钢结构防火涂料施工质量

经过抉择,人们采用对钢结构进行防火保护来提高它的耐火极限,最常用的方法就是在其表面涂装钢结构防火涂料钢结构防火涂料的产品质量关乎建筑的百年大计,并且其施工水平钢结构防火涂料施工质量速检方法的研究项目完成单位国家化学建筑材料测试中心（建工测试部）项目完成人季广其朱春玲陈景辉章新华马道贞一、概况钢结构作为一种新兴的结构型式方兴未艾，由于其具有强度高、自重轻、安装方便及施工不受季节变化影响等优点，已被人们普遍接受。特别是它应用于大跨度结构如体育馆、厂房、库房时具有非凡的优势，在奥运体育场馆的建设中必将绽放异彩。但是，钢材虽然是不燃烧体，其耐火性能却很差。裸钢的耐火极限仅有1530分钟，遭遇火灾时机械性能迅速下降，丧失支撑能力而引起结构垮塌或结构失稳。曾经一段时间，钢结构的使用受到限制。是因噎废食放弃钢结构还是对其采取必要的防火保护提高其耐火极限来满足应用要求就成为关键的选择。经过抉择，人们采用对钢结构进行防火保护来提高它的耐火极限，最常用的方法就是在其表面涂装钢结构防火涂料。钢结构防火涂料的产品质量关乎建筑的百年大计，并且其施工水平的优劣也将直接影响钢结构的耐火性能。该类涂料的涂层质量受外界影响较大，并且有些施工单位在不了解涂料性质的情况下基于种种原因盲目施工。消防部门的验收也因缺乏有利的手段和标准只能是走马观花，不能发现质量问题。这些都造成在建筑物使用一段时间后，出现开裂、脱落等现象，留下了安全隐患。在一定程度上制约了钢结构建筑的发展。因此，贯彻有关的建筑设计防火规范，充分考虑涂料的性能，制定统一的检验标准和方法，使防火涂料工程质量的验收有据可依，对切实保证涂料的应用效果，提高钢结构的耐火极限，减小施工损失，确保防火安全极其重要。据调查，北京市去年开工钢结构工程三百余项，其中不乏上万平米者。若以每个工程平均三千平方米计，每平米收取检测费一元，则一年可收入几十万至上百万的检测费用，具有较为可观的经济效益。并且由于开展该项检测，也必将提高本中心在社会上的名望，具有一定的社会效益。总之，该项目的开发成功在为本单位带来经济和社会效益的同时，推动钢结构建筑的发展及有效地保证该类工程的防火质量。鉴于工程的实际应用情况，制订快速的钢结构防火涂料施工质量检验方法不仅有需要而且迫在眉睫。它适应了我国工程建设发展的要求，可为逐渐发展起来的钢结构建筑的防火保护提供科学合理的技术标准和监督管理的技术依据，并可推动钢结构应用的进一步发展，具有十分深远的意义。本专题作为国家科技经费无偿资助项目，自2001年11月申请立项，2001年12月正式立项后，经过专题组近一年时间的努力工作，已按研究计划完成了钢结构防火涂料施工质量快速检验方法的研究工作，现提交研究报告。二、施工质量控制指标分析1钢结构防火涂料的分类与技术要求我国现行标准规范GB149072002钢结构防火涂料，对钢结构防火涂料的分类和质量要求作出了明确的规定。钢结构防火涂料按使用场所可分为A室内钢结构防火涂料用于建筑物室内或隐蔽工程的钢结构表面；B室外钢结构防火涂料用于建筑物室外或露天工程的钢结构表面。钢结构防火涂料按使用厚度可分为A超薄型钢结构防火涂料涂层厚度小于或等于3MM；B薄型钢结构防火涂料涂层厚度大于3MM且小于或等于7MM；C厚型钢结构防火涂料涂层厚度大于7MM且小于或等于45MM。室内钢结构防火涂料的技术性能应符合表1的规定。表1室内钢结构防火涂料的技术性能技术指标序号检验项目NCBNBNH缺陷分类1在容器中的状态经搅拌后呈均匀细腻状态，无结块经搅拌后呈均匀液态或稠厚流体状态体，无结块经搅拌后呈均匀稠厚流体状态，无结块C2干燥时间表干/H81224C3外观与颜色涂层干燥后，外观与颜色同样品相比应无明显差别涂层干燥后，外观与颜色同样品相比应无明显差别C4初期干燥抗裂性不应出现裂纹允许出现13条裂纹，其宽度应05MM允许出现13条裂纹，其宽度应1MMC5粘结强度/MPA020015004B6抗压强度/MPA03C7干密度/KG/M3500C8耐水性/H24涂层应无起层、发泡、脱落现象24涂层应无起层、发泡、脱落现象24涂层应无起层、发泡、脱落现象B9耐冷热循环性/次15涂层应无开裂、剥落、起泡现象15涂层应无开裂、剥落、起泡现象15涂层应无开裂、剥落、起泡现象B涂层厚度不大于/MM200020500525210耐火性能耐火极限不低于/H以I36B或I40B标准工字钢梁作基材101020A室外钢结构防火涂料的技术性能应符合表2的规定。表2室外钢结构防火涂料的技术性能技术指标序号检验项目WCBWBWH缺陷分类1在容器中的状态经搅拌后呈均匀细腻状态，无结块经搅拌后呈均匀液态或稠厚流体状态体，无结块经搅拌后呈均匀稠厚流体状态，无结块C2干燥时间表干/H81224C3外观与颜色涂层干燥后，外观与颜色同样品相比应无明显差别涂层干燥后，外观与颜色同样品相比应无明显差别C4初期干燥抗裂性不应出现裂纹允许出现13条裂纹，其宽度应05MM允许出现13条裂纹，其宽度应1MMC5粘结强度/MPA020015004B6抗压强度/MPA05C7干密度/KG/M3650C8耐曝热性/H720涂层应无起层、脱落、空鼓、开裂现象720涂层应无起层、脱落、空鼓、开裂现象720涂层应无起层、脱落、空鼓、开裂现象B9耐湿热性/H504涂层应无起层、脱落现象504涂层应无起层、脱落现象504涂层应无起层、脱落现象B10耐冻融循环性/次15涂层应无开裂、脱落、起泡现象15涂层应无开裂、脱落、起泡现象15涂层应无开裂、脱落、起泡现象B11耐酸性/H360涂层应无开裂、脱落、起泡现象15涂层应无开裂、脱落、起泡现象15涂层应无开裂、脱落、起泡现象B12耐碱性/H360涂层应无开裂、脱落、起泡现象360涂层应无开裂、脱落、起泡现象360涂层应无开裂、脱落、起泡现象B13耐盐雾腐蚀性/次30涂层应无起泡、明显的变质、软化现象30涂层应无起泡、明显的变质、软化现象30涂层应无起泡、明显的变质、软化现象B涂层厚度不大于/MM200020500525210耐火性能耐火极限不低于/H以I36B或I40B标准工字钢梁作基材101020A2施工质量控制指标分析从表1和表2中可以看出，钢结构防火涂料的质量，从施工质量控制的角度来看，可以划分为如下几个方面1施工前的涂料外观在容器中的状态；2施工后的物理机械性能干燥时间、外观与颜色、初期干燥抗裂性、粘结强度、抗压强度、干密度等；3施工后涂料的耐久性能耐水性、耐冷热循环性、耐曝热性、耐湿热性、耐冻融循环性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾腐蚀性等；4施工后涂料的耐火性能涂层厚度和耐火极限。其中在施工现场可以进行的检验项目包括在容器中的状态、外观与颜色、初期干燥抗裂性、涂层厚度。其它物理机械性能、耐久性能和耐火性能则不能在施工现场进行检验，只能在试验室进行检验。根据GB149072002钢结构防火涂料，钢结构防火涂料除耐火性能不合格属A，不允许出现外，理化性能尚有严重缺陷B和轻缺陷C，当室内防火涂料的B1且BC3，室外防火涂料的B2且BC4时，也可综合判定该产品质量合格。对于钢结构防火涂料而言，最为重要的技术性能为耐火性能。钢结构防火涂料的耐火极限是根据试验室的检测结果得出的。在涂料的产品质量稳定的条件下，每个涂层厚度对应一个耐火极限的检测数据。因此，从施工现场质量控制的角度考虑，涂层厚度对于保证钢结构防火涂料的耐火时间极为重要，也是一个在施工现场快速检测钢结构防火涂料施工质量的关键性能指标。三、涂层厚度与耐火极限钢结构防火涂料的质量受多种因素的影响。不同的生产厂家，由于原材料、生产工艺、配方等因素，其产品质量是不同的。相同的生产厂家、相同类型的不同批次的产品，其产品质量也存在差异。如表3所示。表3北京某厂家钢结构防火涂料耐火极限检测数据涂料名称产品批次编号涂层厚度MM耐火极限MINCB1268120CB218090CB315090CB4253112CB525761CB606830超薄型钢结构防火涂料CB711833B1468160B2820141B3480120B4480120B533990B635087B7470110薄型钢结构防火涂料B812032H1300212H2308130H3260180H4370180H5300180H6387182H7200120厚型钢结构防火涂料H817898由表3可以看出，相同类型不同批次的防火涂料，其涂层厚度与耐火极限的相关性不大。从理论上讲，同一批次的防火涂料，在一定范围内，涂层厚度与耐火极限之间的函数应该是相关的。但由于钢结构防火涂料的耐火极限与涂层厚度是在试验室条件下测出的，与施工现场的技术条件存在较大差异，目前尚不具备对施工中的喷涂厚度进行换算的技术条件。为了进行验证，我们选择了同一生产批次的厚型钢结构防火涂料按不同的喷涂厚度进行了耐火极限的试验检测。其结果列于表4。从中可以看出，耐火极限是随着涂层厚度的增加而增加的，但由于本专题经费有限，不能进行更多的试验，因此，不能确定涂层厚度与耐火极限的相关性大小。表4某厚型钢结构防火涂料耐火极限试验编号涂层厚度MM耐火极限MINHT115115HT225205HT330210从以上分析，我们认为，钢结构防火涂料的耐火极限与检测时的涂层厚度是唯一对应的，施工时的实际喷涂厚度不能进行换算，必须根据耐火极限的检测数据确定。在施工现场进行质量检测时，涂层厚度是否满足设计要求应以该批次耐火极限的检测数据为依据。四、涂层厚度检测作为钢结构防火涂料耐火性能的技术指标，涂层厚度是唯一可以在施工现场进行检测的项目。钢构件涂层厚度的测量在受火面沿构件长度方向每米不少于2个测点，取所有测点的平均值作为该构件的涂层厚度。涂层厚度是否符合设计要求的判定依据是涂层厚度应满足涂料检验报告的厚度要求，且该检验报告的耐火极限应不低于被涂构件的设计耐火极限。为了对施工中钢结构防火涂料的实际喷涂厚度进行质量分析，我们在施工现场进行了实测，并对数据进行了分析。详见表5、表6和表7。从表5可以看出，各构件钢的钢结构防火涂料涂层的平均厚度均大于耐火极限检测时的涂层平均厚度，满足设计要求。如果考虑试验室技术条件与施工现场的差异，在85保证率的前提下，也都基本满足要求。从表6可以看出，各钢构件的钢结构防火涂料涂层的平均厚度均大于耐火极限检测时的涂层平均厚度，满足设计要求。如果考虑试验室技术条件与施工现场的差异，在85保证率的前提下，也都满足要求。从表7可以看出，各钢构件的钢结构防火涂料涂层的平均厚度均大于耐火极限检测时的涂层平均厚度，满足设计要求。如果考虑试验室技术条件与施工现场的差异，在85保证率的前提下，则只有9个钢构件的涂层厚度满足要求，合格率只有43，超过半数的构件不能满足设计要求。因此，在施工现场进行钢结构防火涂料涂层厚度的检测时，是否需要考虑所测数据的标准差，还需要大量的试验论证，才能得出科学的结论。表5某工程厚型钢结构防火涂料涂层厚度检测数据单位MM设计要求构件编号测点数平均值标准差平均值标准差G312037662763490G322038352443590G332040132323780G342039392963644G352039244013523G362039372793658G372038663763490G382039452713675G392042033683835设计要求耐火极限为3H检测结果当涂层平均厚度为30MM时，耐火极限大于30HG3102039142273686G215024323722059G225024362732163G235024662862180G245025662802286G255024772342243G265029803602620G275030024162586G285028444012443G295024174162001设计要求耐火极限为2H检测结果当涂层平均厚度为2009MM时，耐火极限为205HG2105023041522152表6某工程薄型钢结构防火涂料涂层厚度检测数据单位MM设计要求构件编号测点数平均值标准差平均值标准差S25130550040510S25230569043526S25330569045524S25430505026479S25530519022497S25630523024498S25730538026512S25830526031495S25930549046503S251030551045505S251130523031492S251230529030499S251330536025510S251430539027512设计要求耐火极限为25H检测结果当涂层平均厚度为468MM时，耐火极限大于267HS251530571043528S15160364023341S15260395026369S15330396024373S15430416015401S15530414021393S15630398031367S15730380023357S15830421040381S15930407041366S151030418034384S151130423025398S151230413036377S151330419010409S151430425022402S151530421032390S151630408021388设计要求耐火极限为15H检测结果当涂层平均厚度为339MM时，耐火极限大于150HS151730417029388表7某工程超薄型钢结构防火涂料涂层厚度检测数据单位MM设计要求构件编号测点数平均值标准差平均值标准差B130166015151B230170017153B330175018157B430170020150B530154015139B630158015143B730165017148B8301620121