郝樹林

摘 ? ?要：隨著我國對鐵路站房規(guī)模及造型新穎的追求和發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在其建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝對其是防火保護最常用的技術(shù)手段。文章以新建京張鐵路清河站為例，對防火涂料的作用機理進行了概述，剖析了鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)防火涂料脫落的主要原因，并提出鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝耐候性控制技術(shù)要點，較好地使新建清河站鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝質(zhì)量得以確保，達到了預(yù)期目標。

關(guān)鍵詞：鐵路站房;鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝;耐候性;控制技術(shù)

1 ?前言

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，新建京張鐵路清河站采用合理、創(chuàng)新手段，現(xiàn)場對厚涂型防火涂裝進行拉伸荷載力學(xué)試驗，計算防火涂裝粘結(jié)強度，以判斷防火涂裝的附著力是否滿足要求，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。

2 ?防火涂料作用機理

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（如屈服強度、彈性模量等）卻會隨溫度升高而降低，在550℃左右時降低幅度更為明顯，易喪失承重能力而發(fā)生倒塌。防火涂料經(jīng)過噴涂的方式附著于鋼結(jié)構(gòu)表面，并在鋼結(jié)構(gòu)表面形成了一層耐火隔熱的薄膜，阻滯火災(zāi)的迅速蔓延，其作用用于保護鋼構(gòu)件，從而提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限。

3 ?提高鐵路站房防火涂裝耐候性能的必要性

3.1 ?鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)體量和面積大

為了加快全面進入高鐵時代，我國涌現(xiàn)出大量的高鐵站房，新建高鐵站房大多均采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式。大型鋼結(jié)構(gòu)鐵路站房的出現(xiàn)，不僅使鐵路站房在外觀上達到了氣質(zhì)磅礴的效果，而且可極大程度地增加站房的層高、跨度和使用空間等。

3.2 ?鐵路站房防火等級要求高

鐵路站房屬于大型人員密集公共場所，客流量大，一旦發(fā)生火災(zāi)將會造成大量人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失，嚴重影響鐵路運輸秩序，因其防火等級要求高，防火涂裝的耐候性不容忽視。

3.3 ?鐵路站房防火涂裝作業(yè)環(huán)境條件相對復(fù)雜

3.3.1 ?站房結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜

為滿足鐵路站房獨特的空間形態(tài)和建筑功能需求，大跨度、大柱網(wǎng)、大懸挑的空間結(jié)構(gòu)形式越來越復(fù)雜，給鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝施工帶來一定困難。

3.3.2 ?防火涂裝多處于室外環(huán)境

鐵路站房的候車大廳、進出站雨棚和其他大跨度懸挑部分等鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝多處于室外環(huán)境，導(dǎo)致了防火涂裝的耐候性能下降，耐候性差是造成防火涂層在室外環(huán)境中脫落較嚴重的根本原因。

3.3.3 ?必要的涂裝間隔時間難以得到保障

鐵路站房建設(shè)期間，站房、站場、站前、站后工序交叉作業(yè)多，工期影響大，尤其是涉及既有線施工過渡的車站建設(shè)，因其施工困難，鋼結(jié)構(gòu)涂裝工序必要的間隔時間在施工中難以得到保障。

3.4 ?鐵路站房防火涂料脫落造成影響大

3.4.1 ?維修工作困難

由于站房鋼結(jié)構(gòu)維護人員技術(shù)力量薄弱、維修要點停電困難等諸多現(xiàn)實原因，對站房鋼結(jié)構(gòu)日常專業(yè)維護、維修工作難以實現(xiàn)。室外防火涂裝在受到風(fēng)力、雨雪、粉塵等污染侵蝕后，涂裝體系局部產(chǎn)生的開裂、脫落問題難以進行及時處理，是導(dǎo)致脫落問題惡化速度呈現(xiàn)加快趨勢的主要原因。

3.4.2 ?影響行車安全

站房、雨棚等鋼結(jié)構(gòu)防火涂層隨時間推移及惡劣氣候影響，粘結(jié)能力不斷下降，高鐵運營速度快（200km/h以上），防火涂料如遇列車振動荷載影響出現(xiàn)脫落，掉下來砸到列車擋風(fēng)玻璃，將會影響行車安全。

3.4.3 ?消防安全社會關(guān)注大

公共場所火災(zāi)頻發(fā)，人員傷亡、財產(chǎn)損失較大，消防安全問題越來越成為人們?nèi)找孀⒅氐慕裹c。鐵路站房是旅客乘降窗口，客流量大、人員密集，消防安全社會關(guān)注大。

4 ?鐵路站房鋼結(jié)構(gòu)防火涂料脫落主要原因分析

4.1 ?原材料選用不正確

防火涂料的品種多樣，鐵路站房室內(nèi)、室外不同場所采用的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料品種大不相同，施工中容易混淆，錯誤選用會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝不能合理發(fā)揮其作用，耐候性降低，極易造成防火涂料脫落。

4.2 ?涂層間相容性不符

防火涂料與防腐涂料不配套，選用不當易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，致使涂裝之后涂層不能更好地粘合在一起，易剝離。涂裝之后不僅沒有起到防火作用，反而加速了鋼結(jié)構(gòu)腐蝕，短時間內(nèi)大量的銹跡透過涂層表面產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，致使防火涂料產(chǎn)生脫落。

4.3 ?工序處理不得當

4.3.1 ?鋼構(gòu)件表面清理

鋼構(gòu)件表面清理是防腐涂裝工程的基礎(chǔ)，是涂裝施工中極為重要的一個環(huán)節(jié)。防腐涂裝前，鋼構(gòu)件表面的水漬、油污和灰塵等雜物未進行清理或清理不徹底，會影響防腐涂料同鋼構(gòu)件表面的粘結(jié)力，從而影響整個涂層的強度和粘結(jié)力，出現(xiàn)防火涂料脫落。

4.3.2 ?打磨除銹及防腐處理

鋼構(gòu)件廠制焊縫、現(xiàn)場焊接部位打磨除銹及防腐處理不到位，時間久了，鋼構(gòu)件表面生銹，嚴重影響涂層的附著力，防火涂料隨之就會產(chǎn)生開裂，甚至造成脫落現(xiàn)象。

4.3.3 ?涂層涂刷間隔時間

防火涂料前一層涂膜未干燥后，又涂刷下一層防火涂料，從而使兩層防火涂料混合，不能“各負其責(zé)”起到更好的保護作用，造成防火涂料開裂、脫落。

4.3.4 ?防火涂料涂層厚度

（1）防火涂層厚度達不到設(shè)計要求，造成防火涂料的涂層防火性能不穩(wěn)定，從而使鋼構(gòu)件不能達到相應(yīng)的耐火極限。作業(yè)人員存在偷工減料、構(gòu)件邊角不易涂刷，存在漏涂或者少涂以及涂層厚度過厚，均會引起防火涂料出現(xiàn)脫落。

（2）防火涂層的總厚度滿足設(shè)計要求，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)護時間內(nèi)達不到強度要求，從而產(chǎn)生防火涂料脫落。

4.4 ?施工環(huán)境條件不滿足

對于涂裝效果來說，施工環(huán)境與其密切相關(guān)。當涂裝施工時的環(huán)境溫度、相對濕度、鋼構(gòu)件表面溫度等幾個方面沒有達到涂裝環(huán)境條件要求，鋼構(gòu)件表面、防火涂料表面產(chǎn)生結(jié)露，其附著力大大下降，均會出現(xiàn)防火涂料開裂、脫落等現(xiàn)象發(fā)生。

4.5 ?養(yǎng)護及成品保護措施不合理

防火涂料未得到充分干燥固化前遭受大風(fēng)吹拂、雨水沖淋、陽光暴曬，造成防火涂料強度達不到，出現(xiàn)開裂、掉渣。防火涂料施工完成后，成品保護措施不合理，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，引起鋼構(gòu)件銹蝕，最終造成防火涂料脫落。

4.6 ?粘結(jié)強度急劇下降

由于鐵路站房處于露天或半露天環(huán)境中，夏季陽光照射強烈，冬季天干風(fēng)大，陽光、大氣、風(fēng)雪、雨水等常年的日曬雨淋氣候會造成鋼構(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)件表面擴張和收縮，防火涂層粘結(jié)強度、耐候性能急劇下降，從而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)防火涂料出現(xiàn)脫落。

5 ?新建京張鐵路清河站鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝應(yīng)用概況

北京至張家口高速鐵路，是京津冀協(xié)同發(fā)展軌道交通網(wǎng)的重要組成，是推動我國高鐵技術(shù)創(chuàng)新的標志性工程。清河站是該線路上重要的交通樞紐站之一，也是冬奧會始發(fā)站，集高鐵、地鐵旅客乘降功能于一體，是展示京張高鐵建設(shè)品質(zhì)的首要窗口。

5.1 ?工程特征分析

5.1.1 ?工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜

建清河站鋼結(jié)構(gòu)由主體站房區(qū)、站房南側(cè)高架落客平臺區(qū)、站房北側(cè)高架落客平臺區(qū)和站臺雨棚四部分組成。

5.1.2 ?鋼構(gòu)件種類多

新建清河站鋼結(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)計要求及施工工藝不同。

5.1.3 ?防火涂料類型多，耐火極限不同

新建清河站防火涂料設(shè)計類型包括薄型超薄型和厚型三種防火涂料，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)計耐火極限均采用不低于2h的厚涂型防火涂料，且所占施工比重大。

5.1.4 ?交叉作業(yè)多

由于新建清河站建設(shè)期間現(xiàn)場站房、站場、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)境相對非鐵路鋼結(jié)構(gòu)工程受影響干擾多。

5.2 ?防火涂裝設(shè)計概況

5.2.1 ?超薄型防火涂料

底漆環(huán)氧富鋅80μm，中間漆環(huán)氧云鐵150μm，環(huán)氧封閉漆30μm，耐火極限≥1.0h。

5.2.2 ?薄型防火涂料

底漆環(huán)氧富鋅80μm，中間漆環(huán)氧云鐵150μm，環(huán)氧封閉漆30μm，耐火極限≥1.5h。

5.2.3 ?厚型防火涂料

底漆環(huán)氧富鋅80μm，中間漆環(huán)氧云鐵150μm，環(huán)氧封閉漆30μm，耐火極限≥2.0h。

6 ?新建京張鐵路清河站鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝耐候性控制技術(shù)

6.1 ?原材料控制

（1）防火涂料在進場使用前，檢查其制造廠家的相關(guān)資料，其中最重要的有四個：一是生產(chǎn)許可證明文件，二是型式檢驗報告，三是產(chǎn)品合格證明文件，四是產(chǎn)品說明書，并確認防火涂料的型號、顏色與質(zhì)量證明文件及設(shè)計依據(jù)相符，且在有效的使用期內(nèi)。

（2）檢查防火涂料的外觀質(zhì)量、現(xiàn)場存儲情況。針對本工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鋼構(gòu)件種類及防火涂料類型多等特點，按規(guī)定批次和數(shù)量，對其粘結(jié)強度和抗壓強度進行現(xiàn)場抽樣檢測。

（3）使用噴燈等強火對防火涂裝構(gòu)件樣板進行灼燒，短時間內(nèi)構(gòu)件樣板不能出現(xiàn)灼傷。

6.2 ?工序質(zhì)量控制

涂裝質(zhì)量對其裝飾以及應(yīng)用有著重要的作用。涂裝質(zhì)量主要取決于兩個方面：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使良好的涂裝效果形成，但是質(zhì)量好的防火涂料倘若施工不適宜，必然不會有良好的防火作用。對于施工工藝來說，其與防火涂料的性能發(fā)揮密切相關(guān)，必須嚴格控制各道工序質(zhì)量。

6.2.1 ?鋼構(gòu)件表面清理

鋼構(gòu)件在加工儲運和安裝過程中易在其表面產(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)的存在會導(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。其目的就是為鋼構(gòu)件與防腐涂裝粘結(jié)創(chuàng)設(shè)條件，從而發(fā)揮防火涂料性能。

（1）徹底清除鋼構(gòu)件表面所附著的如灰塵、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）對鋼構(gòu)件表面進行修整，將外觀不足進行去除，使防腐涂料與鋼構(gòu)件有良好的附著力。

6.2.2 ?打磨除銹及防腐處理

該道工序能清除鋼構(gòu)件表面銹垢，同時避免鋼構(gòu)件產(chǎn)生銹蝕，以延長防火涂料的使用壽命。本工程現(xiàn)場焊接部位打磨處理完成后，均對每道焊縫的打磨除銹情況進行驗收，建立驗收登記臺賬，留存影像資料，并在鋼構(gòu)件表面處理完成后的4h內(nèi)進行防腐底漆涂裝。

6.2.3 ?涂層涂刷間隔時間

防火涂料應(yīng)分層涂刷，結(jié)合防火涂料品種特性確定涂刷遍數(shù)和涂刷間隔時間。第一遍防火涂料干燥率和強度達到95%以上時（前后道涂刷間隔控制在24h左右為宜），用手摳一下，看是否牢固再進行第二遍涂裝。

6.2.4 ?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)計類型及型式檢驗報告，分別確定不同區(qū)域、不同構(gòu)件、不同防火涂層厚度，作為檢查驗收依據(jù)?？紤]A區(qū)站房候車層和候車大廳旅客量大、人流多，設(shè)計耐火極限均采用不低于2h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報告并參考相關(guān)規(guī)范，對厚涂型防火涂料施工加強了管控力度。待噴防火涂層厚度參考如下計算公式：

T1=[W2/D2W1/D1]×T2×K

式中：

T1——待噴防火涂層厚度，mm;

T2——標準試驗時的涂層厚度，mm;

W1——待噴鋼梁重量，kg/m;

W2——標準試驗時的鋼梁重量，kg/m;

D1——待噴鋼梁防火涂層接觸面周長，mm;

D2——標準試驗時鋼梁防火涂層接觸面周長，mm;

K——系數(shù)，對鋼梁，K=1;對相應(yīng)樓層鋼柱的涂層厚度，宜乘以系數(shù)K，設(shè)K=1.25。

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

（3）防火涂層應(yīng)粘結(jié)牢固地附著于防腐涂層，表面不能出現(xiàn)空鼓、脫層等情況;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;對于厚型防火涂層，裂縫寬度不應(yīng)大于1mm。

6.3 ?涂層間相容性控制

選用的防火涂料不應(yīng)對鋼結(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)。新建清河站對抽取A區(qū)站房的鋼柱、鋼梁做涂層樣板試件，驗收查看涂層間的相容性、觀感質(zhì)量效果等，樣板質(zhì)量確認合格后，大面積施工得以開展。

6.4 ?環(huán)境條件控制

本工程重點把控涂裝作業(yè)是否滿足環(huán)境條件要求，尤其是低溫季節(jié)，每日溫度起伏較大，對涂裝環(huán)境溫度、相對濕度、構(gòu)件表面溫度進行動態(tài)量測，換算露點溫度，做到環(huán)境條件不具備不得施工。

表1 ?露點溫度表

防火涂裝環(huán)境溫度宜保持在5℃～38℃之間，相對濕度≤80%，鋼構(gòu)件表面溫度應(yīng)高于露點溫度3℃以上。例如：測得環(huán)境溫度為15℃，相對濕度為65%，從上表中可查出露點溫度為8.6℃，則鋼構(gòu)件表面溫度應(yīng)在8.6+3=11.6℃以上時，才能施工。

6.5 ?養(yǎng)護及成品保護控制

（1）在防火涂裝施工結(jié)束，及時做好防火涂層的養(yǎng)護工作，尤其是剛噴涂好的涂層避免遭受雨水沖淋、強烈陽光直射。

（2）空氣中的塵埃對鋼結(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)件涂裝后在24h之內(nèi)如遇大風(fēng)時應(yīng)采取防塵措施加以覆蓋，防止沾染灰塵，從而避免影響涂層的附著力和裝飾觀感質(zhì)量。

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

6.6 ?拉伸荷載試驗的創(chuàng)新

在防火涂料原材經(jīng)第三方實驗室檢測復(fù)試合格的基礎(chǔ)上，嚴格卡控防火涂層粘結(jié)能力的現(xiàn)場驗證。新建清河站采用合理、創(chuàng)新手段，現(xiàn)場對厚涂型防火涂裝進行拉伸荷載力學(xué)試驗（注：粘結(jié)強度試驗，一般都是在第三方檢測機構(gòu)實驗室內(nèi)對涂裝試件檢測），計算防火涂裝粘結(jié)強度，以判斷防火涂裝的附著力是否滿足要求，為現(xiàn)場防火涂裝作業(yè)質(zhì)量控制提供理論依據(jù)。

圖1 ?現(xiàn)場進行拉伸荷載試驗

已知防火涂料復(fù)試性能指標要求：厚涂型防火涂料粘結(jié)強度≥0.04MPa。

1Pa=1N/m2

1MPa=106Pa=106N/m2

0.04MPa=4×104N/m2

每一試件粘結(jié)強度計算公式：

fb=F/A

式中：

fb——粘結(jié)強度，MPa;

F——最大拉伸荷載，N;

A——粘結(jié)面積，m2。

現(xiàn)場試件直徑d為5cm，半徑r=2.5cm，

面積A=πr2=3.14×2.52cm=19.625cm2=19.625×10-4㎡

最大拉伸荷載F應(yīng)滿足4×104N/㎡×19.625×10-4㎡=78.5N

現(xiàn)場實測厚涂型防火涂裝拉伸荷載為0.549kN=549N>78.5N

經(jīng)現(xiàn)場拉伸荷載試驗，已完厚涂型防火涂裝粘結(jié)強度滿足相關(guān)技術(shù)標準和性能檢測報告粘結(jié)強度要求。

7 ?結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)防火涂裝的耐候性直接影響鐵路站房的防火性能和使用要求。新建京張鐵路清河站采取有效的工序質(zhì)量監(jiān)控措施，運用合理、創(chuàng)新的監(jiān)管手段，嚴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，對類似工程具有一定的借鑒意義。