论文总字数：19558字

摘 要

近年来，为适应人们的工作生活要求和国家的经济发展要求，钢结构高层建筑得到大力发展。钢结构高层建筑的出现解决了人口经济增长与土地资源紧缺之间的矛盾，但钢结构建筑存在一定的火灾隐患，因此要采取一定的防火措施。当前最常用的防火方式是在钢结构表面涂刷防火涂层，研制高效无害的防火涂料用于钢结构防火一直是各国研究的热点。

本论文介绍了当前钢结构防火涂料体系概况，综述了膨胀型防火涂料的最新研究进展，并对其优缺点进行分析。在此基础上设计了一种硅酸盐纳米膨胀型防火涂料，以高模数硅酸盐为基料，采用经典的聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺阻燃体系，加入硅丙乳液、硅溶胶等助剂，并加入一定量的纳米二氧化硅提高涂料的防火性能。以此为配方设计正交实验，探究不同配比对防火涂料防火性能、抑烟特性的影响。

关键词：膨胀型防火涂料 高模数硅酸盐 低烟抑烟

Abstract

In recent years, in order to meet the requirements of people's work and life and national economic development, high-rise steel structure buildings have been greatly developed. The emergence of steel structure high-rise buildings solves the contradiction between the economic growth of population and the shortage of land resources, but there are certain fire hazards in steel structure buildings, so certain fire prevention measures should be taken. At present, the most commonly used way of fire protection is to brush fire-proof coating on the surface of steel structure. The development of efficient and harmless fire-proof coating for steel structure fire protection has always been a research hotspot in various countries.

This paper introduces the general situation of fire retardant coating system of steel structure, summarizes the latest research progress of intumescent fire retardant coating, and analyzes its advantages and disadvantages. On this basis, a silicate nano intumescent fire retardant coating was designed. With the high modulus silicate as the base material, the classic ammonium polyphosphate pentaerythritol melamine flame retardant system was added, and silicone acrylic emulsion, silica sol and other auxiliaries were added, and a certain amount of nano silica was added to improve the fire resistance of the coating. The orthogonal experiment was designed to explore the influence of different proportion on the fire performance and smoke suppression of fire retardant coating.

Key words: intumescent fire-retardant coating, Sodium silicate,low smoke and smoke suppression.

目 录

第1章 绪论.........................................................1

1.1研究背景.........................................................1

1.2研究现状.........................................................1

1.3目的意义.........................................................2

第2章 钢结构防火涂料概述...........................................3

2.1钢结构防火材料分类...............................................3

2.2非膨胀型防火涂料组成.............................................4

2.3膨胀型防火涂料组成...............................................4

2.4防火机理.........................................................5

第3章 膨胀型防火涂料研究进展.......................................7

3.1研究现状.........................................................7

3.2水性有机膨胀型防火涂料...........................................7

3.3无机膨胀型防火涂料...............................................8

3.4复合膨胀型防火涂料...............................................9

3.5总结与体会......................................................11

第4章 硅酸盐纳米陶瓷防火涂料的制备与表征..........................12

4.1 实验原料与实验设备.............................................12

4.2 防火涂料的制备.................................................12

4.3 防火涂料性能测试...............................................13

第5章 结论与展望..................................................16

参考文献...........................................................18

致谢...............................................................20

第1章 绪论

1.1 研究背景

在我国的工业化和现代化建设中，钢铁扮演了极其重要的角色，广泛应用于军事国防、工业生产、日常生活和建筑工程等领域。近年来，为满足人民生活需要和经济发展要求，涌现出了越来越多的钢结构建筑。钢结构建筑是一种新型的建筑体系，采用钢铁代替钢筋混凝土作承重材料，逐渐成为主流的建筑工艺。

钢结构建筑具有承重能力强、抗震性能好、工艺成熟、施工速度快等优点，被广泛应用在高层建筑和隧道等建筑中。钢材具有轻质高强的特点，一方面可使上层建筑自重更低，另一方面可使下层建筑可承载重量增加，因此普遍用于隧道和高层建筑建设，如金茂大厦、中银大厦等。钢结构建设时采用拼接、焊接等方式，耗时较钢筋混凝土更短，因此被广泛应用于临时、即时建筑，如建设六万平方米的雷神山医院用时十天。生活中对钢结构建筑的应用日益广泛，钢结构建筑正在改变着我们的生活，是国家建筑未来的发展方向。

但是钢结构在应用过程中也暴露出很多问题，在防火方面存在一定的安全隐患。钢材料的耐火性能较差，在高温时钢材料的强度远低于正常工作强度。同时，钢的导热系数较高，当局部或表面受热时，会快速传递至钢结构各部位，导致强度急剧下降，最终达到荷载极限而断裂。当前一般认为建筑钢材的强度损失临界温度为540℃，而火场温度升至700℃仅需10min^[2]。在这样的温度下，裸露的钢结构会很快出现塑性变形，产生局部破坏，最终失去承载力而造成整体坍塌失效。

当发生火灾时，若对钢结构的防火措施不够完善，钢结构快速升温，发生变形或弯折，导致房屋坍塌，造成重大人员伤亡和经济损失。尤其是最近几年，全国各地高层建筑大火频发，无情的大火给国家和社会造成了深重的灾难。据中国消防局统计，2019年我国共接报火灾23.3万起，亡1335人，其中高层建筑火灾达到6974起，平均每天近20起。不仅影响生产的稳定性，造成了巨大的经济损失，还严重威胁人们人身安全。

因此钢结构在应用时必须进行防火处理，在钢结构表面涂刷防火涂层是最常用的防火方式。以市面上应用最广泛的水泥基非膨胀型防火涂为例，这类涂料是由水泥作为黏结剂，加以珍珠岩、粉煤灰等增强材料混合而成，耐火极限可达3h。涂刷防火涂层可避免钢结构直接快速升温，极大地提高钢结构的耐火极限和耐火时间。因此，研究出防火性能好、涂层薄、装饰性好、无毒环保的防火涂料一直是国内外研究的热点。

1.2 研究现状

西方发达国家将非膨胀型防火涂料用于钢结构防火始于上世纪六十年代，后来找到了合适的阻燃剂（聚磷酸铵）才开始膨胀型防火涂料的研究。我国对防火涂料的研制比国外晚了20年左右，不过近年来我国的防火涂料研究进展迅速，有些方面甚至赶超了西方发达国家。

当前对非膨胀型防火涂料的研究主要在于两个方面：一是选择合适的集料及改性方式以适应不同的需求，二是研究耐候性较好的防火涂料用于特殊环境下的钢结构防火。程俊华等采用稻壳焦制备了一种非膨胀型防火涂料，具有优良的耐酸耐热和防火性能，当涂膜厚度为28 mm 时，其耐火极限达 180 min^[5]。

而针对膨胀型防火涂料的研究主要解决以下问题：一是膨胀型防火涂料由于自身涂层厚度的原因，相较于非膨胀型防火涂料耐火时间相对较短，约为一小时左右；二是由于使用过多有机物的原因，在发生火灾时易燃烧不充分，产生有毒气体；三是有机结构易老化，当前防火涂料的使用年限一般为二十年左右，远低于钢结构使用年限。其中，有机物产生有毒烟气的问题是限制膨胀型防火涂料的重要原因，研制出低VOC的超薄膨胀型防火涂料成为当前研究的热点。

1.3 目的意义

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