摘要 随着大型钢结构建筑的日益增多，钢结构的防火保护越来越受到人们的关注。硬硅钙板包敷钢构件的防火保护方法具有强度高、隔热性能好、施工方便、无环境污染、耐久等优点，是一种理想的钢结构耐火保护方式。本文介绍了硬硅钙板的生产工艺、技术性能及施工方法，探讨了这种防护方法的特点及推广前景。

  关键词  硬硅钙板钢结构防火施工方法

  1．前言

      大型钢结构建筑建设工期短，收益快，是建造厂房、库房、商场等首选的建筑结构形式之一。根据统计资料，我国建成的100幢超高层建筑中钢结构占了7％，如北京的国贸中心和京城大厦，上海的金茂大厦，深圳的地王大厦等。可以预测，随着城市规模的发展，钢结构在我国建筑业的应用具有非常广阔的前景。

      钢结构建筑具有耐火性能差的致命弱点。在未进行防火处理的情况下，其本身虽然不会起火燃烧，但火灾时，强度会迅速下降，一般结构温度达到350ºC、500ºC、600ºC时，强度分别下降1／3、l／2、2／3。据理论计算，在全负荷情况下，使钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500ºC左右，而一般火场温度达到800～1000ºC，在这样高的温度下，裸露的钢结构会很快出现塑性变形，产生局部破坏，造成钢结构整体倒塌失效。

  2．结构防火保护方法

      对于钢结构防火保护材料，无论采取何种方法都应具备以下几点：(1)安全无毒；(2)易于与钢构件结合；(3)在预期的耐火极限内可有效地保护钢结构；(4)在钢构件受火后发生允许变形时，防火保护材料应不至破坏而仍能保持原有的保护作用：(5)经济合理。

  2．1 喷涂法

目前，我国在大型钢结构防火工程中常采用喷涂法，这种方法有利于梁柱结点及桁架的处理，但施工时对环境略有污染。防火涂料包括以无机材料为主的厚型非膨胀涂料，或以有机材料为主的薄型、超薄型膨胀涂料。厚型防火涂料的喷涂厚度一般在10～40ann，耐火极限可达0.5h，甚至更长时间。由于厚型防火涂料的成分多为无机材料，因此其防火性能稳定，长期使用效果较好，但其单位重量较大，涂料组分的颗粒较大，涂层外观不平整，影，向建筑的整体美观，因此大多用于结构隐蔽工程。而薄型、超薄型防火涂料的喷涂厚度一般1～10mm，耐火极限亦可达0.5～2h，有些性能较好的涂料即使很薄也可达到1.0-1.5h的耐火极限。因此某些结构需要暴露、荷载量要求苛刻的钢结构建筑常采用薄型、超薄型防火涂料。但薄型、超薄型防火涂料的耐火极限不长，对于耐火极限要求超过2.0h的钢构件，其使用受到限制。而且薄型、超薄型防火涂料多属于有机膨胀型，由于有机材料的老化而导致涂料防火性能的降低也是一个不容忽视的问题，因此薄型防火涂料长期使用的防火稳定性需进行深入的研究。

  2．2包敷法

钢结构防火保护技术中用普通粘土砖、混凝土作钢结构防火保护层，因保护层太厚，增加了建筑物荷载，  目前采用的比较少。国外一些工业发达国家，如英国、丹麦、德国、日本等国较多采用无机防火板材对大型钢构件进行箱式包裹，如石膏板、蛭石板、无石棉硅酸钙隔热板等，包板的厚度根据耐火极限的要求而定。这种方法具有施工方便、装修面平整光滑、成本低、损耗小、无环境污染、施工周期短、耐老化等优点，推广前景好，是钢结构防火保护新的发展方向。   

我国从80年代中期着手研究无石棉硅酸钙制品,目前生产的硅酸钙保温材料主要有三类，一类是托背莫来石(5CaO·6SiO2·6H2O)型硅酸钙保温材料，最高使用温度为650℃；另一类是硬硅钙石(6CaO·6SiO2·H2O)型硅酸钙保温材料，其最高使用温度为1100ºC。最后一类是托背莫来石和硬硅钙石混合晶型的制品，最高使用温度介于650～1100ºC之间。由于硬硅钙石型硅酸钙保温材料可以耐1000ºC以上的高温，因而使用硬硅钙板对钢构件进行包敷是一种理想的钢结构防火保护新技术。

  3．硬硅钙板的生产工艺及技术性能

  3．1生产工艺

硬硅钙板的原料主要有硅质原料和钙质原料。可用作硅质原料的有粉状石英砂、硅藻土、硅灰、膨润土、稻壳灰等；钙质原料包括生石灰、消石灰及电石渣等。

生产硬硅钙板，一般先将硅质原料和钙质原料在高温(200ºC)、高(2MPa)条件下经过动态水热反应制备成硬硅钙石活性浆料，反应过程为

        6SiO2+6Ca(OH)2=6CaO·6SiO2·H2O+5H2O

然后在料浆中加入耐碱玻璃纤维、棉纸浆纤维等增强材料，搅拌均匀后压滤成型。再将成型后的湿坯烘干，制成容重小、导热系数低的硬硅钙板。

  硬硅钙板的生产工艺路线如下：

3.2 国内外主要产品的技术性能

从上表可见，目前国内生产的硬硅钙板以达到国际先进水平，可满足钢结构防火保护的要求。

  4．钢构件的防火保护结构

根据钢构件种类、外形、安装部位、防火要求的不同，需要有不同的设计结构和施工方法，科学、合理地设计安装结构，对耐候性能有很大的影响。即使同一种板材，保护相同的钢构件，设计结构不同，会得到迥然不同的结果，科学的钢结构防火保护会大大提高钢结构的耐候性能。

     一般用板材保护钢构件的典型结构如图所示。

  4．1钢梁的保护结构：

图1是用硬硅钙板保护钢梁的示意图。内衬100mm宽×25mm厚的结合缝条，硬硅钙板通过自攻螺丝固定在结合缝条上。硬硅钙板厚15mm和20mm。钢构件耐火极限2.0h。

  下列图2～图5是不同安装部位的钢梁的包敷方式：

4.2钢柱的保护结构

安装方法I           安装法 II

直接包敷钢柱 ≥12mm   包数在轻钢龙骨

图6是硬硅钙板直接包敷钢柱的结构示意图。板材通过自攻螺丝固定，板材厚度15mm和20mm。钢构件耐火极限2.0h。

图7是硬硅钙板包敷在轻钢龙骨上的结构示意图。轻钢龙骨规格为40×20×0.6mm或以上，板材通过自攻螺丝固定在轻钢龙骨上，板材厚度15mm和20mm。钢构件耐火极限2.0h。

下列图8～图10是不同形状钢柱的包敷方式：

构件的耐候性能和施工性是评价耐火保护结构设计是否先进、科学合理的主要考核指标，好的耐火保护结构应具有施工方便、快捷、高效和耐候性能好等优点，在具体施工过程中应根据现场施工要求和条件选择合适的施工方式。

5．结论

     硬硅钙板是代表90年代国际先进水平的理想钢结构耐火保护新型装饰防火板材，特别适用于高层(超高层)高级写字楼、高级宾馆、大型商业中心、娱乐中心、计算机房、大型工业厂房、库房等钢结构建筑及防火重点区域的防火保护和装饰工程。

 硬硅钙板以CaO和SiO2为主要原料，经高温高压水热反应，配以增强纤维压制成型，具有质轻、强度高、隔热性能好、尺寸稳定等特点，可任意锯、钉、钻、削、刨等加工，可直接在工厂或现场锯裁，现场拼接组装，施工方便。该板材无毒，不含石棉，在高温或发生火灾时不产生有害气体。其主要成分为硬硅钙石，理化性能稳定，可长期使用，为半永久性材料，可确保耐火性能几十年基本不变，它的耐候性能是钢结构防火涂料所无法比拟的。

      用硬硅钙板保护钢结构具有施工方便、损耗少、效率高、不受季节和气候影响、无环境污染、施工费用低、耐久等优点，必将成为设计部门、施工单位和用户的首选方案之一，推广应用前景看好。

    6．参考文献   

 (1)史毅，钢结构的防火保护，消防产品与技术信息，1998

 (2)袁凤林、孙咏生，硅钙板用于钢结构防火保护的技术研究，新型建筑材料，32～35，1999，(9)．

 (3)余志伟，粉石英在微孔硅酸钙保温材料中的应用研究，华东地质学院学报，233～237，1997，(9)

 (4)倪文、邹一民，硬硅钙石活性料浆反应机理研究，新型建筑材料，31～33，  1998，(1)．

 (5)毛仲佳，超轻型硅酸钙保温材料的研究，硅酸盐通报，50～54，1997，(1)

 (6)APAI Y，et a1．Gypsm & Lime，248，1994，(17)

 (7)US 5，468，290