影响其防火效果。目前很多相关研究均是在实验室中采用加速实验的方法研究老化对于其防火性能的影响，真实环境下的研究则因为成本较高、周期太长而非常少见，市场上大多数防火涂料长期使用后的防火性能目前并不明了。EP-FP 不仅在实验室进行的循环腐蚀测试后耐火性能表现良好，更重要的是其早期产品已经通过时间的考验，在实际的环境测试以及项目的跟踪调查报告中呈现出极佳的耐久性。经过十多年的使用后防火效果依然没有明显的改变。
2.5 美观效果
建筑钢结构防火涂料对于美观要求较高。喷涂EP-FP 后，能够获得具有一定纹理效果的表面，在大多数情况下能够满足美观要求。如果对于表面平整度要求更高，则可以使用辊筒进行表面整平处理。图1a 为喷涂后辊平前的效果，图1b 为辊平后的效果。
如果需要完全平整的表面形态，则需要在涂层干燥之后进行砂纸打磨。
2.6 模具预制特殊结构
无溶剂膨胀型环氧防火涂料因其施工后不存在溶剂挥发的过程，其体积没有变化，可以采用模具预制特殊结构。而溶剂型或者水性防火涂料因其体积收缩无法使用模具预制结构。
2.7 环保性
无溶剂环氧膨胀型防火涂料不含溶剂，在使用过程中对施工人员没有影响；不存在火灾和爆炸的危险；不会增加大气中VOC 的排放量，尤其对于使用中的建筑进行维修时可避免对周围环境造成严重影响。
2.8 法规及案例
EP-FP 满足各主流防火涂料标准要求，并取得证书，如BS-476、UL 263 等。除了常见的纤维类防火证书外，EP-FP 还拥有UL 1709 碳烃类火灾防护证书。UL 1709对于产品的综合性能要求远高于普通的纤维类防火标准，充分证明了EP-FP产品防火性能的优越性。EP-FP 有大量的使用案例，并且呈现出良好的性能，如“9·11”恐怖袭击后的重建建筑，纽约时报大厦，英国珀斯奥迪汽车展厅，澳大利亚纽卡斯尔兰顿学校，麦凯商业中心，澳门文华东方酒店，新加坡金沙酒店等。
3 无溶剂膨胀型环氧防火涂料的适用领域
3.1 超高标准建筑
目前大多数的高标准基础设施中采用的钢结构防火涂料多为单组分膨胀型丙烯酸类，无溶剂膨胀型环氧防火涂料总体成本远高于普通的单组分防火涂料，主要在美国和欧洲的某些建筑中使用。但是无溶剂膨胀型环氧防火涂料综合性能优异，而且具有独特优点。虽然其初次使用成本较高，但是其使用寿命远高于普通的防火涂料。另外，如果考虑到维修费用，以及维修所带来的各方面影响，对于建筑整体寿命而言，成本相对于普通的防火涂料相差并不大。随着人们对防火越来越重视，必将得到更多的应用，尤其对于超高标准的建筑则可能优先考虑性能更优的无溶剂膨胀型环氧防火涂料。
3.2 恶劣室外环境的防火
普通单组分溶剂型或者水性防火涂料的耐候性差，对水和化学品敏感，在恶劣的室外环境中容易过早失效，尤其当面漆受到破坏而没有及时修复时，更容易导致其防火性能下降。无溶剂环氧防火涂料具有优异的耐水性，即使面漆出现破损没有修复时，防火涂料自身也能够耐受恶劣的室外环境影响。
3.3 低温地区的建筑防火
我国北方的某些地区，尤其东北和西北的某些城市冬季气温可能远低于常规测试温度-20℃，在这种极度寒冷的环境中，常规的单组分防火涂料容易产生开裂、脱落等问题，而无溶剂环氧防火涂料体系更加坚韧，能够耐受超低温和冷热循环。
3.4 模块化建造建筑的车间施工
目前钢结构建筑的涂装通常是部分在车间施工，部分在现场施工。具体安排一方面取决于施工流程，另一方面也取决于涂料性能。常规的厚型非膨胀型防火涂料或者单组分溶剂型以及水性防火涂料的机械性能相对较差，在运输、吊装过程中容易遭受磕碰，所以更多地选用现场施工。而无溶剂膨胀型环氧防火涂料的机械性能较佳，能够耐受一定的机械撞击，便于在车间施工，因为车间施工无论从环境控制还是施工管理方面都远优于现场施工，所以有利于提高涂装效率和涂装质量。无溶剂膨胀型环氧防火涂料更适合于模块化建造，而且也必然会推动模块化建造的发展。
3.5 沿海建筑
目前我国的高标准钢结构建筑主要分布在东部沿海地区。一些建筑位于离海边很近的区域甚至海岛上，其外部钢结构受盐雾的影响较大，承受着很高的腐蚀侵蚀。如果使用常规的单组分防火涂料，其使用寿命将严重缩短。在此类环境下应选择耐腐蚀性更加优异的无溶剂膨胀型环氧防火涂料。EPFP的同类型产品在海洋平台及各种船舶上有非常广泛的应用，能够在盐雾环境中提供良好的耐久性。另外，在一些有长期冷凝的室内环境，如游泳馆等，也应该选择耐受性更优的膨胀型环氧防火涂料。
4 结语
目前钢结构建筑中使用的防火涂料，主要是厚型非膨胀型防火涂料和单组分溶剂型或水性膨胀型防火涂料。无溶剂膨胀型环氧防火涂料因其总体成本较高而较少使用，目前主要在一些极高标准的建筑中有使用业绩。但是无溶剂膨胀型环氧防火涂料的耐腐蚀性、耐水性、机械性能及长期防火性均优于常规防火涂料，非常适用于一些环境恶劣的地区，比如冬季极度寒冷或者沿海盐雾腐蚀地区，以及某些对于安全性能要求非常高的基础设施中。
