钢结构防火涂料施工质量速检方法的研究.doc

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15～30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GB14907–2002《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3 mm；
b)      薄型钢结构防火涂料：涂层厚度大于3 mm且小于或等于7 mm；
c)      厚型钢结构防火涂料：涂层厚度大于7 mm且小于或等于45 mm。

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
序号
检验项目
技术指标
缺陷分类
NCB
NB
NH
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
C
2
干燥时间(表干)/h
≤8
≤12
≤24
C
3
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
–
C
4
初期干燥抗裂性
不应出现裂纹
允许出现1～3条裂纹，其宽度应≤0.5 mm
允许出现1～3条裂纹，其宽度应≤1 mm
C
5
粘结强度/MPa
≥0.20
≥0.15
≥0.04
B
6
抗压强度/MPa
–
–
≥0.3
C
7
干密度/(kg/m3)
–
–
≤500
C
8
耐水性/h
≥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
≥24涂层应无起层、发泡、脱落现象
B
9
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
10
耐火性能
涂层厚度(不大于)/mm
2.00±0.20
5.0±0.5
25±2
A
耐火极限(不低于)/h(以I36b或I40b标准工字钢梁作基材)
1.0
1.0
2.0

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
序号
检验项目
技术指标
缺陷分类
WCB
WB
WH
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
C
2
干燥时间(表干)/h
≤8
≤12
≤24
C
3
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
–
C
4
初期干燥抗裂性
不应出现裂纹
允许出现1～3条裂纹，其宽度应≤0.5 mm
允许出现1～3条裂纹，其宽度应≤1 mm
C
5
粘结强度/MPa
≥0.20
≥0.15
≥0.04
B
6
抗压强度/MPa
–
–
≥0.5
C
7
干密度/(kg/m3)
–
–
≤650
C
8
耐曝热性/h
≥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
≥720涂层应无起层、脱落、空鼓、开裂现象
B
9
耐湿热性/h
≥504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
B
10
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
B
11
耐酸性/h
≥360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
B
12
耐碱性/h
≥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
≥360涂层应无开裂、脱落、起泡现象
B
13
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
10
耐火性能
涂层厚度(不大于)/mm
2.00±0.20
5.0±0.5
25±2
A
耐火极限(不低于)/h(以I36b或I40b标准工字钢梁作基材)
1.0
1.0
2.0

2.      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GB14907–2002《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B≤1且B+C≤3，室外防火涂料的B≤2且B+C≤4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(min)
超薄型钢结构防火涂料
CB – 1
2.68
> 120
CB – 2
1.80
> 90
CB – 3
1.50
> 90
CB – 4
2.53
112
CB – 5
2.57
61
CB – 6
0.68
> 30
CB – 7
1.18
33
薄型钢结构防火涂料
B – 1
4.68
> 160
B – 2
8.20
141
B – 3
4.80
120
B – 4
4.80
120
B – 5
3.39
> 90
B – 6
3.50
87
B – 7
4.70
110
B – 8
1.20
> 32
厚型钢结构防火涂料
H – 1
30.0
212
H – 2
30.8
130
H – 3
26.0
> 180
H – 4
37.0
> 180
H – 5
30.0
180
H – 6
38.7
182
H – 7
20.0
> 120
H – 8
17.8
98
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(min)
HT – 1
15
115
HT – 2
25
205
HT – 3
30
210
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。