薄型钢结构防火涂料施工工艺的研究
2011-07-20 11:09:19
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摘要：施工工艺条件对薄型钢结构防火涂料的使用性能和装饰性有重要影响。研究了被保护基材钢结构表面处理方法和防火涂料施工环境对涂装效果的影响，以及防火涂料的施工工艺，以期对薄型钢结构防火涂料最佳施工工艺的选择提供有价值的参考。
关键词：薄型钢结构；防火涂料；施工工艺
0.引言
1.钢结构表面处理方法研究
被保护钢基材的表面处理，是薄型钢结构水性防火涂料施工的基础工序。其目的是为涂膜与被保护钢基材表面的附着创造一个良好的条件，同时还能提高和改善涂膜性能。钢结构表面处理是整个涂装工艺取得良好效果的一个关键环节。表面处理的目的：第一，清除被涂物件表面的各种污垢，使涂层与被涂钢基材表面很好地附着，以保证涂层具有优良的性能。污垢分为无机和有机污垢两类，它们的存在不仅影响涂层外观，严重的会使涂膜成片脱落；第二，修整被保护物件表面，除去存在的缺陷，提供防火涂料施工时需要的表面粗糙度，使涂刷时有良好的附着基础。实践表明：被涂物件表面合适的粗糙度为4~6级；第三，针对被保护钢基材的不同材质采用不同的处理方法，以提高涂层的附着力和防腐蚀能力。表面处理的方法多种多样，应依据被涂钢基材表面加工后的清洁和光洁程度，污垢的种类和特性以及污染程度等来选择。属于表面净化处理的有除油、除锈、除旧漆；属于化学处理的有磷化、钝化处理。
1.1除油
去除金属工件表面的油污，可增强各种涂料的附着力。根据油污情况，选用成本低、溶解力强、毒性小和不易燃的溶剂。常用的溶剂有200#石油溶剂油、松节油、三氯乙烯、四氯乙烯、四氯化碳、二氯甲烷、三氯乙烷、三氟三氯乙烷等。
1.2除锈
彻底清除钢材表面的锈垢，以延长涂膜的使用寿命，不同的钢铁器件表面有不同的除锈标准。除锈方法主要有：
（1）手工打磨除锈，是最简单、古老的除锈方法。它能除去松动、翘起的氧化皮，疏松锈蚀及其他污物。
（2）机械除锈，借助于机械力的冲击与摩擦作用，清除钢材表面的氧化皮、锈层、旧漆层及焊渣等。其特点是操作简便，效率比手工除锈有所提高。常用的除锈设备有：钢板除锈机，钢材在一对快速转动的金属丝滚筒间通过，靠丝刷与钢材表面的快速摩擦，除去钢材表面的锈蚀层；手提式钢板除锈机，由电动机通过软轴带动钢丝轮与钢材表面摩擦而除锈；滚筒除锈机，靠滚筒转动使磨料同钢材表面相互冲击、摩擦而除锈。此外，喷砂除锈也是一种重要的除锈方式。
（3）化学除锈，通常称为酸洗，是以酸溶液促使钢材表面锈层发生化学变化并溶解在酸液中，而达到除锈目的。常用浸渍、喷射、涂覆3种处理方式。
（4）除锈剂除锈（常用络合除锈剂），既可在酸性条件下进行，也可在碱性条件下进行，前者还适合于除油、磷化等综合表面处理。
1.3表面处理对涂层性能的影响
钢基材的表面处理对涂层附着力有很大影响。涂覆水性防火涂料前，钢基材表面应达到无锈、无油、干燥和有合适的粗糙度，以便提高涂层的附着力。先用喷射除锈剂对钢基材表面除油、除锈后，再采用机械打磨和化学洗液处理两种不同的方法对钢基材表面进行处理，所得涂层性能如表1所示。
检测项目 钢刷砂纸机械打磨 化学洗液处理
粘结强度/MPa 0.45 0.25
初期干燥抗裂性 无裂纹 1条裂纹，宽度0.15mm
柔韧性/mm 1 2
硬度 2H 2H
表1表面处理对薄型钢结构防火涂料涂层性能的影响
注：硬度按GB6739—86用QHQ—A型硬度仪测定。
由表1可见：钢基材经机械打磨后，所得涂层的附着力、初期干燥抗裂性等性能比化学洗液处理方法要好。这是由于钢基材经机械打磨后增大了基材的粗糙度，使防火涂层牢牢地镶嵌在钢基材表面。
2.施工环境对涂装效果的影响
施工环境对防火涂料涂装效果有相当大的影响。一般要求施工场所环境明亮、不受日光直晒、温度和湿度合适、空气清洁、风速适宜、防火条件好。施工场所除应具备一定亮度或照明条件外，还要求避免日光直晒，在烈日下施工很易造成涂膜缺陷。大气的温湿度与涂料施工和干燥性能关系很大。实验表明：在高温、高湿情况下，防火涂料中的一些组分会慢慢发生化学反应而造成涂膜变脆而开裂脱落。一般温度在5℃以下或高于50℃，相对湿度在85%以上时，施工效果都不太理想。适宜的施工气候条件为：在施工过程和施工之后，涂膜干燥固化之前，环境温度宜在5~50℃，相对湿度不大于90%，空气应流通。若温度过低或过高，风速在5m/s（4级）以上时，都不利于防火涂料施工。不能在户外露天施工，钢构件表面或防火涂料表面有结露时不能施工；施工好的涂膜未完全固化前不能受到雨淋、雾水的影响和表面结露；每次涂刷厚度不能太厚，上道涂膜未干就进行下一次施工等都可造成涂层空鼓、开裂。空气中的尘埃对涂装效果影响特别大，必须采取防尘措施，不同涂层要求不同的防尘标准。通风效果既影响涂层质量，又影响施工场所的安全卫生。
3.施工工艺研究
施工工艺包括工艺流程、工艺条件和参数、施工方法和使用设备等。不同的被涂钢件和涂料品种，对应不同的施工工艺。
3.1刷涂法
它是使用最早、最简单的一种涂装方法，适用于涂刷任何形状的物件，绝大多数防火涂料可以用此种方法施工。刷涂法涂刷很容易渗透金属表面的细孔，可增强涂料对金属表面的附着力。缺点是生产效率低、劳动强度大，有时涂层表面留有刷痕，影响装饰性。
3.2滚筒刷涂法
滚筒是一个直径不大的空心圆柱，表面粘有合成纤维制成的长绒毛，圆柱两端装有两个垫圈，中心带孔，弯曲的手柄即由这个孔中通过。施工时先将辊子浸入漆中浸润，然后用力辊涂到所需的表面上。现在采用空压机压送涂料的辊涂装置。
3.3刮涂抹涂法
使用金属或非金属刮刀，如硬胶皮片、玻璃钢刮刀、牛角刮刀等手工抹涂各种厚浆型防火涂料和腻子。
3.4喷涂法
采用压缩空气及喷枪，使涂料雾化的施工方法。其特点是喷涂后涂膜均匀，生产效率高。缺点是有一部分涂料被挥发损耗，同时由于溶剂大量挥发，影响操作者身体健康。喷涂法包括空气喷涂法、无空气喷涂法、热喷涂法、双口喷枪喷涂法、静电喷涂法、自动喷涂法等。防火涂料一般采用空气喷涂法。空气喷涂的关键设备是喷枪。依据涂料供给方式，喷枪通常分为重力式、吸引式和压送式3种，又按喷涂能力分为小型和大型两类。小型喷枪多为重力式或吸引式，其喷嘴口径约0.5~1.8mm；大型喷枪则为压送式，也有吸引式，喷嘴口径多为1~10mm。喷嘴口径的大小决定涂料的喷出量和喷射涂料束的幅面宽度。涂料黏度高，需要工作压力大，应选大口径喷嘴；涂料黏度低，需要工作压力小，可选小口径喷嘴。空气喷涂的工作压力一般为0.3~0.6MPa。为获得光滑平整的涂层，喷涂时应注意以下几个问题。第一，施工前，首先应将涂料调至适当的黏度，根据涂料的种类、空气压力、喷嘴的大小以及物面的需要量来确定。第二，供给喷枪的空气压力一般为0.3~0.6MPa。第三，喷嘴与物面的距离，以200~300mm为宜。第四，喷出涂料流的方向应尽量垂直于物体表面。第五，为了获得均匀的涂层，操作时每一喷涂条带的边缘应当重叠在前一已喷好的条带边缘上（以重叠1/3为宜）。喷枪的移动速度应保持均匀一致，不可时快时慢。
3.5水性薄型钢结构防火涂料的施工工艺
由于水性薄型钢结构防火涂料的粒度较大、黏度较稠，因而不太适宜采用刷涂法和滚筒刷涂法，而选用喷涂、抹涂和刮涂相结合的施工工艺。薄涂型钢结构防火涂料为水性涂料，直接涂刷在钢基材表面易生锈。因此施工前首先应将钢基材表面的油污、杂质、锈迹、锈斑彻底除掉，然后先刷一道防锈底漆，目的是防止钢结构生锈，以延长使用寿命，另外可使钢结构表面与涂层之间具有良好的结合力，提高整个涂层的保护性能。涂防锈底漆紧接着施工前表面处理进行，两工序之间的间隔应尽可能缩短。正确地选择防锈底漆品种及其涂装工艺，就能起到提高涂层性能、延长涂层寿命的作用。对防锈底漆的性能要求：应与钢结构底材具有很好的附着力；本身有较好的机械强度；对底材具有良好的防腐蚀保护性能和不产生其他副作用；能为防火涂层提供良好的基础，不含能渗入上层涂膜引起弊病的组分；具有良好的涂装性、干燥性和打磨性，这点在大批量流水线生产中至关重要。薄涂型钢结构防火涂料固体含量较大，较易沉淀，使用前应充分搅匀。双组分防火涂料，要根据产品说明书上规定的比例在现场进行调配，并充分搅匀；单组分涂料也应充分搅拌。搅拌好的涂料如太稠，可加适量自来水稀释到便于施工的黏度，喷涂时以不发生流淌和下坠现象为宜。不需喷涂的设备、管道、墙面和门窗，应遮蔽保护。防火涂料一般较粗糙，宜采用重力式或喷斗式喷枪，喷嘴口径φ4~6mm，空气压力0.4~0.6MPa。一般每次喷涂厚度为3mm左右，每隔24h喷涂1次，达到所需厚度为止。必须在上一道涂料干燥后，再喷涂下一道涂料，喷涂时应确保涂层均匀平整。操作者要携带涂层测厚仪随时检测涂层厚度，并确保喷涂达到设计规定的厚度。要求涂层表面平整光滑时，应对最后一道涂层作抹平处理，以保证外表面平整。局部修补和小面积施工，可用刷涂、喷涂或辊涂法。涂层若无装饰要求，可不涂面层；若有装饰要求，可喷涂装饰面层涂料1~2道，约2mm厚。
覃文清（公安部四川消防研究所)
