淺談非膨脹型防火涂料在鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用

張桐

上海市徐匯區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站 上海 200233

引言

鋼結(jié)構(gòu)憑借其自身諸多優(yōu)點(diǎn)如：材料強(qiáng)度高、自重輕，契合大跨度、大開(kāi)間的結(jié)構(gòu)要求；構(gòu)件便于由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝縮短施工周期；易于加工成型等備受青睞而廣泛應(yīng)用于各類高層、超高層的工業(yè)、公共建筑中。但鋼材由于其晶體排列特點(diǎn)決定了其在火災(zāi)高溫作用下彈性模量、屈服強(qiáng)度均存在20%左右的降低[1]。而根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行防火設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)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(jié)構(gòu)建筑的防火保護(hù)成為一個(gè)重要的課題。

1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料分類及作用機(jī)理

1.1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料分類

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的分類方式有多種，按保護(hù)對(duì)象進(jìn)行分類可以分為普通鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和特種鋼結(jié)構(gòu)防火涂料；按使用場(chǎng)所劃分可以分為室內(nèi)防火涂料和室外防火涂料；按防火機(jī)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(jī)理

非膨脹型防火涂料的防火機(jī)理主要是利用珍珠巖、蛭石等主要材料的不燃性、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點(diǎn)，同時(shí)由于其結(jié)構(gòu)疏松多孔且氣孔多為離散隨機(jī)分布，進(jìn)一步降低了材料的整體導(dǎo)熱系數(shù)。從而能夠在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面形成一定厚度的隔熱層，降低火災(zāi)中鋼構(gòu)構(gòu)件溫度的上升速度，提高鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限。

2 工程背景

本工程為某商辦樓項(xiàng)目，位于上海市浦東新區(qū)前灘地區(qū)。防火涂料施工范圍主要在1號(hào)樓（辦公樓）。其結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，樓地下3層，地上30層，建筑高度148.55m，耐火等級(jí)一級(jí)。構(gòu)件耐火極限：鋼柱3小時(shí)，鋼梁2小時(shí)，樓梯2小時(shí)，樓板1.5小時(shí)，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(zhì)量控制

3.1 施工工藝流程

鋼結(jié)構(gòu)防銹漆結(jié)點(diǎn)補(bǔ)涂及表面清理→對(duì)防銹漆補(bǔ)涂及清理情況自檢→鋼結(jié)構(gòu)隱蔽驗(yàn)收→做好安全文明施工及成品保護(hù)措施→底涂施工→底涂自檢→局部修補(bǔ)→非膨脹型防火涂料抹涂→防火涂料厚度自檢→局部修補(bǔ)→分部分項(xiàng)驗(yàn)收。

3.2 開(kāi)工前準(zhǔn)備工作

3.2.1 依據(jù)施工合同、設(shè)計(jì)圖紙及相應(yīng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、防火涂料廠家使用說(shuō)明文件等，編制專項(xiàng)施工方案和技術(shù)交底文件，同時(shí)根據(jù)常見(jiàn)質(zhì)量通病編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)確保交底內(nèi)容有針對(duì)性，指導(dǎo)性。

3.2.2 由于鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)異常重要，組建專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工隊(duì)伍。

3.2.3 對(duì)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底,明確交底責(zé)任人，落實(shí)崗位責(zé)任。使交底環(huán)節(jié)落實(shí)得到保證，各施工人員了解施工工藝、操作標(biāo)準(zhǔn)及注意事項(xiàng)，清楚各個(gè)施工節(jié)點(diǎn)以及對(duì)該節(jié)點(diǎn)的自檢質(zhì)量要求，同時(shí)在施工過(guò)程中做好自身安全防護(hù)。

3.2.4 做好“樣板引路”，防火涂料施工需要覆蓋鋼結(jié)構(gòu)表面各個(gè)部位，其中不乏一些于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作空間有限等極易產(chǎn)生類似防火涂料施工遺漏等嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題的結(jié)點(diǎn)。為避免施工過(guò)程中出現(xiàn)此類現(xiàn)象，特選取長(zhǎng)懸挑構(gòu)件端部、帶有隅撐的高強(qiáng)螺栓鉸接柱梁結(jié)點(diǎn)作施工為樣板。

3.3 施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題與解決方案

問(wèn)題1：某幾相鄰樓層樓面施工過(guò)程中，在下翼緣區(qū)域出現(xiàn)大面積空鼓、脫落現(xiàn)象

原因分析：隨著雨季的到來(lái)濕度增加。現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中相對(duì)濕度遠(yuǎn)超過(guò)材料使用說(shuō)明中要求的85%的相對(duì)濕度，直接影響了水泥基材料的強(qiáng)度發(fā)展，使得材料在自重及施工過(guò)程中各類偶然擾動(dòng)作用下產(chǎn)生破壞，最終導(dǎo)致防火涂料出現(xiàn)大面積空鼓與脫落的現(xiàn)象。

解決方案：據(jù)生產(chǎn)廠家建議待雨季結(jié)束空氣恢復(fù)干燥后，再進(jìn)行防護(hù)涂料施工，此類問(wèn)題即可自行消失。但是由于工期緊迫，現(xiàn)場(chǎng)不具備待雨季結(jié)束相對(duì)濕度較小后進(jìn)行施工的條件，故未采用生產(chǎn)廠家建議。為解決在空氣濕度較大條件下防火涂料強(qiáng)度發(fā)展不足導(dǎo)致的空鼓、脫落問(wèn)題。類比墻面抹灰施工工藝，現(xiàn)場(chǎng)采用分層抹涂的方法。將鋼梁25mm的防火涂料分兩次進(jìn)行施工。第一次完成15mm防火涂料施工，待其表干，形成一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行第二次10mm的施工。通過(guò)分層施工的方法基本解決了雨季期間由于現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)濕度較大材料強(qiáng)度發(fā)展不足導(dǎo)致的涂料空鼓及脫落問(wèn)題。

問(wèn)題2：采用噴涂法施工的底涂材料大面積污染建筑周邊區(qū)域。

原因分析：一方面由于本工程為超高層建筑隨著施工區(qū)域高的增加，自然風(fēng)對(duì)噴涂的影響逐漸占主導(dǎo)因素，使得噴的底涂材料在自然風(fēng)的作用下快速擴(kuò)散造成大面積污染，另一方面，隨著高度增加，污染物下落過(guò)程中擴(kuò)散范圍也隨之變大。也是導(dǎo)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(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生足夠黏結(jié)強(qiáng)度。若直接變更施工工藝，改噴涂為用毛刷滾涂。勢(shì)必會(huì)使底涂分布不均勻，且結(jié)點(diǎn)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(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生嚴(yán)重質(zhì)量隱患。因此底涂施工依舊采用噴涂方式?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)增加成品保護(hù)措施，即在施工所在樓層沿結(jié)構(gòu)外立面統(tǒng)一掛設(shè)一層密目網(wǎng)。由于密目網(wǎng)的遮擋，有效減小了施工過(guò)程中自然風(fēng)對(duì)噴涂的影響，抑制了因自然風(fēng)作用使底涂材料隨風(fēng)擴(kuò)散。同時(shí)，密目網(wǎng)更有效攔截了噴涂過(guò)程中，擴(kuò)散的底涂材料。通過(guò)增加成品保護(hù)措施的方法有效減少了噴涂施工對(duì)建筑周邊環(huán)境的影響。

問(wèn)題3：夏季施工期間較多鋼柱防火涂料施工期間出現(xiàn)空鼓及表面出現(xiàn)形狀不規(guī)則的裂紋

原因分析：由于鋼柱的耐火極限要求達(dá)到3小時(shí)，故防火涂料的施工厚度為31mm。同時(shí)由于在夏季施工室外溫度超過(guò)35攝氏度，防火涂料表面水分迅速蒸發(fā)，因此剛剛完成施工的鋼柱表面防火涂料因失水產(chǎn)生收縮，形成一層較致密的外殼。但防火涂料內(nèi)部的水蒸氣依舊未完全蒸發(fā)，進(jìn)而堆積在致密層下方。隨著內(nèi)部水蒸氣逐漸蒸發(fā)，表面致密層下方聚集了大量水蒸氣，正是由于水蒸氣產(chǎn)生的壓力作用使得防火涂料表面產(chǎn)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(shí)排出引起，故依舊考慮分層施工的方法。統(tǒng)籌考慮現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力及工期要求，以16mm和15mm各為一層，分兩層完成施工，同時(shí)增加層與層之間的施工間隔，使得內(nèi)部水汽得到充分蒸發(fā)。通過(guò)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(fā)不充分導(dǎo)致防火涂料空鼓及開(kāi)裂情況。

4 完工后總結(jié)

本項(xiàng)目防火涂料施工過(guò)程中主要質(zhì)量問(wèn)題表現(xiàn)為裂空鼓、脫落、厚度不足等現(xiàn)象，總結(jié)其各類產(chǎn)生原因歸納為以下幾個(gè)方面：

4.1 施工環(huán)境

由于現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度等自然因素造成材料強(qiáng)度發(fā)展不足或是內(nèi)部水蒸氣難以充分蒸發(fā)而聚集在材料內(nèi)部最終導(dǎo)致涂料開(kāi)裂、空鼓脫落等現(xiàn)象。

4.2 施工人員操作不當(dāng)

由于對(duì)主要負(fù)責(zé)材料配比的施工人員技術(shù)交底不夠細(xì)致，未能引起施工人員對(duì)配比、拌制工作的足夠重視，過(guò)程出現(xiàn)材料配合比錯(cuò)誤、攪拌不充分、導(dǎo)致水泥基體水化不充分也會(huì)降低了粘結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生材料脫落等狀況。

4.3 質(zhì)量管理不到位

部分施工區(qū)域如：懸挑結(jié)構(gòu)末端、復(fù)雜梁柱結(jié)點(diǎn)等處受制于施工操作環(huán)境，存在檢查頻次力度均不到位，管理力度薄弱導(dǎo)致施工人員存在敷衍了事的心理，影響防火涂料施工質(zhì)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(jié)束語(yǔ)

本商辦樓項(xiàng)目防火涂料施工過(guò)程中，施工前期通過(guò)組織專業(yè)施工隊(duì)伍，對(duì)施工人員進(jìn)行詳細(xì)交底，樣板引路方式對(duì)施工過(guò)程中難度較大區(qū)域進(jìn)行樣板施工，規(guī)避了施工員隨意性的問(wèn)題。施工過(guò)程中，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的各類問(wèn)題進(jìn)行分析，給出了有針對(duì)性的解決方案，經(jīng)過(guò)后續(xù)施工的驗(yàn)證。所給出的各項(xiàng)解決方案均能有效控制施工、質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)。提高防火涂料的整體施工質(zhì)量。