钢结构厚型防火涂料裂纹

钢结构厚型防火涂料裂纹、空鼓和脱层的防治

关键词：钢结构防火涂料；厚型；空鼓；裂纹；脱层；工艺；聚乙烯醇纤维

摘要：厚型钢结构防火涂料易受环境温度、湿度、阳光、水淋、施工震动等影响，产生空鼓、开裂、脱层等现象。结合某大型钢结构工程的防火涂料施工监理实践，提出如何成功通过工艺和添加抗裂纤维防治空鼓、开裂、脱层，保证防火涂料施工质量的做法。

钢结构防火涂料是指施涂于钢结构表面，能形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火性能的防火材料。在20世纪50年代欧美、日本等国就广泛使用防火涂料保护钢结构。80年代初期国内开始使用防火涂料，但均采用进口涂料并由国外代理商施工。1985年以后，四川、北京、上海等地先后研制成功多种防火涂料，应用于很多重要工程中。国内钢结构防火涂料生产和应用近几年发展较快，据不完全统计，已有生产、施工、科研单位近百家，年销售量过万吨，钢结构防火工程年施工面积超过百万平方米，已成为一类重要消防安全材料。钢结构防火涂料分为膨胀型(薄型)和非膨胀型(厚型)两大类，其中厚型防火涂料以无机绝热材料(如膨胀蛭石，飘珠，矿物纤维)为主，掺加无机粘接剂等，厚型防火涂料易受环境温度、湿度、阳光、水淋、施工震动等影响，产生空鼓、开裂、脱层等现象，如何成功防治空鼓、开裂、脱层是保证防火涂料施工质量的关键。笔者曾担任上海某超高层公共建筑的监理工程师工作，该工程建筑面积约39万m2，地上101层，地下3层，是一座集办公、酒店、观光、商业于一体的综合性公共建筑。工程钢结构用钢约6.7万t，钢结构防火涂料主要采用YC-1、YC-3厚型防火涂料，主要由水泥、珍珠岩、蛭石等材料组成。防火涂料厚度有17mm、23mm和26mm 三种，分别用于钢梁、钢柱和桁架上，防火时间分别为1.5h、2h、2.5h。钢结构防火涂料施工到26层时，现场检查发现6～17层的钢梁(涂层17厚)涂层质量合格、但外围钢柱(涂层23厚)和巨型斜撑(涂层23厚)出现局部裂纹、空鼓现象。为保证防火涂料的施工质量，查清裂纹、空鼓出现产生的原因，我监理项目部立即召集总包、钢结构分包、防火涂料专业分包召开专题会议，会议决定暂停外围钢柱和巨型斜撑防火涂料施工，成立检查小组，对已出现的裂纹和空鼓部位进行观察监测，审查前期的施工记录，聘请专家现场勘验咨询，分析产生裂纹、空鼓的原因，研究防治办法。经过两周的现场观察监测和对施工记录的审查，并聘请上海消防科学研究所的专家现场勘验咨询，我监理项目部再次主持召开专题会议，经讨论，对裂纹、空鼓产生的原因达成如下共识。

(1) 涂装工艺的原因。每层涂装厚度过大(最大已超过15mm)，且层间施工时间间隔过短(约为4h)。两遍涂装完成，涂料中的水分不易挥发，在阳光和风的作用下，表面首先干燥固化，而里面涂层中所含的水分挥发不出来，在温度的作用下，水变成水蒸气产生压力，导致涂层产生空鼓和裂纹，水蒸气从裂纹中逸出，这个过程要在涂装完成后20～30天才能被发现。

(2) 大面积涂刷的影响。厚型防火涂料材质松散、抗裂性差，根据调查其他类似工程，涂装宽度超过1m(巨型斜撑截面1.6m)，防火涂料施工完成后，因水分挥发不均匀，导致涂料开裂、空鼓。

(3) 阳光及雨水对施工的影响。处于楼层外周的构件，防火涂料施工完成后，在强度未完全形成前，雨淋导致水分过度吸收、日晒导致水分挥发不均匀，涂料干固后，产生裂缝和空鼓。

(4) 施工震动对防火涂料施工的影响。防火涂料施工完成后，其他专业(如幕墙、装饰)施工时，震动会致使防火涂料松动，甚至脱落。

(5) 防火涂料涂装前钢梁表面清洁除尘质量的影响。如果基层清洁不净会影响涂料的粘接，导致脱层、空鼓。针对产生裂纹、空鼓、脱层的原因，会议决定在27层进行改进工艺试验。在27层的2根巨型斜撑和6根钢柱采用新工艺，对另外2根巨型斜撑和6根钢柱除采用新工艺外、还根据上海消防科学研究所的专家们意见，添加聚乙烯醇纤维(该产品主要是用作替代石棉，起到抑制龟裂的作用，无毒，掺量约万分之五)。在会上重点强调了必须严格执行工艺流程，监理、总包、钢结构分包、防火涂料专业分包组成现场检查小组，全过程旁站。改进工艺如下：调整施工工艺，增加辅助措施。采用增加喷涂层数，对20mm以上厚度的防火涂料使用钢丝网加固，施工工艺如下：

(1) 除尘、除锈、除油污。

(2) 涂抹胶水，增加防火涂料粘结力。(粘固定钢丝网固定钉)

(3) 喷涂界面剂，防火涂料与构件间的过渡层。

(4) 涂抹最后一层防火涂料，至指定厚度。

钢丝网的添加，能保证防火涂料不会因空鼓而脱落，且对防火涂料的膨胀和收缩产生一定的约束作用。分三层涂抹，能够让涂料中的水分充分排出，降低涂料开裂和空鼓的可能。涂装完成28d后，我监理项目部再次主持召开现场会。现场检查27层防火涂料情况：未添加聚乙烯醇纤维1根巨型斜撑没发现裂纹和空鼓，另一根巨型斜撑出现不规则裂纹和空鼓，添加聚乙烯醇纤维的2根巨型斜撑没发现裂纹和空鼓；添加聚乙烯醇纤维6根钢柱没发现裂纹和空鼓、另6根钢柱未添加聚乙烯醇纤维中的2根出现了不规则裂纹和空鼓，另4根没发现裂纹和空鼓。根据试验结果，采用改进工艺会基本解决涂料的裂纹、空鼓和脱层问题，而添加聚乙烯醇纤维能全面解决该问题。会议决定按照在改进工艺、同时添加聚乙烯醇纤维的方案进行后续防火涂料的施工和前期存在问题部位的修补。在后续的防火涂装施工过程中，我监理项目部监理人员严格按照该方案进行质量监控，严格检查基层清理质量、每层涂装厚度和涂层间间隔时间、粘钉和钢丝网固定质量、聚乙烯醇纤维的添加掺量，同时笔者提出：要加强养护措施，在外围钢柱、巨型斜撑防火涂料施工完成后，采用彩条布包裹养护，防止雨淋、日晒、强风，在28d 后拆除；在进入TOT施工阶段时(400m以上)，要求外围幕墙先行施工，待楼层封闭后，防火涂料工序再插入；对于局部出现小空鼓现象的部位，采用钻孔、注入白乳胶的方式消除空鼓现象。经过后期施工单位的精心施工和监理的严格监控，后期施工的防火涂料和前期存在问题部位的修补质量合格，成功地解决了厚型防火涂料的裂纹、空鼓和脱层问题。

施工要点如下：

1、基层处理措施喷涂防火涂料前，首先需对要求做防火涂料的钢构件的表面进行清理。钢基材表面不得有水渍、污物及灰尘等杂物，否则必须用毛巾擦拭干净，以免影响防火涂料同钢基材表面的粘接，而影响整个涂层的强度。对已生锈或防锈漆脱落的钢构件，应进行除锈处理，清除方法依锈蚀程度而定:表面防锈漆脱落或锈蚀不严重，可用铲刀铲除起皮、脱落的防锈漆，再用钢丝刷刷除锈迹，比较难清除的可用金刚砂打磨，直至露出钢基材，清理好表面，然后再补刷

同一类型的防锈漆两道，补刷的防锈漆必须完整，附着良好；若锈蚀比较严重，钢构件已经氧化变黑，则必须用电动砂轮机打磨，直至露出金属光泽，再按防锈漆刷涂工艺进行防锈漆的刷涂，并在防锈漆干燥、固化后，方可进行防火涂料的喷涂施工；对相邻钢构件连接处的缝隙，先用防火涂料进行填平。

2、喷涂、抹涂施工工艺及技术要点喷涂时，喷枪口距钢基材表面距离适中，约为20～30 cm，太远则影响涂料的粘接力，太近则喷出的涂料易反弹回来，造成损失。喷枪与需喷涂的钢构件表面应倾斜成一定角度，45°为宜。严禁远距离喷涂防火涂料，以免影响涂层与钢基层之间、涂层与涂层之间的粘接力，造成涂层粘接不牢而脱落，影响防火涂料喷涂的施工质量。喷涂施工是分遍成活，喷涂遍数与喷涂厚度根据防火设计而定，通常喷涂2～5遍，每遍喷涂厚度宜5～10 mm。每一遍喷涂需在上一遍涂层干燥固化后方可进行，一般在施工环境通风良好，相对湿度不大于90%，间隔4～24小时即可；当风速大于5 m/s，相对湿度大于90%，雨天或钢结构表面有结露时，若无其他特殊措施，不宜进行喷涂施工。操作者必须随身携带测厚针进行测定，确保单遍涂层不超过10 mm，重复上述施工方法，直至达到设计规定的厚度要求。喷涂构件的阳角时，可先由端部自上而下或自左而右垂直于基面喷涂，然后再水平喷涂；喷涂阴角时，不要对着构件角落直喷，应当先分别从角的两边，由上而下垂直先喷一下，然后再水平方向喷涂;垂直喷涂时，喷嘴离角的顶部要远一些以便产生的喷料刚好在角的顶部交融，不产生流坠；喷涂梁底时，为了防止涂料飘落在身上，应尽量向后站立，喷枪的倾角度不宜过大，以免影响出料。喷嘴在使用过程中若有堵塞，需用小竹签疏通，以免出料不均匀，影响喷涂效果，喷枪用毕立即用水或稀释剂清洗。1）抹涂施工宜采用刮灰刀、抹子及刮板，抹涂的要点是实、平、光，即防火涂料涂层之间应接触紧密，粘接牢固，表面应平整、光滑，以减少休整工作量和达到整个涂层的光面效果。2）抹涂时应掌握好抹涂工具的倾斜度，用力均匀。3）为避免涂层收缩过大，出现开裂和脱落，一次抹涂不要过厚，根据LG涂料的特点，以6～10 mm厚度为宜，且首次抹涂厚度不宜超过6 mm。4）对钢构件接缝处或螺栓焊接处的防火涂料应用小灰刀或手指收刮干净。5）对刮灰刀在涂层面上刮出的刀痕，应在涂层未干燥前,用毛刷蘸水或稀释剂修整、修平。

3、质量控制程序严格按照ISO9001:2000《质量管理体系》标准的要求及产品标准:GB14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》，涂料进场应填写《材料报审表》附产品质保书，并做抽样检测，作好记录，合格方能使用。施工严格按照施工标准CECS24:90《钢结构防火涂料应用技术规范》，防火涂料施工应由专业人员施工，严格按照技术规范操作，施抹遍数间隔时间做好完整记录，并对过程中的涂层厚度，涂层表面质量定期自检。钢结构顶、壁的检测方法以针入法测定，所抽查的构件数不少于施工总构件数的20%，且不少于3件，单位抽查面积不小于3 m2，单位抽查面积内的检测点宜不少于8点。其厚度平均值小于允许最小值时则应补刷。

1）用厚度检测仪检查厚度，要达到规定的要求，且连接节点的防火涂料厚度不得小于被连接构保护层的厚度的较大值；

2）防火涂层表面平整、均匀，无起泡、流挂、龟裂、干喷和掺杂杂物等现象，无漏涂、误涂；

3）防火涂层粘结牢固，无粉化、空鼓、脱落等现象；

4）接头、转角处无明显凹陷。

4、小结厚涂型钢结构防火涂料广泛应用于室内隐蔽钢结构，高层全钢结构及多层厂房钢结构，是对钢结构防火施工工艺的进一步完善，与过去传统的在钢结构表面浇筑混凝土、涂抹水泥砂浆或用不燃板包覆相比，该涂料的防火性能好、粘结力强，且该涂料干密度小，减轻了对结构本身的外加荷载。有效的控制了钢结构防火涂料的施工质量，加快了施工的进度。