鐵路站房鋼結構防火涂裝質量控制關鍵技術

肖波

（中國鐵路北京局集團有限公司 北京工程項目管理部，北京 100038）

0 引言

近年來，鐵路站房鋼結構防火涂料脫落問題較多，隨著防火安全意識提高，鐵路站房鋼結構防火涂裝質量控制越來越重要［1］。鋼結構防火涂裝具有工序復雜、施工過程控制因素多、內在質量及觀感效果要求高等特點，新建京張高鐵清河站采用合理、創新手段，現場對厚涂型防火涂裝進行拉伸荷載力學試驗，計算防火涂裝粘結強度，以判斷防火涂裝的附著力是否滿足設計要求，為提高鋼結構防火涂裝的耐候性提供了理論依據，取得了良好效果。

1 鋼結構防火涂料作用機理

鋼結構雖然是不燃材料，但在火災高溫的作用下，其力學性能（如屈服強度、彈性模量等）會隨溫度升高而降低，在約550℃時降低幅度更明顯，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構表面，并在鋼結構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，還具有較低的導熱系數，可以延遲火焰溫度向被保護基材傳遞，受熱分解出不燃惰性氣體，沖淡被保護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的迅速蔓延，保護鋼構件，從而提高鋼結構的耐火極限［2］。

2 鋼結構防火涂裝質量控制必要性

2.1 鋼結構體量和面積大

新建高鐵站房大多采用大跨度鋼結構形式，增加了站房的層高、跨度和使用空間等。

2.2 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（見表1），一旦發生火災將造成大量人員傷亡和經濟財產損失，嚴重影響鐵路運輸秩序，因此防火等級要求高。

表1 2018年部分車站日均客流量統計 萬人

2.3 防火涂料脫落影響大

（1）影響站房美觀性。由于站房鋼結構維護人員技術力量薄弱、維修要點停電困難等一些現實原因，站房鋼結構日常專業維護、維修工作難以按時展開。室外防火涂裝體在受到大風、雨雪、粉塵等污染侵蝕后，涂裝體局部產生的開裂、脫落問題難以及時處理，導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、雨棚等鋼結構防火涂層隨時間推移及惡劣氣候影響，粘結能力不斷下降，高鐵運營速度快（200 km/h以上），防火涂料如遇列車振動荷載影響出現脫落，砸到列車擋風玻璃時，會影響行車安全。

（3）消防安全社會關注大。公共場所火災頻發，人員傷亡、財產損失較大，消防安全問題越來越被關注。鐵路站房是旅客乘降窗口，客流量大、人員密集，消防安全社會關注大。

3 鋼結構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、室外不同場所采用的鋼結構防火涂料品種不同，施工中容易混淆，錯誤選用會導致鋼結構防火涂裝不能合理發揮作用，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易發生化學反應，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，反而加速了鋼結構腐蝕，短時間內大量的銹跡透過涂層表面產生銹蝕現象，致使防火涂料脫落［3］。

3.3 工序處理不當

3.3.1 鋼構件表面清理不徹底

鋼構件表面清理是防火涂裝工程的基礎，是涂裝施工中極重要的一個環節。防火涂裝前，鋼構件表面的水漬、油污和灰塵等雜物未進行清理或清理不徹底，會影響涂料與鋼構件表面的粘結力，進而影響整個涂層的強度和粘結力，出現防火涂料脫落。

3.3.2 打磨除銹及防腐處理不到位

鋼構件廠制焊縫、現場焊接部位打磨除銹及防腐處理不到位時，鋼構件表面易生銹，嚴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 涂層涂刷間隔時間短

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

3.3.4 防火涂料涂層厚度達不到要求

（1）防火涂層厚度達不到設計要求時，易造成防火涂層性能不穩定，使鋼構件不能達到相應的耐火極限。作業人員存在偷工減料、構件邊角不涂刷、漏涂或者少涂以及涂層厚度過厚，均會引起防火涂料脫落。

（2）防火涂層的總厚度滿足設計要求，但每層涂層的均勻連續性差，造成局部涂層過厚，在同樣養護時間內達不到強度要求時，防火涂料易脫落。

3.4 施工環境條件不滿足

當涂裝施工時的環境溫度、相對濕度、鋼構件表面溫度等方面沒有達到涂裝環境條件要求時，鋼構件表面、防火涂料表面產生結露，涂料附著力大大下降，防火涂料均會開裂、脫落。

3.5 養護及成品保護措施不合理

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

3.6 粘結強度急劇下降

由于鐵路站房處于露天或半露天環境中，夏季陽光照射強烈，冬季天干風大，陽光、大氣、風雪、雨水等易造成鋼構件表面腐蝕；其次，季節交替產生的溫度變化也容易造成鋼構件表面擴張和收縮，防火涂層粘結強度、耐候性能急劇下降，進而導致鋼結構防火涂料脫落。

4 鋼結構防火涂裝應用

京張高鐵是京津冀協同發展軌道交通網的重要組成，是推動我國高鐵技術創新的標志性工程。清河站是該線路上重要的交通樞紐站之一，也是冬奧會始發站，是展示京張高鐵建設品質的窗口。

4.1 工程特征

（1）工程結構復雜。清河站鋼結構由主體站房區（A區）、站房南側高架落客平臺區（B1區）、站房北側高架落客平臺區（C1區）和站臺雨棚（C4區）4個部分組成。鋼結構整體軸測示意見圖1。

圖1 鋼結構整體軸測示意圖

（2）鋼構件種類多。清河站鋼結構有桁架、鋼梁、鋼柱、系桿、隅撐、鋼檁、鋼樓梯、花紋板、槽鋼等多種鋼構件，不同區域、不同部位構件的防火涂裝設計要求及施工工藝不同。

（3）防火涂料類型多，耐火極限不同。清河站防火涂料設計類型包括薄型、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區站房候車層和候車大廳旅客量大、人流多，設計耐火極限時間均采用不低于2 h的厚涂型防火涂料，且所占施工比重大。

（4）交叉作業多。由于清河站建設期間現場站房、站場、站前、站后的施工涉及專業多、交叉施工作業多、各單位間的施工界面多等原因，導致防火涂裝作業環境相對非鐵路鋼結構工程受影響干擾多。

4.2 防火涂裝設計概況

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

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

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

5 鋼結構防火涂裝質量控制關鍵技術

新建京張高鐵清河站鋼結構防火涂裝質量控制的關鍵技術是防火涂裝耐候性控制（見圖2）。

圖2 鋼結構防火涂裝耐候性控制內容

5.1 原材料控制

（1）防火涂料在進場使用前，應檢查制造廠家的相關資料，其中最重要的資料有4個：一是生產許可證明文件，二是型式檢驗報告，三是產品合格證明文件，四是產品說明書。并確認防火涂料的型號、顏色與質量證明文件及設計依據是否相符，是否在有效的使用期內。

（2）檢查防火涂料的外觀質量、現場存儲情況。針對工程結構復雜、鋼構件種類及防火涂料類型多等特點，按規定批次和數量，對其粘結強度和抗壓強度進行現場抽樣檢測。

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

5.2 工序質量控制

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

5.2.1 鋼構件表面清理

鋼構件在加工儲運和安裝過程中易在表面產生附著物，特別是雜物碎屑、灰塵及氧化皮屑等，這些表面雜質會導致防腐涂層的附著性能下降，因此鋼構件表面清理是涂裝前的基本工序。

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

（2）修整鋼構件表面，使防腐涂料與鋼構件有良好的附著力。

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件表面銹垢，同時避免鋼構件產生銹蝕，以延長防火涂料的使用壽命。工程現場焊接部位打磨處理完成后，驗收每道焊縫的打磨除銹工序、建立驗收登記臺賬、留存影像資料，并在鋼構件表面處理完成后的4 h內進行防腐底漆涂裝可保證工程涂裝質量。

5.2.3 涂層涂刷間隔時間

防火涂料應分層（遍）涂刷，結合防火涂料品種特性確定涂刷遍數和涂刷間隔時間。清河站鋼結構防火涂料分2遍涂刷，第1遍防火涂料干燥率和強度達到95%以上時（前后道涂刷間隔應控制在24 h左右），再進行第2遍涂裝［5］。

5.2.4 涂層厚度及觀感質量

（1）根據新建清河站防火涂料的設計類型及型式檢驗報告，分別確定不同區域、不同構件、不同防火涂層厚度，作為檢查驗收依據。考慮A區站房候車層和候車大廳旅客量大、人流多，設計耐火極限時間均采用不低于2 h的厚涂型防火涂料，且所占施工比重大，結合厚涂型防火涂料型式檢驗報告并參考相關規范，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式（1）：

式中：T1為待噴防火涂層厚度，mm；T2為標準試驗時的涂層厚度，mm；W1為待噴鋼梁質量，kg/m；W2為標準試驗時的鋼梁質量，kg/m；D1為待噴鋼梁防火涂層接觸面周長，mm；D2為標準試驗時鋼梁防火涂層接觸面周長，mm；K為系數，對于鋼梁，K＝1，對于相應樓層鋼柱的涂層厚度，K＝1.25［6］。

（2）因工序多、區域廣、結構復雜等工程特點，極易造成漏檢漏驗，根據工程防火涂裝設計要求，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，保證鋼構件的防火涂裝全部納入驗收范圍。

（3）防火涂層應牢固地粘結于防腐涂層，表面不能出現空鼓、脫層等現象；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；對于厚型防火涂層，裂縫寬度不應大于1 mm。

5.3 涂層間相容性控制

選用的防火涂料不應對鋼結構有腐蝕作用，且防火涂料和防腐涂料之間不應發生化學反應。抽取站房的鋼柱、鋼梁等做涂層樣板試件，驗收查看涂層間的相容性、觀感質量效果等，樣板質量確認合格后，開展大面積施工。

5.4 環境條件控制

重點把控涂裝作業環境是否滿足要求，尤其是低溫季節，每日溫度變化較大，對涂裝環境溫度、相對濕度、構件表面溫度進行動態量測，換算露點溫度，環境條件不滿足要求時不能施工。露點溫度見表2。

表2 露點溫度表 ℃

防火涂裝環境溫度應在5～38℃，相對濕度≤80%，鋼構件表面溫度應高于露點溫度3℃以上。例如：環境溫度為15℃，相對濕度為65%，從表2中可查出露點溫度為8.6℃，則鋼構件表面溫度應在（8.6+3）℃=11.6℃以上時，才能施工［7］。

5.5 養護及成品保護控制

（1）防火涂裝施工結束后，及時做好防火涂層的養護工作，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構防火涂裝的粘結性能、裝飾效果影響也很大，鋼構件涂裝后24 h之內如遇大風時，應采取防塵措施，避免灰塵影響涂層的附著力和裝飾觀感質量。

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

5.6 拉伸荷載試驗創新

在防火涂料原材料經第三方實驗室檢測復試合格的基礎上，嚴格卡控防火涂層粘結能力的現場驗證。在清河站采用合理、創新手段，現場對厚涂型防火涂裝進行拉伸荷載力學試驗（粘結強度試驗是在第三方檢測機構實驗室內對涂裝試件檢測，僅對厚涂型防火涂料進行拉伸荷載力學試驗，拉伸荷載力學試驗適用于任何類型防火涂料的拉伸試驗），計算防火涂裝粘結強度，以判斷防火涂裝的附著力是否滿足要求，為現場防火涂裝作業質量控制提供理論依據?，F場進行拉伸荷載力學試驗見圖3。

圖3 現場進行拉伸荷載力學試驗

已知防火涂料復試性能指標要求為：厚涂型防火涂料粘結強度≥0.04 MPa（4×104N/m2）。

每一試件粘結強度計算公式為：

式中：fb為粘結強度，MPa；F為最大拉伸荷載，N；A為粘結面積，m2。

現場試件半徑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應滿足4×104N/m2×19.625×10-4m2=78.5 N，現場實測厚涂型防火涂裝拉伸荷載為0.549 kN=549 N＞78.5 N。經現場拉伸荷載試驗，厚涂型防火涂裝粘結強度滿足相關技術標準和性能檢測報告粘結強度要求。

6 結束語

鋼結構防火涂裝的耐候性直接影響鐵路站房鋼結構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量監控措施，運用合理、創新的監管手段，嚴格把控了防火涂裝質量，保證了鋼結構體系的防火性和裝飾性，從而提高了站房鋼結構防火涂裝的耐候性，可為類似工程提供參考。