淺談非膨脹型防火涂料在鋼結構工程應用

張桐

上海市徐匯區建設工程質量監督站 上海 200233

引言

鋼結構憑借其自身諸多優點如：材料強度高、自重輕，契合大跨度、大開間的結構要求；構件便于由專業化工廠生產，現場安裝縮短施工周期；易于加工成型等備受青睞而廣泛應用于各類高層、超高層的工業、公共建筑中。但鋼材由于其晶體排列特點決定了其在火災高溫作用下彈性模量、屈服強度均存在20%左右的降低[1]。而根據我國現行防火設計規范對民用建筑中的高層及超高層公共建筑的防火提出了更高的要求[2]。如何做好高層、超高層鋼結構建筑的防火保護成為一個重要的課題。

1 鋼結構防火涂料分類及作用機理

1.1 鋼結構防火涂料分類

鋼結構防火涂料的分類方式有多種，按保護對象進行分類可以分為普通鋼結構防火涂料和特種鋼結構防火涂料；按使用場所劃分可以分為室內防火涂料和室外防火涂料；按防火機理分類可以分為膨脹型防火涂料和非膨脹型防火涂料[3]；按基材分類又可以分為水泥基防火涂料和石膏基防火涂料等。

1.2 非膨脹型防火涂料作用機理

非膨脹型防火涂料的防火機理主要是利用珍珠巖、蛭石等主要材料的不燃性、導熱系數低等特點，同時由于其結構疏松多孔且氣孔多為離散隨機分布，進一步降低了材料的整體導熱系數。從而能夠在鋼結構構件表面形成一定厚度的隔熱層，降低火災中鋼構構件溫度的上升速度，提高鋼結構構件的耐火極限。

2 工程背景

本工程為某商辦樓項目，位于上海市浦東新區前灘地區。防火涂料施工范圍主要在1號樓（辦公樓）。其結構形式為型鋼混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構，樓地下3層，地上30層，建筑高度148.55m，耐火等級一級。構件耐火極限：鋼柱3小時，鋼梁2小時，樓梯2小時，樓板1.5小時，鋼柱、鋼梁采用非膨脹型防火涂料施工厚度分別為31mm和25mm。

3 非膨脹型防火涂料施工質量控制

3.1 施工工藝流程

鋼結構防銹漆結點補涂及表面清理→對防銹漆補涂及清理情況自檢→鋼結構隱蔽驗收→做好安全文明施工及成品保護措施→底涂施工→底涂自檢→局部修補→非膨脹型防火涂料抹涂→防火涂料厚度自檢→局部修補→分部分項驗收。

3.2 開工前準備工作

3.2.1 依據施工合同、設計圖紙及相應規范和標準、防火涂料廠家使用說明文件等，編制專項施工方案和技術交底文件，同時根據常見質量通病編制作業指導書確保交底內容有針對性，指導性。

3.2.2 由于鋼結構的防火保護異常重要，組建專業鋼結構防火涂料施工隊伍。

3.2.3 對施工人員進行安全技術交底,明確交底責任人，落實崗位責任。使交底環節落實得到保證，各施工人員了解施工工藝、操作標準及注意事項，清楚各個施工節點以及對該節點的自檢質量要求，同時在施工過程中做好自身安全防護。

3.2.4 做好“樣板引路”，防火涂料施工需要覆蓋鋼結構表面各個部位，其中不乏一些于結構復雜，操作空間有限等極易產生類似防火涂料施工遺漏等嚴重質量問題的結點。為避免施工過程中出現此類現象，特選取長懸挑構件端部、帶有隅撐的高強螺栓鉸接柱梁結點作施工為樣板。

3.3 施工過程中出現的問題與解決方案

問題1：某幾相鄰樓層樓面施工過程中，在下翼緣區域出現大面積空鼓、脫落現象

原因分析：隨著雨季的到來濕度增加。現場施工過程中相對濕度遠超過材料使用說明中要求的85%的相對濕度，直接影響了水泥基材料的強度發展，使得材料在自重及施工過程中各類偶然擾動作用下產生破壞，最終導致防火涂料出現大面積空鼓與脫落的現象。

解決方案：據生產廠家建議待雨季結束空氣恢復干燥后，再進行防護涂料施工，此類問題即可自行消失。但是由于工期緊迫，現場不具備待雨季結束相對濕度較小后進行施工的條件，故未采用生產廠家建議。為解決在空氣濕度較大條件下防火涂料強度發展不足導致的空鼓、脫落問題。類比墻面抹灰施工工藝，現場采用分層抹涂的方法。將鋼梁25mm的防火涂料分兩次進行施工。第一次完成15mm防火涂料施工，待其表干，形成一定強度后，再進行第二次10mm的施工。通過分層施工的方法基本解決了雨季期間由于現場相對濕度較大材料強度發展不足導致的涂料空鼓及脫落問題。

問題2：采用噴涂法施工的底涂材料大面積污染建筑周邊區域。

原因分析：一方面由于本工程為超高層建筑隨著施工區域高的增加，自然風對噴涂的影響逐漸占主導因素，使得噴的底涂材料在自然風的作用下快速擴散造成大面積污染，另一方面，隨著高度增加，污染物下落過程中擴散范圍也隨之變大。也是導致建筑周邊大面積污染的原因所在。

解決方案：考慮到底涂主要作用為增加鋼梁表面粗糙度，保證防火涂料與鋼結構表面產生足夠黏結強度。若直接變更施工工藝，改噴涂為用毛刷滾涂。勢必會使底涂分布不均勻，且結點部位的覆蓋范圍難以保證。直接影響到后期防火涂料的黏結強度產生嚴重質量隱患。因此底涂施工依舊采用噴涂方式。現場通過增加成品保護措施，即在施工所在樓層沿結構外立面統一掛設一層密目網。由于密目網的遮擋，有效減小了施工過程中自然風對噴涂的影響，抑制了因自然風作用使底涂材料隨風擴散。同時，密目網更有效攔截了噴涂過程中，擴散的底涂材料。通過增加成品保護措施的方法有效減少了噴涂施工對建筑周邊環境的影響。

問題3：夏季施工期間較多鋼柱防火涂料施工期間出現空鼓及表面出現形狀不規則的裂紋

原因分析：由于鋼柱的耐火極限要求達到3小時，故防火涂料的施工厚度為31mm。同時由于在夏季施工室外溫度超過35攝氏度，防火涂料表面水分迅速蒸發，因此剛剛完成施工的鋼柱表面防火涂料因失水產生收縮，形成一層較致密的外殼。但防火涂料內部的水蒸氣依舊未完全蒸發，進而堆積在致密層下方。隨著內部水蒸氣逐漸蒸發，表面致密層下方聚集了大量水蒸氣，正是由于水蒸氣產生的壓力作用使得防火涂料表面產生了大量的裂紋及空鼓。

解決方案：由于空鼓及裂紋是由于水汽難以及時排出引起，故依舊考慮分層施工的方法。統籌考慮現場勞動力及工期要求，以16mm和15mm各為一層，分兩層完成施工，同時增加層與層之間的施工間隔，使得內部水汽得到充分蒸發。通過分層施工的方法極大減少了夏季高溫條件下鋼柱防火涂料因水汽蒸發不充分導致防火涂料空鼓及開裂情況。

4 完工后總結

本項目防火涂料施工過程中主要質量問題表現為裂空鼓、脫落、厚度不足等現象，總結其各類產生原因歸納為以下幾個方面：

4.1 施工環境

由于現場溫度、濕度等自然因素造成材料強度發展不足或是內部水蒸氣難以充分蒸發而聚集在材料內部最終導致涂料開裂、空鼓脫落等現象。

4.2 施工人員操作不當

由于對主要負責材料配比的施工人員技術交底不夠細致，未能引起施工人員對配比、拌制工作的足夠重視，過程出現材料配合比錯誤、攪拌不充分、導致水泥基體水化不充分也會降低了粘結強度產生材料脫落等狀況。

4.3 質量管理不到位

部分施工區域如：懸挑結構末端、復雜梁柱結點等處受制于施工操作環境，存在檢查頻次力度均不到位，管理力度薄弱導致施工人員存在敷衍了事的心理，影響防火涂料施工質量；施工人員出于圖方便省事的心理在H型鋼梁下翼緣上部貼近腹板處，防火涂料厚度普遍不足。

5 結束語

本商辦樓項目防火涂料施工過程中，施工前期通過組織專業施工隊伍，對施工人員進行詳細交底，樣板引路方式對施工過程中難度較大區域進行樣板施工，規避了施工員隨意性的問題。施工過程中，針對現場產生的各類問題進行分析，給出了有針對性的解決方案，經過后續施工的驗證。所給出的各項解決方案均能有效控制施工、質量問題的出現。提高防火涂料的整體施工質量。