周梅君

（福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350025）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、強(qiáng)度高、綠色環(huán)保、便于制作、施工便捷、標(biāo)準(zhǔn)化、抗震性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)階段砂、石等自然資源日益緊張的情況下，鋼結(jié)構(gòu)在各種工程中得到廣泛應(yīng)用。但依然存在鋼材自身耐火極限低、防腐性能差、低溫時(shí)脆性變大、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件穩(wěn)定性不足等缺點(diǎn)[1-2]。工程中通常通過(guò)加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防腐、防火性能，來(lái)提高鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能與耐火極限，例如通過(guò)加入適量的銅、鎳等合金元素來(lái)改善鋼材自身的防腐性能；或是通過(guò)在鋼材表面施涂防腐、防火涂料防護(hù)層，使鋼材表面形成一道保護(hù)膜，以此來(lái)加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防腐、防火效果[3]。本文通過(guò)對(duì)某主體為鋼結(jié)構(gòu)框架的建筑在建項(xiàng)目施工過(guò)程中出現(xiàn)部分鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料、防火涂料出現(xiàn)大面積脫落的現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)分析，可為鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕、防火涂料在鋼構(gòu)件表面的施工和維護(hù)提供工程經(jīng)驗(yàn)和后續(xù)處理思路。

1 工程概況

某工程于2020年8月份開(kāi)工，總建筑面積約80 000 m2，其中，地上面積約60 000 m2，地下面積約20 000 m2。建筑地上7層，地下2層。主體為鋼結(jié)構(gòu)框架。運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)施工前，鋼框架柱已在工廠(chǎng)完成除銹并涂裝防腐涂料，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，先在鋼柱上涂裝1道環(huán)氧云鐵防銹漆，厚度約50μm，之后再施涂1道室內(nèi)非膨脹型防火涂料，設(shè)計(jì)厚度30mm。在施工完環(huán)氧云鐵防銹漆和室內(nèi)非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料后，發(fā)生室內(nèi)鋼柱防腐涂料、防火涂料大面積脫落的情況，脫落情況如圖1所示，鋼柱表面的防腐涂料起皮脫落，防火涂料脫落。

2 試驗(yàn)

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料脫落，未脫落部分出現(xiàn)起皮，并且未脫落部分用小刀撥開(kāi)涂層，涂層內(nèi)表面和鋼材表面有油漬；按照GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》要求進(jìn)行涂層厚度檢測(cè)，防腐涂料涂層厚度為150～200μm，防火涂料涂層厚度為30 mm左右；按照GB/T 9286—2021《色漆和清漆劃格試驗(yàn)》對(duì)現(xiàn)場(chǎng)未脫落的防腐涂料進(jìn)行劃格試驗(yàn)，試驗(yàn)部位的附著力為4～5級(jí)，基本全部脫落，不符合GB 50205—2020規(guī)定的劃格試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)≤1級(jí)的要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，初步判斷涂料脫落可能是由于涂層附著力較差、涂料不相容和基層處理不規(guī)范引起的。

2.1 試驗(yàn)材料與主要儀器設(shè)備

將現(xiàn)場(chǎng)脫落的防火涂料塊狀物、未施工的原包裝室內(nèi)非膨脹型防火涂料、原包裝環(huán)氧云鐵防銹漆帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行涂料物理性能和涂料相容性試驗(yàn)。試驗(yàn)主要儀器設(shè)備見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)主要儀器設(shè)備

2.2 試驗(yàn)方法

（1）現(xiàn)場(chǎng)脫落防火涂料塊狀物粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)

從現(xiàn)場(chǎng)脫落的防火涂料塊狀物中抽取5塊試樣，按照GB 14907—2018《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》中6.4.4條進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)。

（2）未施工的原包裝室內(nèi)非膨脹型防火涂料相關(guān)試驗(yàn)

將未施工的原包裝室內(nèi)非膨脹型防火涂料按照GB 14907—2018中6.4.1～6.4.6條進(jìn)行在容器中狀態(tài)、干燥時(shí)間、初期干燥抗裂性、粘結(jié)強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、干密度試驗(yàn)。

（3）未施工的原包裝環(huán)氧云鐵防銹漆相關(guān)試驗(yàn)

將未施工的原包裝環(huán)氧云鐵防銹漆按照J(rèn)G/T 224—2007《建筑用鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料》中6.2、6.3、6.6、6.8、6.12～6.14條進(jìn)行容器中狀態(tài)、施工性、干燥時(shí)間、耐水性、附著力（劃格法）、耐彎曲性、耐沖擊性試驗(yàn)，按照GB/T 5210—2006《色漆和清漆拉開(kāi)法附著力試驗(yàn)》進(jìn)行拉開(kāi)法附著力試驗(yàn)。

（4）環(huán)氧云鐵防銹漆與室內(nèi)非膨脹型防火涂料相容性試驗(yàn)

按照設(shè)計(jì)要求的涂層厚度，根據(jù)GB/T 1727—1992《漆膜一般制備法》和GB 14907—2018的要求，在鋼板上噴涂環(huán)氧云鐵防銹漆，待其實(shí)干后，再?lài)娡渴覂?nèi)非膨脹型防火涂料，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定時(shí)間后，觀(guān)察涂層是否出現(xiàn)起泡、發(fā)皺、開(kāi)裂、溶脹等現(xiàn)象。按照GB 14907—2018中6.4.4條進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)。按照GB/T 1733—1993《漆膜耐水性測(cè)定法》中甲法的規(guī)定進(jìn)行該樣板的耐水試驗(yàn)，耐水時(shí)間為7 d，觀(guān)察并記錄該樣板表面是否出現(xiàn)變色、起皺、起泡、剝落等現(xiàn)象。

3 結(jié)果與討論

按照2.2的試驗(yàn)方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)脫落的防火涂料塊狀物粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)、未施工的原包裝室內(nèi)非膨脹型防火涂料相關(guān)試驗(yàn)、未施工的原包裝環(huán)氧云鐵防銹漆相關(guān)試驗(yàn)、環(huán)氧云鐵防銹漆與室內(nèi)非膨脹型防火涂料相容性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2～表4。經(jīng)測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)脫落的防火涂料塊狀物的粘結(jié)強(qiáng)度平均值為0.43 MPa，符合GB 14907—2018中對(duì)室內(nèi)非膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的要求。

表2 室內(nèi)非膨脹型防火涂料性能測(cè)試結(jié)果

表4 環(huán)氧云鐵防銹漆與室內(nèi)非膨脹型防火涂料的相容性試驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，該非膨脹型防火涂料的物理性能符合GB 14907—2018要求。

由表3可以看出，該環(huán)氧云鐵防銹漆的拉開(kāi)法附著力符合GB 50205—2020的要求，其他項(xiàng)目均符合JG/T 224—2007的要求。

表3 環(huán)氧云鐵防銹漆性能測(cè)試結(jié)果

本工程使用的室內(nèi)非膨脹型防火涂料的初期干燥抗裂性和粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果表明，該防火涂料具有較強(qiáng)的抗開(kāi)裂性能和較好粘結(jié)性能；干密度符合要求，表明該防火涂料不會(huì)因?yàn)樽陨碣|(zhì)量超標(biāo)的原因?qū)е峦繉用撀洹?/p>

此外，在鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料的各項(xiàng)物理性能中，附著力是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)指標(biāo)，附著力直接影響涂層的使用壽命，附著力的本質(zhì)是一種包含涂層本身內(nèi)聚力、涂膜內(nèi)應(yīng)力和涂膜與基材粘結(jié)力的一種界面作用力。在本工程中，選用環(huán)氧云鐵防銹漆作為增強(qiáng)防火涂料和鋼材附著力的中間層，從原理上來(lái)講，環(huán)氧云鐵防銹漆中的環(huán)氧樹(shù)脂含有較多的活性基團(tuán)，如羥基官能團(tuán)上的活潑氫能與鋼材表面的某些極性物質(zhì)形成共價(jià)鍵，可以增強(qiáng)環(huán)氧云鐵防銹漆涂層與鋼材表面的附著力；此外，環(huán)氧云鐵防銹漆中的云母氧化鐵呈片狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)相對(duì)于顆粒狀的其他物質(zhì)在涂料施涂過(guò)程中更易平鋪于涂層間，形成一種鱗片狀態(tài)，可阻止或延緩水分子滲入進(jìn)涂層內(nèi)部，進(jìn)而可提高涂層的附著力[4]。本工程中選用的環(huán)氧云鐵防銹漆本身的物理性能沒(méi)有問(wèn)題，2種不同試驗(yàn)方法得到的附著力結(jié)果都能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，有可能現(xiàn)場(chǎng)基材處理不當(dāng)導(dǎo)致附著力下降。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研時(shí)將未脫落的防腐涂層用小刀撥開(kāi)，涂層內(nèi)表面和鋼材表面有油漬，GB 50205—2020對(duì)鋼材表面處理情況有明確規(guī)定：涂裝前鋼材表面的除銹等級(jí)應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求并且符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。處理后的鋼材表面不應(yīng)存在油污、水、焊疤、焊渣、灰塵和毛刺等，因?yàn)榛谋砻嫣幚沓潭葘?duì)涂層附著力有很大的影響[5]，而不同的防腐涂料對(duì)除銹等級(jí)的要求也不同，根據(jù)JGJ/T 251—2011的相關(guān)規(guī)定，新建工程重要構(gòu)件的除銹等級(jí)不應(yīng)低于Sa2.5，且承重結(jié)構(gòu)一般不應(yīng)采用手工除銹[6]。通常工程上采用物理方法或化學(xué)方法來(lái)進(jìn)行鋼材的表面處理，其中，手工和動(dòng)力工具除銹（St）可以達(dá)到St2和St3級(jí)，利用鋼丸或石英砂噴射或拋射除銹（Sa）可以達(dá)到Sa1、Sa2、Sa2.5、Sa3級(jí)[7]。不同除銹方法的本質(zhì)是通過(guò)加強(qiáng)涂料與鋼材表面的浸潤(rùn)能力，使得涂料在金屬表面充分浸潤(rùn)、鋪展，進(jìn)而增強(qiáng)涂層與基材表面的附著力。而現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果顯示鋼板表面有油漬，阻礙了涂層與鋼材表面的近距離接觸，導(dǎo)致涂層附著力下降，引起涂層脫落。

此外，防火涂料對(duì)施工環(huán)境的溫濕度也有比較嚴(yán)格的要求，不宜在陰雨天施工[8]。而該工程的防腐涂料施工時(shí)，正值雨季，空氣濕度大，使得水汽滲入涂層，導(dǎo)致基材與涂層之間出現(xiàn)細(xì)微空隙，也有可能引起涂層脫落。

由表4可以看出，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的環(huán)氧云鐵防銹漆與室內(nèi)非膨脹型防火涂料的相容性試驗(yàn)未出現(xiàn)異常。同時(shí)，在進(jìn)行粘結(jié)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，是非膨脹型防火涂料的內(nèi)聚破壞，可能是環(huán)氧云鐵防銹漆中存在的羥基與非膨脹型防火涂料表面的活潑氫發(fā)生交聯(lián)、小分子助劑互相滲透，使得二者接觸面之間的化學(xué)結(jié)合和附著力變強(qiáng)。如果防火涂料與防銹漆不相容，防火涂料未浸潤(rùn)防銹漆表面，產(chǎn)生疏松結(jié)合面，在遇到外界環(huán)境變化時(shí)有可能引起結(jié)合面間的空氣收縮或膨脹，進(jìn)而導(dǎo)致防火涂層開(kāi)裂或起泡，甚至引起脫落[9]。因此，在鋼結(jié)構(gòu)防腐、防火涂料施工時(shí)，相容性的把控至關(guān)重要。此外，本工程所用的是水泥基非膨脹型防火涂料，此類(lèi)涂料對(duì)施工的要求更為嚴(yán)格，通常需要按時(shí)分道施工以防止涂料流墜、涂層空鼓或開(kāi)裂。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）在環(huán)氧云鐵防銹漆和室內(nèi)非膨脹型防火涂料物理性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求、二者相容性未出現(xiàn)問(wèn)題的情況下，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)大面積的防腐、防火涂料脫落的現(xiàn)象，可能原因是現(xiàn)場(chǎng)涂料施工前鋼構(gòu)件表面處理未達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致防腐涂層與鋼材表面附著力降低，進(jìn)而引發(fā)涂層脫落、起皮等現(xiàn)象。

（2）現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)要注意非膨脹型防火涂料的種類(lèi)，不同種類(lèi)的非膨脹型防火涂料對(duì)施工工序有不同的要求，有可能是未按照產(chǎn)品說(shuō)明進(jìn)行施工導(dǎo)致工程質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題。在確保原材料符合標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要求的前提下，鋼結(jié)構(gòu)防腐、防火涂層的高質(zhì)量施工對(duì)鋼構(gòu)件的使用壽命至關(guān)重要。

（3）環(huán)氧類(lèi)防銹漆由于其存在較多的活性官能團(tuán)，與鋼材和非膨脹型防火涂料具有較好的相容性。