某工程钢结构框架防腐、防火涂料脱落原因分析

周梅君

（福建省建筑科学研究院有限责任公司，福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州 350025）

0 引言

钢结构具有自重轻、强度高、绿色环保、便于制作、施工便捷、标准化、抗震性能好等诸多优点，在现阶段砂、石等自然资源日益紧张的情况下，钢结构在各种工程中得到广泛应用。但依然存在钢材自身耐火极限低、防腐性能差、低温时脆性变大、钢结构构件稳定性不足等缺点[1-2]。工程中通常通过加强钢结构的防腐、防火性能，来提高钢结构的耐腐蚀性能与耐火极限，例如通过加入适量的铜、镍等合金元素来改善钢材自身的防腐性能；或是通过在钢材表面施涂防腐、防火涂料防护层，使钢材表面形成一道保护膜，以此来加强钢结构的防腐、防火效果[3]。本文通过对某主体为钢结构框架的建筑在建项目施工过程中出现部分钢结构防腐涂料、防火涂料出现大面积脱落的现象进行试验分析，可为钢结构防腐蚀、防火涂料在钢构件表面的施工和维护提供工程经验和后续处理思路。

1 工程概况

某工程于2020年8月份开工，总建筑面积约80 000 m2，其中，地上面积约60 000 m2，地下面积约20 000 m2。建筑地上7层，地下2层。主体为钢结构框架。运输至现场施工前，钢框架柱已在工厂完成除锈并涂装防腐涂料，现场施工时，先在钢柱上涂装1道环氧云铁防锈漆，厚度约50μm，之后再施涂1道室内非膨胀型防火涂料，设计厚度30mm。在施工完环氧云铁防锈漆和室内非膨胀型钢结构防火涂料后，发生室内钢柱防腐涂料、防火涂料大面积脱落的情况，脱落情况如图1所示，钢柱表面的防腐涂料起皮脱落，防火涂料脱落。

2 试验

在现场调研发现，部分钢结构防腐涂料脱落，未脱落部分出现起皮，并且未脱落部分用小刀拨开涂层，涂层内表面和钢材表面有油渍；按照GB 50205—2020《钢结构工程施工质量验收标准》要求进行涂层厚度检测，防腐涂料涂层厚度为150～200μm，防火涂料涂层厚度为30 mm左右；按照GB/T 9286—2021《色漆和清漆划格试验》对现场未脱落的防腐涂料进行划格试验，试验部位的附着力为4～5级，基本全部脱落，不符合GB 50205—2020规定的划格试验结果应≤1级的要求。根据现场调研，初步判断涂料脱落可能是由于涂层附着力较差、涂料不相容和基层处理不规范引起的。

2.1 试验材料与主要仪器设备

将现场脱落的防火涂料块状物、未施工的原包装室内非膨胀型防火涂料、原包装环氧云铁防锈漆带回实验室进行涂料物理性能和涂料相容性试验。试验主要仪器设备见表1。

表1 试验主要仪器设备

2.2 试验方法

（1）现场脱落防火涂料块状物粘结强度试验

从现场脱落的防火涂料块状物中抽取5块试样，按照GB 14907—2018《钢结构防火涂料》中6.4.4条进行粘结强度试验。

（2）未施工的原包装室内非膨胀型防火涂料相关试验

将未施工的原包装室内非膨胀型防火涂料按照GB 14907—2018中6.4.1～6.4.6条进行在容器中状态、干燥时间、初期干燥抗裂性、粘结强度、抗压强度、干密度试验。

（3）未施工的原包装环氧云铁防锈漆相关试验

将未施工的原包装环氧云铁防锈漆按照JG/T 224—2007《建筑用钢结构防腐涂料》中6.2、6.3、6.6、6.8、6.12～6.14条进行容器中状态、施工性、干燥时间、耐水性、附着力（划格法）、耐弯曲性、耐冲击性试验，按照GB/T 5210—2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》进行拉开法附着力试验。

（4）环氧云铁防锈漆与室内非膨胀型防火涂料相容性试验

按照设计要求的涂层厚度，根据GB/T 1727—1992《漆膜一般制备法》和GB 14907—2018的要求，在钢板上喷涂环氧云铁防锈漆，待其实干后，再喷涂室内非膨胀型防火涂料，养护至规定时间后，观察涂层是否出现起泡、发皱、开裂、溶胀等现象。按照GB 14907—2018中6.4.4条进行粘结强度试验。按照GB/T 1733—1993《漆膜耐水性测定法》中甲法的规定进行该样板的耐水试验，耐水时间为7 d，观察并记录该样板表面是否出现变色、起皱、起泡、剥落等现象。

3 结果与讨论

按照2.2的试验方法进行现场脱落的防火涂料块状物粘结强度试验、未施工的原包装室内非膨胀型防火涂料相关试验、未施工的原包装环氧云铁防锈漆相关试验、环氧云铁防锈漆与室内非膨胀型防火涂料相容性试验。试验结果见表2～表4。经测试，现场脱落的防火涂料块状物的粘结强度平均值为0.43 MPa，符合GB 14907—2018中对室内非膨胀型钢结构防火涂料的要求。

表2 室内非膨胀型防火涂料性能测试结果

表4 环氧云铁防锈漆与室内非膨胀型防火涂料的相容性试验结果

由表2可以看出，该非膨胀型防火涂料的物理性能符合GB 14907—2018要求。

由表3可以看出，该环氧云铁防锈漆的拉开法附着力符合GB 50205—2020的要求，其他项目均符合JG/T 224—2007的要求。

表3 环氧云铁防锈漆性能测试结果

本工程使用的室内非膨胀型防火涂料的初期干燥抗裂性和粘结强度检测结果表明，该防火涂料具有较强的抗开裂性能和较好粘结性能；干密度符合要求，表明该防火涂料不会因为自身质量超标的原因导致涂层脱落。

此外，在钢结构防腐涂料的各项物理性能中，附着力是一项非常重要的技术指标，附着力直接影响涂层的使用寿命，附着力的本质是一种包含涂层本身内聚力、涂膜内应力和涂膜与基材粘结力的一种界面作用力。在本工程中，选用环氧云铁防锈漆作为增强防火涂料和钢材附着力的中间层，从原理上来讲，环氧云铁防锈漆中的环氧树脂含有较多的活性基团，如羟基官能团上的活泼氢能与钢材表面的某些极性物质形成共价键，可以增强环氧云铁防锈漆涂层与钢材表面的附着力；此外，环氧云铁防锈漆中的云母氧化铁呈片状结构，该结构相对于颗粒状的其他物质在涂料施涂过程中更易平铺于涂层间，形成一种鳞片状态，可阻止或延缓水分子渗入进涂层内部，进而可提高涂层的附着力[4]。本工程中选用的环氧云铁防锈漆本身的物理性能没有问题，2种不同试验方法得到的附着力结果都能符合相关标准要求，有可能现场基材处理不当导致附着力下降。

现场调研时将未脱落的防腐涂层用小刀拨开，涂层内表面和钢材表面有油渍，GB 50205—2020对钢材表面处理情况有明确规定：涂装前钢材表面的除锈等级应满足设计要求并且符合国家现行标准的规定。处理后的钢材表面不应存在油污、水、焊疤、焊渣、灰尘和毛刺等，因为基材表面处理程度对涂层附着力有很大的影响[5]，而不同的防腐涂料对除锈等级的要求也不同，根据JGJ/T 251—2011的相关规定，新建工程重要构件的除锈等级不应低于Sa2.5，且承重结构一般不应采用手工除锈[6]。通常工程上采用物理方法或化学方法来进行钢材的表面处理，其中，手工和动力工具除锈（St）可以达到St2和St3级，利用钢丸或石英砂喷射或抛射除锈（Sa）可以达到Sa1、Sa2、Sa2.5、Sa3级[7]。不同除锈方法的本质是通过加强涂料与钢材表面的浸润能力，使得涂料在金属表面充分浸润、铺展，进而增强涂层与基材表面的附着力。而现场调研结果显示钢板表面有油渍，阻碍了涂层与钢材表面的近距离接触，导致涂层附着力下降，引起涂层脱落。

此外，防火涂料对施工环境的温湿度也有比较严格的要求，不宜在阴雨天施工[8]。而该工程的防腐涂料施工时，正值雨季，空气湿度大，使得水汽渗入涂层，导致基材与涂层之间出现细微空隙，也有可能引起涂层脱落。

由表4可以看出，在实验室进行的环氧云铁防锈漆与室内非膨胀型防火涂料的相容性试验未出现异常。同时，在进行粘结试验时发现，是非膨胀型防火涂料的内聚破坏，可能是环氧云铁防锈漆中存在的羟基与非膨胀型防火涂料表面的活泼氢发生交联、小分子助剂互相渗透，使得二者接触面之间的化学结合和附着力变强。如果防火涂料与防锈漆不相容，防火涂料未浸润防锈漆表面，产生疏松结合面，在遇到外界环境变化时有可能引起结合面间的空气收缩或膨胀，进而导致防火涂层开裂或起泡，甚至引起脱落[9]。因此，在钢结构防腐、防火涂料施工时，相容性的把控至关重要。此外，本工程所用的是水泥基非膨胀型防火涂料，此类涂料对施工的要求更为严格，通常需要按时分道施工以防止涂料流坠、涂层空鼓或开裂。

4 结语

（1）在环氧云铁防锈漆和室内非膨胀型防火涂料物理性能符合相关标准要求、二者相容性未出现问题的情况下，现场出现大面积的防腐、防火涂料脱落的现象，可能原因是现场涂料施工前钢构件表面处理未达标，导致防腐涂层与钢材表面附着力降低，进而引发涂层脱落、起皮等现象。

（2）现场施工时要注意非膨胀型防火涂料的种类，不同种类的非膨胀型防火涂料对施工工序有不同的要求，有可能是未按照产品说明进行施工导致工程质量出现问题。在确保原材料符合标准、设计要求的前提下，钢结构防腐、防火涂层的高质量施工对钢构件的使用寿命至关重要。

（3）环氧类防锈漆由于其存在较多的活性官能团，与钢材和非膨胀型防火涂料具有较好的相容性。