浅谈非膨胀型防火涂料在钢结构工程应用

张桐

上海市徐汇区建设工程质量监督站 上海 200233

引言

钢结构凭借其自身诸多优点如：材料强度高、自重轻，契合大跨度、大开间的结构要求；构件便于由专业化工厂生产，现场安装缩短施工周期；易于加工成型等备受青睐而广泛应用于各类高层、超高层的工业、公共建筑中。但钢材由于其晶体排列特点决定了其在火灾高温作用下弹性模量、屈服强度均存在20%左右的降低[1]。而根据我国现行防火设计规范对民用建筑中的高层及超高层公共建筑的防火提出了更高的要求[2]。如何做好高层、超高层钢结构建筑的防火保护成为一个重要的课题。

1 钢结构防火涂料分类及作用机理

1.1 钢结构防火涂料分类

钢结构防火涂料的分类方式有多种，按保护对象进行分类可以分为普通钢结构防火涂料和特种钢结构防火涂料；按使用场所划分可以分为室内防火涂料和室外防火涂料；按防火机理分类可以分为膨胀型防火涂料和非膨胀型防火涂料[3]；按基材分类又可以分为水泥基防火涂料和石膏基防火涂料等。

1.2 非膨胀型防火涂料作用机理

非膨胀型防火涂料的防火机理主要是利用珍珠岩、蛭石等主要材料的不燃性、导热系数低等特点，同时由于其结构疏松多孔且气孔多为离散随机分布，进一步降低了材料的整体导热系数。从而能够在钢结构构件表面形成一定厚度的隔热层，降低火灾中钢构构件温度的上升速度，提高钢结构构件的耐火极限。

2 工程背景

本工程为某商办楼项目，位于上海市浦东新区前滩地区。防火涂料施工范围主要在1号楼（办公楼）。其结构形式为型钢混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构，楼地下3层，地上30层，建筑高度148.55m，耐火等级一级。构件耐火极限：钢柱3小时，钢梁2小时，楼梯2小时，楼板1.5小时，钢柱、钢梁采用非膨胀型防火涂料施工厚度分别为31mm和25mm。

3 非膨胀型防火涂料施工质量控制

3.1 施工工艺流程

钢结构防锈漆结点补涂及表面清理→对防锈漆补涂及清理情况自检→钢结构隐蔽验收→做好安全文明施工及成品保护措施→底涂施工→底涂自检→局部修补→非膨胀型防火涂料抹涂→防火涂料厚度自检→局部修补→分部分项验收。

3.2 开工前准备工作

3.2.1 依据施工合同、设计图纸及相应规范和标准、防火涂料厂家使用说明文件等，编制专项施工方案和技术交底文件，同时根据常见质量通病编制作业指导书确保交底内容有针对性，指导性。

3.2.2 由于钢结构的防火保护异常重要，组建专业钢结构防火涂料施工队伍。

3.2.3 对施工人员进行安全技术交底,明确交底责任人，落实岗位责任。使交底环节落实得到保证，各施工人员了解施工工艺、操作标准及注意事项，清楚各个施工节点以及对该节点的自检质量要求，同时在施工过程中做好自身安全防护。

3.2.4 做好“样板引路”，防火涂料施工需要覆盖钢结构表面各个部位，其中不乏一些于结构复杂，操作空间有限等极易产生类似防火涂料施工遗漏等严重质量问题的结点。为避免施工过程中出现此类现象，特选取长悬挑构件端部、带有隅撑的高强螺栓铰接柱梁结点作施工为样板。

3.3 施工过程中出现的问题与解决方案

问题1：某几相邻楼层楼面施工过程中，在下翼缘区域出现大面积空鼓、脱落现象

原因分析：随着雨季的到来湿度增加。现场施工过程中相对湿度远超过材料使用说明中要求的85%的相对湿度，直接影响了水泥基材料的强度发展，使得材料在自重及施工过程中各类偶然扰动作用下产生破坏，最终导致防火涂料出现大面积空鼓与脱落的现象。

解决方案：据生产厂家建议待雨季结束空气恢复干燥后，再进行防护涂料施工，此类问题即可自行消失。但是由于工期紧迫，现场不具备待雨季结束相对湿度较小后进行施工的条件，故未采用生产厂家建议。为解决在空气湿度较大条件下防火涂料强度发展不足导致的空鼓、脱落问题。类比墙面抹灰施工工艺，现场采用分层抹涂的方法。将钢梁25mm的防火涂料分两次进行施工。第一次完成15mm防火涂料施工，待其表干，形成一定强度后，再进行第二次10mm的施工。通过分层施工的方法基本解决了雨季期间由于现场相对湿度较大材料强度发展不足导致的涂料空鼓及脱落问题。

问题2：采用喷涂法施工的底涂材料大面积污染建筑周边区域。

原因分析：一方面由于本工程为超高层建筑随着施工区域高的增加，自然风对喷涂的影响逐渐占主导因素，使得喷的底涂材料在自然风的作用下快速扩散造成大面积污染，另一方面，随着高度增加，污染物下落过程中扩散范围也随之变大。也是导致建筑周边大面积污染的原因所在。

解决方案：考虑到底涂主要作用为增加钢梁表面粗糙度，保证防火涂料与钢结构表面产生足够黏结强度。若直接变更施工工艺，改喷涂为用毛刷滚涂。势必会使底涂分布不均匀，且结点部位的覆盖范围难以保证。直接影响到后期防火涂料的黏结强度产生严重质量隐患。因此底涂施工依旧采用喷涂方式。现场通过增加成品保护措施，即在施工所在楼层沿结构外立面统一挂设一层密目网。由于密目网的遮挡，有效减小了施工过程中自然风对喷涂的影响，抑制了因自然风作用使底涂材料随风扩散。同时，密目网更有效拦截了喷涂过程中，扩散的底涂材料。通过增加成品保护措施的方法有效减少了喷涂施工对建筑周边环境的影响。

问题3：夏季施工期间较多钢柱防火涂料施工期间出现空鼓及表面出现形状不规则的裂纹

原因分析：由于钢柱的耐火极限要求达到3小时，故防火涂料的施工厚度为31mm。同时由于在夏季施工室外温度超过35摄氏度，防火涂料表面水分迅速蒸发，因此刚刚完成施工的钢柱表面防火涂料因失水产生收缩，形成一层较致密的外壳。但防火涂料内部的水蒸气依旧未完全蒸发，进而堆积在致密层下方。随着内部水蒸气逐渐蒸发，表面致密层下方聚集了大量水蒸气，正是由于水蒸气产生的压力作用使得防火涂料表面产生了大量的裂纹及空鼓。

解决方案：由于空鼓及裂纹是由于水汽难以及时排出引起，故依旧考虑分层施工的方法。统筹考虑现场劳动力及工期要求，以16mm和15mm各为一层，分两层完成施工，同时增加层与层之间的施工间隔，使得内部水汽得到充分蒸发。通过分层施工的方法极大减少了夏季高温条件下钢柱防火涂料因水汽蒸发不充分导致防火涂料空鼓及开裂情况。

4 完工后总结

本项目防火涂料施工过程中主要质量问题表现为裂空鼓、脱落、厚度不足等现象，总结其各类产生原因归纳为以下几个方面：

4.1 施工环境

由于现场温度、湿度等自然因素造成材料强度发展不足或是内部水蒸气难以充分蒸发而聚集在材料内部最终导致涂料开裂、空鼓脱落等现象。

4.2 施工人员操作不当

由于对主要负责材料配比的施工人员技术交底不够细致，未能引起施工人员对配比、拌制工作的足够重视，过程出现材料配合比错误、搅拌不充分、导致水泥基体水化不充分也会降低了粘结强度产生材料脱落等状况。

4.3 质量管理不到位

部分施工区域如：悬挑结构末端、复杂梁柱结点等处受制于施工操作环境，存在检查频次力度均不到位，管理力度薄弱导致施工人员存在敷衍了事的心理，影响防火涂料施工质量；施工人员出于图方便省事的心理在H型钢梁下翼缘上部贴近腹板处，防火涂料厚度普遍不足。

5 结束语

本商办楼项目防火涂料施工过程中，施工前期通过组织专业施工队伍，对施工人员进行详细交底，样板引路方式对施工过程中难度较大区域进行样板施工，规避了施工员随意性的问题。施工过程中，针对现场产生的各类问题进行分析，给出了有针对性的解决方案，经过后续施工的验证。所给出的各项解决方案均能有效控制施工、质量问题的出现。提高防火涂料的整体施工质量。