肖波

（中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司 北京工程項(xiàng)目管理部，北京 100038）

0 引言

近年來，鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)防火涂料脫落問題較多，隨著防火安全意識(shí)提高，鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝質(zhì)量控制越來越重要［1］。鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝具有工序復(fù)雜、施工過程控制因素多、內(nèi)在質(zhì)量及觀感效果要求高等特點(diǎn)，新建京張高鐵清河站采用合理、創(chuàng)新手段，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)厚涂型防火涂裝進(jìn)行拉伸荷載力學(xué)試驗(yàn)，計(jì)算防火涂裝粘結(jié)強(qiáng)度，以判斷防火涂裝的附著力是否滿足設(shè)計(jì)要求，為提高鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝的耐候性提供了理論依據(jù)，取得了良好效果。

1 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料作用機(jī)理

鋼結(jié)構(gòu)雖然是不燃材料，但在火災(zāi)高溫的作用下，其力學(xué)性能（如屈服強(qiáng)度、彈性模量等）會(huì)隨溫度升高而降低，在約550℃時(shí)降低幅度更明顯，易喪失承重能力而倒塌。用噴涂的方式將防火涂料附著于鋼結(jié)構(gòu)表面，并在鋼結(jié)構(gòu)表面形成一層耐火隔熱的薄膜，薄膜除本身具有難燃性或不燃性外，還具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，可以延遲火焰溫度向被保護(hù)基材傳遞，受熱分解出不燃惰性氣體，沖淡被保護(hù)物體受熱分解出的可燃性氣體，使之不易燃燒或燃燒速度減慢。防火薄膜能阻滯火災(zāi)的迅速蔓延，保護(hù)鋼構(gòu)件，從而提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限［2］。

2 鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝質(zhì)量控制必要性

2.1 鋼結(jié)構(gòu)體量和面積大

新建高鐵站房大多采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)形式，增加了站房的層高、跨度和使用空間等。

2.2 防火等級(jí)要求高

鐵路站房屬于大型人員密集公共場(chǎng)所，客流量大（見表1），一旦發(fā)生火災(zāi)將造成大量人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)輸秩序，因此防火等級(jí)要求高。

表1 2018年部分車站日均客流量統(tǒng)計(jì) 萬(wàn)人

2.3 防火涂料脫落影響大

（1）影響站房美觀性。由于站房鋼結(jié)構(gòu)維護(hù)人員技術(shù)力量薄弱、維修要點(diǎn)停電困難等一些現(xiàn)實(shí)原因，站房鋼結(jié)構(gòu)日常專業(yè)維護(hù)、維修工作難以按時(shí)展開。室外防火涂裝體在受到大風(fēng)、雨雪、粉塵等污染侵蝕后，涂裝體局部產(chǎn)生的開裂、脫落問題難以及時(shí)處理，導(dǎo)致脫落問題惡化速度加快，造成大面積防火涂料脫落，影響站房的美觀性。

（2）影響行車安全。站房、雨棚等鋼結(jié)構(gòu)防火涂層隨時(shí)間推移及惡劣氣候影響，粘結(jié)能力不斷下降，高鐵運(yùn)營(yíng)速度快（200 km/h以上），防火涂料如遇列車振動(dòng)荷載影響出現(xiàn)脫落，砸到列車擋風(fēng)玻璃時(shí)，會(huì)影響行車安全。

（3）消防安全社會(huì)關(guān)注大。公共場(chǎng)所火災(zāi)頻發(fā)，人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失較大，消防安全問題越來越被關(guān)注。鐵路站房是旅客乘降窗口，客流量大、人員密集，消防安全社會(huì)關(guān)注大。

3 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料脫落原因分析

3.1 原材料選用不正確

防火涂料品種多樣，鐵路站房室內(nèi)、室外不同場(chǎng)所采用的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料品種不同，施工中容易混淆，錯(cuò)誤選用會(huì)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝不能合理發(fā)揮作用，耐候性降低，極易造成防火涂料脫落。

3.2 涂層間相容性不符

防火涂料與防腐涂料不配套時(shí)易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，致使涂裝后涂層不能更好地粘合在一起，易剝離，涂裝后不僅沒起到防火作用，反而加速了鋼結(jié)構(gòu)腐蝕，短時(shí)間內(nèi)大量的銹跡透過涂層表面產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，致使防火涂料脫落［3］。

3.3 工序處理不當(dāng)

3.3.1 鋼構(gòu)件表面清理不徹底

鋼構(gòu)件表面清理是防火涂裝工程的基礎(chǔ)，是涂裝施工中極重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。防火涂裝前，鋼構(gòu)件表面的水漬、油污和灰塵等雜物未進(jìn)行清理或清理不徹底，會(huì)影響涂料與鋼構(gòu)件表面的粘結(jié)力，進(jìn)而影響整個(gè)涂層的強(qiáng)度和粘結(jié)力，出現(xiàn)防火涂料脫落。

3.3.2 打磨除銹及防腐處理不到位

鋼構(gòu)件廠制焊縫、現(xiàn)場(chǎng)焊接部位打磨除銹及防腐處理不到位時(shí)，鋼構(gòu)件表面易生銹，嚴(yán)重影響涂層的附著力，防火涂料隨之易開裂，甚至造成脫落。

3.3.3 涂層涂刷間隔時(shí)間短

防火涂料前一層涂膜未干燥時(shí)，又涂刷下一層防火涂料，使2層防火涂料混合，不能起到應(yīng)有的保護(hù)作用，造成防火涂料開裂、脫落。

3.3.4 防火涂料涂層厚度達(dá)不到要求

（1）防火涂層厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，易造成防火涂層性能不穩(wěn)定，使鋼構(gòu)件不能達(dá)到相應(yīng)的耐火極限。作業(yè)人員存在偷工減料、構(gòu)件邊角不涂刷、漏涂或者少涂以及涂層厚度過厚，均會(huì)引起防火涂料脫落。

（2）防火涂層的總厚度滿足設(shè)計(jì)要求，但每層涂層的均勻連續(xù)性差，造成局部涂層過厚，在同樣養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)達(dá)不到強(qiáng)度要求時(shí)，防火涂料易脫落。

3.4 施工環(huán)境條件不滿足

當(dāng)涂裝施工時(shí)的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、鋼構(gòu)件表面溫度等方面沒有達(dá)到涂裝環(huán)境條件要求時(shí)，鋼構(gòu)件表面、防火涂料表面產(chǎn)生結(jié)露，涂料附著力大大下降，防火涂料均會(huì)開裂、脫落。

3.5 養(yǎng)護(hù)及成品保護(hù)措施不合理

防火涂料未充分干燥固化前遭受大風(fēng)吹拂、雨水沖淋、陽(yáng)光暴曬時(shí)，防火涂料強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，易開裂、脫落；防火涂料施工完成后，成品保護(hù)措施不合理時(shí)，鋼構(gòu)件涂層在外力作用下，涂料漆膜受到物體或構(gòu)件的碰撞、剮蹭、擦傷等，損壞鋼構(gòu)件表面的防火涂層，易引起鋼構(gòu)件銹蝕，最終造成防火涂料脫落。

3.6 粘結(jié)強(qiáng)度急劇下降

由于鐵路站房處于露天或半露天環(huán)境中，夏季陽(yáng)光照射強(qiáng)烈，冬季天干風(fēng)大，陽(yáng)光、大氣、風(fēng)雪、雨水等易造成鋼構(gòu)件表面腐蝕；其次，季節(jié)交替產(chǎn)生的溫度變化也容易造成鋼構(gòu)件表面擴(kuò)張和收縮，防火涂層粘結(jié)強(qiáng)度、耐候性能急劇下降，進(jìn)而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)防火涂料脫落。

4 鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝應(yīng)用

京張高鐵是京津冀協(xié)同發(fā)展軌道交通網(wǎng)的重要組成，是推動(dòng)我國(guó)高鐵技術(shù)創(chuàng)新的標(biāo)志性工程。清河站是該線路上重要的交通樞紐站之一，也是冬奧會(huì)始發(fā)站，是展示京張高鐵建設(shè)品質(zhì)的窗口。

4.1 工程特征

（1）工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜。清河站鋼結(jié)構(gòu)由主體站房區(qū)（A區(qū)）、站房南側(cè)高架落客平臺(tái)區(qū)（B1區(qū)）、站房北側(cè)高架落客平臺(tái)區(qū)（C1區(qū)）和站臺(tái)雨棚（C4區(qū)）4個(gè)部分組成。鋼結(jié)構(gòu)整體軸測(cè)示意見圖1。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)整體軸測(cè)示意圖

（2）鋼構(gòu)件種類多。清河站鋼結(jié)構(gòu)有桁架、鋼梁、鋼柱、系桿、隅撐、鋼檁、鋼樓梯、花紋板、槽鋼等多種鋼構(gòu)件，不同區(qū)域、不同部位構(gòu)件的防火涂裝設(shè)計(jì)要求及施工工藝不同。

（3）防火涂料類型多，耐火極限不同。清河站防火涂料設(shè)計(jì)類型包括薄型、超薄型和厚型3種防火涂料，各種類型防火涂料的耐火極限均不一樣。A區(qū)站房候車層和候車大廳旅客量大、人流多，設(shè)計(jì)耐火極限時(shí)間均采用不低于2 h的厚涂型防火涂料，且所占施工比重大。

（4）交叉作業(yè)多。由于清河站建設(shè)期間現(xiàn)場(chǎng)站房、站場(chǎng)、站前、站后的施工涉及專業(yè)多、交叉施工作業(yè)多、各單位間的施工界面多等原因，導(dǎo)致防火涂裝作業(yè)環(huán)境相對(duì)非鐵路鋼結(jié)構(gòu)工程受影響干擾多。

4.2 防火涂裝設(shè)計(jì)概況

（1）超薄型防火涂料。底漆環(huán)氧富鋅80 μm，中間漆環(huán)氧云鐵150 μm，環(huán)氧封閉漆30 μm，耐火極限時(shí)間≥1.0 h。

（2）薄型防火涂料。底漆環(huán)氧富鋅80 μm，中間漆環(huán)氧云鐵150 μm，環(huán)氧封閉漆30 μm，耐火極限時(shí)間≥1.5 h。

（3）厚型防火涂料。底漆環(huán)氧富鋅80 μm，中間漆環(huán)氧云鐵150 μm，環(huán)氧封閉漆30 μm，耐火極限時(shí)間≥2.0 h。

5 鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)

新建京張高鐵清河站鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝質(zhì)量控制的關(guān)鍵技術(shù)是防火涂裝耐候性控制（見圖2）。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝耐候性控制內(nèi)容

5.1 原材料控制

（1）防火涂料在進(jìn)場(chǎng)使用前，應(yīng)檢查制造廠家的相關(guān)資料，其中最重要的資料有4個(gè)：一是生產(chǎn)許可證明文件，二是型式檢驗(yàn)報(bào)告，三是產(chǎn)品合格證明文件，四是產(chǎn)品說明書。并確認(rèn)防火涂料的型號(hào)、顏色與質(zhì)量證明文件及設(shè)計(jì)依據(jù)是否相符，是否在有效的使用期內(nèi)。

（2）檢查防火涂料的外觀質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)情況。針對(duì)工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鋼構(gòu)件種類及防火涂料類型多等特點(diǎn)，按規(guī)定批次和數(shù)量，對(duì)其粘結(jié)強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抽樣檢測(cè)。

（3）使用噴燈等強(qiáng)火對(duì)防火涂裝構(gòu)件樣板進(jìn)行灼燒，短時(shí)間內(nèi)構(gòu)件樣板不能出現(xiàn)灼傷。

5.2 工序質(zhì)量控制

涂裝質(zhì)量對(duì)裝飾以及應(yīng)用有重要作用。涂裝質(zhì)量主要取決于2個(gè)方面：一是涂料自身質(zhì)量，二是施工質(zhì)量。質(zhì)量不合格的防火涂料必然不能形成良好的涂裝效果；質(zhì)量好的防火涂料如果施工不適宜，也不會(huì)有良好的防火作用。工序質(zhì)量與防火涂料的性能發(fā)揮密切相關(guān)，必須嚴(yán)格控制各道工序質(zhì)量［4］。

5.2.1 鋼構(gòu)件表面清理

鋼構(gòu)件在加工儲(chǔ)運(yùn)和安裝過程中易在表面產(chǎn)生附著物，特別是雜物碎屑、灰塵及氧化皮屑等，這些表面雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致防腐涂層的附著性能下降，因此鋼構(gòu)件表面清理是涂裝前的基本工序。

（1）徹底清除鋼構(gòu)件表面附著的灰塵、氧化皮碎屑、油污等雜物，使防腐涂層和鋼構(gòu)件表面有效粘結(jié)。

（2）修整鋼構(gòu)件表面，使防腐涂料與鋼構(gòu)件有良好的附著力。

5.2.2 打磨除銹及防腐處理

打磨除銹及防腐處理能清除鋼構(gòu)件表面銹垢，同時(shí)避免鋼構(gòu)件產(chǎn)生銹蝕，以延長(zhǎng)防火涂料的使用壽命。工程現(xiàn)場(chǎng)焊接部位打磨處理完成后，驗(yàn)收每道焊縫的打磨除銹工序、建立驗(yàn)收登記臺(tái)賬、留存影像資料，并在鋼構(gòu)件表面處理完成后的4 h內(nèi)進(jìn)行防腐底漆涂裝可保證工程涂裝質(zhì)量。

5.2.3 涂層涂刷間隔時(shí)間

防火涂料應(yīng)分層（遍）涂刷，結(jié)合防火涂料品種特性確定涂刷遍數(shù)和涂刷間隔時(shí)間。清河站鋼結(jié)構(gòu)防火涂料分2遍涂刷，第1遍防火涂料干燥率和強(qiáng)度達(dá)到95%以上時(shí)（前后道涂刷間隔應(yīng)控制在24 h左右），再進(jìn)行第2遍涂裝［5］。

5.2.4 涂層厚度及觀感質(zhì)量

（1）根據(jù)新建清河站防火涂料的設(shè)計(jì)類型及型式檢驗(yàn)報(bào)告，分別確定不同區(qū)域、不同構(gòu)件、不同防火涂層厚度，作為檢查驗(yàn)收依據(jù)。考慮A區(qū)站房候車層和候車大廳旅客量大、人流多，設(shè)計(jì)耐火極限時(shí)間均采用不低于2 h的厚涂型防火涂料，且所占施工比重大，結(jié)合厚涂型防火涂料型式檢驗(yàn)報(bào)告并參考相關(guān)規(guī)范，對(duì)厚涂型防火涂料施工加強(qiáng)了管控力度。待噴防火涂層厚度參考式（1）：

式中：T1為待噴防火涂層厚度，mm；T2為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)的涂層厚度，mm；W1為待噴鋼梁質(zhì)量，kg/m；W2為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)的鋼梁質(zhì)量，kg/m；D1為待噴鋼梁防火涂層接觸面周長(zhǎng)，mm；D2為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)時(shí)鋼梁防火涂層接觸面周長(zhǎng)，mm；K為系數(shù)，對(duì)于鋼梁，K＝1，對(duì)于相應(yīng)樓層鋼柱的涂層厚度，K＝1.25［6］。

（2）因工序多、區(qū)域廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等工程特點(diǎn)，極易造成漏檢漏驗(yàn)，根據(jù)工程防火涂裝設(shè)計(jì)要求，研究制定專項(xiàng)驗(yàn)收表格，采用“縱向分層、橫向分段”驗(yàn)收方式，建立驗(yàn)收登記臺(tái)賬，保證鋼構(gòu)件的防火涂裝全部納入驗(yàn)收范圍。

（3）防火涂層應(yīng)牢固地粘結(jié)于防腐涂層，表面不能出現(xiàn)空鼓、脫層等現(xiàn)象；防火涂裝后，外觀要平整光滑，輪廓清晰，顏色均勻，無明顯凹陷、粉化、松散和浮漿，乳突已剔除；對(duì)于厚型防火涂層，裂縫寬度不應(yīng)大于1 mm。

5.3 涂層間相容性控制

選用的防火涂料不應(yīng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有腐蝕作用，且防火涂料和防腐涂料之間不應(yīng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。抽取站房的鋼柱、鋼梁等做涂層樣板試件，驗(yàn)收查看涂層間的相容性、觀感質(zhì)量效果等，樣板質(zhì)量確認(rèn)合格后，開展大面積施工。

5.4 環(huán)境條件控制

重點(diǎn)把控涂裝作業(yè)環(huán)境是否滿足要求，尤其是低溫季節(jié)，每日溫度變化較大，對(duì)涂裝環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、構(gòu)件表面溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)量測(cè)，換算露點(diǎn)溫度，環(huán)境條件不滿足要求時(shí)不能施工。露點(diǎn)溫度見表2。

表2 露點(diǎn)溫度表 ℃

防火涂裝環(huán)境溫度應(yīng)在5～38℃，相對(duì)濕度≤80%，鋼構(gòu)件表面溫度應(yīng)高于露點(diǎn)溫度3℃以上。例如：環(huán)境溫度為15℃，相對(duì)濕度為65%，從表2中可查出露點(diǎn)溫度為8.6℃，則鋼構(gòu)件表面溫度應(yīng)在（8.6+3）℃=11.6℃以上時(shí)，才能施工［7］。

5.5 養(yǎng)護(hù)及成品保護(hù)控制

（1）防火涂裝施工結(jié)束后，及時(shí)做好防火涂層的養(yǎng)護(hù)工作，尤其是剛噴涂好的涂層避免遭受雨水沖淋、強(qiáng)烈陽(yáng)光直射。

（2）空氣中的塵埃對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝的粘結(jié)性能、裝飾效果影響也很大，鋼構(gòu)件涂裝后24 h之內(nèi)如遇大風(fēng)時(shí)，應(yīng)采取防塵措施，避免灰塵影響涂層的附著力和裝飾觀感質(zhì)量。

（3）針對(duì)車站工程施工涉及專業(yè)多、交叉施工作業(yè)多、各單位間的施工界面多等特點(diǎn)，對(duì)剛噴涂好的鋼構(gòu)件采取拉設(shè)安全帶或加裝護(hù)欄、圍擋等措施，可避免受到物體或構(gòu)件的碰撞、剮蹭。

5.6 拉伸荷載試驗(yàn)創(chuàng)新

在防火涂料原材料經(jīng)第三方實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)復(fù)試合格的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格卡控防火涂層粘結(jié)能力的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。在清河站采用合理、創(chuàng)新手段，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)厚涂型防火涂裝進(jìn)行拉伸荷載力學(xué)試驗(yàn)（粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)是在第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)涂裝試件檢測(cè)，僅對(duì)厚涂型防火涂料進(jìn)行拉伸荷載力學(xué)試驗(yàn)，拉伸荷載力學(xué)試驗(yàn)適用于任何類型防火涂料的拉伸試驗(yàn)），計(jì)算防火涂裝粘結(jié)強(qiáng)度，以判斷防火涂裝的附著力是否滿足要求，為現(xiàn)場(chǎng)防火涂裝作業(yè)質(zhì)量控制提供理論依據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拉伸荷載力學(xué)試驗(yàn)見圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拉伸荷載力學(xué)試驗(yàn)

已知防火涂料復(fù)試性能指標(biāo)要求為：厚涂型防火涂料粘結(jié)強(qiáng)度≥0.04 MPa（4×104N/m2）。

每一試件粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算公式為：

式中：fb為粘結(jié)強(qiáng)度，MPa；F為最大拉伸荷載，N；A為粘結(jié)面積，m2。

現(xiàn)場(chǎng)試件半徑r為2.5 cm，面積A=πr2=3.14×（2.5 cm）2=19.625 cm2=19.625×10-4m2，最大拉伸荷載F應(yīng)滿足4×104N/m2×19.625×10-4m2=78.5 N，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)厚涂型防火涂裝拉伸荷載為0.549 kN=549 N＞78.5 N。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拉伸荷載試驗(yàn)，厚涂型防火涂裝粘結(jié)強(qiáng)度滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和性能檢測(cè)報(bào)告粘結(jié)強(qiáng)度要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝的耐候性直接影響鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)的防火性能和使用要求。新建京張高鐵清河站采取有效的工序質(zhì)量監(jiān)控措施，運(yùn)用合理、創(chuàng)新的監(jiān)管手段，嚴(yán)格把控了防火涂裝質(zhì)量，保證了鋼結(jié)構(gòu)體系的防火性和裝飾性，從而提高了站房鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝的耐候性，可為類似工程提供參考。