海洋石油钢结构膨胀型防火涂料施工工艺标准化_涂料助剂_有机锡应用

海洋石油钢结构膨胀型防火涂料施工工艺标准化

李长龙1 ，沈菲2(1.海洋工程(青岛)有限公司设计部，山东青岛266520；2.青岛黄海学院,山东青岛266427)

0 引言

近年来，在海洋石油平台中，防火涂料应用范围越来越广，被动防火的概念也逐步普及，即应用绝缘系统材料阻止火灾的热源快速传递到被保护钢结构，避免钢结构过早的强度疲劳而产生倒塌，保证钢结构的强度，从而使人员和设备在规定的时间内撤离和转移。根据海洋平台的特点，对绝缘材料的需要是更轻更薄，因此双组分膨胀型防火涂料为材料。我公司经过LW3-1、gorgon、Ichthys 等项目近4 万m2的膨胀型防火涂料施工经验总结，逐步对这类材料的施工工艺过程进行了标准化。

1 术语

1.1 膨胀型防火涂料

主要成分为基料、脱水成碳剂、发泡剂、阻燃剂等，当暴露在火焰和热辐射中时，涂层表面会熔融、起泡、隆起，形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状碳质泡沫隔热层，并释放出不燃性气体。这种膨胀的海绵状隔热层厚度往往是原来涂层厚度的几十倍甚至上百倍，能很好的隔绝火焰和热量的传导，起到良好的防火保护作用，是目前海洋油气平台领域使用广的一种防火涂料。

1.2 外延（背涂层）

外延，是指不需要涂装防火漆的结构如果与涂装防火漆的结构相连接，基于增强防火设计性能的考虑，需要在这些连接部位的本来不需要涂装防火漆的结构上所需要涂装的一部分额外的防火区域。除设计中有特殊需要之外，通常认为这部分外延区域是从连接点算起至少延伸450 mm，如图1、图2 所示。

一般建议以下情况可以考虑做外延：

(1) 结构长度> 1 m的部位;

(2) 接触面积> 1 m2的部位；

(3) 横截面积> 3 000 mm2的部位。

1.3 脱脂

使用有机溶剂清除钢铁表面可见的油、脂或可溶性污染物。

2 涂层系统组成

膨胀型防火涂料一般由连接底涂、防火涂料、加强网、面涂组成。

2.1 连接底涂

施工于表面处理后的钢材表面上，可以更好地增强防火涂料涂层与钢铁表面的附着力，并可以防止表面处理后钢铁表面闪锈的出现。常用底涂为环氧底涂、环氧富锌底涂。

2.2面涂

施工于防火涂料上，用于满足色彩设计与装饰要求，面漆具有抗紫外线分解作用，降低紫外线对防火涂料影响。

2.3 加强网

当防火涂料涂层厚度达到5cm或根据防火涂料防火测试认证证书要求，在防火涂料涂层内部铺设安装加强网，是为了确保膨胀型防火涂层在遭遇火灾后，通过化学反应而膨胀生成的焦化层在高温下能在规定的时间内始终保持足够的牢固度和完整性，因而持续发挥其应有的耐火隔热性能。常用加强网包括金属网(镀锌网、不锈钢网)和非金属网(碳纤维网、玻璃纤维网)。

3 表面处理

3.1 基本要求

在表面处理开始前，所有的加工和装配等操作应尽量完成。所有焊缝区域及其附属物应予以特别关注，清除焊缝区域的熔渣、焊接飞溅、焊瘤、起皮等。在喷砂处理之前应完成螺栓孔的钻孔工作，并打磨光滑；粗糙的边角应当磨圆(半径≥2 mm)。喷砂及检验后，所有残留的磨料和灰尘必须使用压缩空气吹扫，压缩空气必须干燥、不含油和水。

3.2 环境要求

空气温度≥10 ℃ ；相对湿度≤85%；待喷砂表面温度至少高于露点温度3 ℃。

3.3 喷砂清理

用于喷砂的压缩空气应无油、无水。除非另有规定，所有钢铁表面将按照SSPC SP 10 在制造现场清理达到“近白级”金属表面。表面处理后喷涂之前，表面上所有的油、脂类、灰尘或外来污染沉积物应完全清除。喷砂作业操作应当远离喷涂施工区，使涂装表面保持清洁。

3.4 动力工具清理

不能采用喷砂的区域，小面积区域(如焊缝和局部小于1m2修补区域)，一般可按ISO 8501 标准的规定使用动力钢丝刷清理至ST3 (或SSPC-SP3)标准。动力工具清理区域与涂装好的区域相接时，与该区域毗邻的25 mm范围内的涂层应进行拉毛处理。

3.5 连接底涂施工

全面喷涂施工连接底涂前，应对焊缝、自由边、角落或喷涂难以达到的部位进行预涂。预涂时注意避免流挂或涂料堆积，以免涂层开裂。预涂后进行底涂喷涂施工至规定膜厚。

4 防火涂料施工

4.1 施工资质

防火涂料施工为特种施工，施工人员必需经过相应防火涂料制造商的培训并取得防火涂料施工资质后持证上岗操作。

4.2 环境要求

施工期间，以及施工后24 h之内，施工周围环境及钢构件温度均应保持在5 ℃以上为宜。若不能满足此温度条件时，应另采取其他特殊措施，防止涂层受冻；相对湿度应≤85%，钢基体表面温度至少高于露点温度3 ℃；当风速> 5 m/s，或雨天和构件表面有结露时，不可作业。

4.3 防火涂料的预热

在进行施工前的至少24 h 之内，建议将主剂和固化剂分别预加热，并保持在30～40 ℃。在此温度下储存防火涂料的目的是为了降低黏度，利于后续施工。

4.4 双组分喷涂设备涂覆施工

双组分喷涂设备施工具有无需预搅拌两个组分、无需添加稀释剂、施工效率高的优点，是大面积施工(超过100 m2)施工方法。无溶剂喷涂可以缩短固化时间，提高防火涂料施工的总效率和质量。施工前应完成对施工人员的操作培训，务必要指定专人负责喷涂泵操作；应提供足够的喷涂区域以及足够跟上喷枪速度的人力，频繁关闭喷涂机将会造成时间和涂料的浪费，并导致料管和喷枪内的压力增大，从而引发安全隐患。当施工空间较为狭小通讯不便时，混合器控制人员、喷涂泵操作人员和喷涂人员要佩戴对讲机，以便需要停枪作业时间超过混合使用寿命时，及时将混合器前端的涂料喷出。

4.5 温度保持

在寒冷条件下进行喷涂时，喷涂泵应放置在一个加热区，软管应绝热保温，应经常检查周围环境温度参数，并使之保持在涂料说明书要求的范围内。一般的双组分喷涂泵采用循环热水对涂料进行加热，因此应在喷涂作业前3～4 h打开喷涂设备的加热循环系统。在高温条件下，喷涂设备与防火涂料必须放置在备有空调装置的环境中。软管应绝热保温，并用热反射胶带缠绕；在极端高温环境中，还必须使软管高于地面。工作面周围邻近区域还需要空调系统并提供合适的遮盖，以防止底材处于高温下。

4.6 检查质量混合比

施工前对喷涂泵进行检查清洁，尤其要调节检测喷涂泵的AB组分混合比例是否满足防火涂料的比例要求，打开取样阀，将取出样品称质量，若AB两个组分质量比满足说明书要求，可以进行施工；如质量比不能达到要求，应调节进料比，直至达到要求，方可施工。在每天生产开始时至少进行一次质量比检查，并在机器因某种原因而停机时间超过1 h 并重新启动后，再次进行检查。

应采用以下程序进行质量比检查：

a)称量盛放A组分与B组分的干净空容器，记录下其各自的质量；

b)将容器放在位于搅拌组件上的比例检查阀的下面，同时打开这些阀门；

c)当容器装料至不少于一半时，同时关闭这些阀门；

d)通过减去容器的质量，获得每个组分的净重；

e)计算A组分与B组分的比例。

4.7 手工涂覆/镘涂

当一组涂料搅拌均匀后，可直接从涂料桶中取出涂料进行涂覆，也可将涂料摊铺在干净的平板或表面上供施工人员使用，这样可防止涂料过快固化，使其具有足够长的使用寿命。如果镘涂，则用有机溶剂润湿的短毛辊筒滚平镘刀痕迹和高点。辊涂的真正目的是获得均匀的涂层厚度，这样可使后续涂层均匀叠加，终获得符合标准的漆膜厚度，当需要时，辊涂还可用于形成光滑的表面。

4.8 加强网的施工
搭接相邻的网片，搭接宽度至少为50 mm，对于喷射火焰应用区域，必须搭接至少150 mm；在涂层边缘加强网应在距边缘50 mm处终止；对于少量网子外露需进行修剪并使用防火涂料进行覆盖修补平整；大量加强网外露将导致网子失效，应进行清除该区域防火涂料，并重新按照要求施工。

(1) 非金属网安装

在开始施工前，先将加强网切割至所需的尺寸。将加强网铺放在防火涂料的湿膜中，约位于湿膜厚度中央的位置。采用以稀释剂略微润湿的短毛辊筒，将加强网充分辊辗至防火涂料湿膜内。

(2) 金属网的安装

在涂装开始前，按照工程型材尺寸，将网预先裁剪成所需要的尺寸。在需覆盖加强网的构件表面，使其形状贴合在构将表面，并安装在底涂表面。为增加金属网的机械强度，根据需要可以使用碰钉将金属网固定在钢铁上，此工序应在在表面喷砂处理前进行。打磨焊接碰钉区域，打磨后焊接碰钉，焊接后将碰钉弯曲45°，然后扳直，检验碰钉牢固性，如碰钉掉落，应重新打磨底材后焊接碰钉。所有的金属网都需要使用碰钉固定到基体上，不允许使用粘结固定。对于用在中空截面的金属网，不用钉子的地方，金属网需要绑在一起，可以使用金属丝绑定，然而绑定点之间的距离不能超过150 mm。碰钉需要是长25～38 mm，直径3 mm；在防火涂层厚度< 7 mm的地方，要使用直径2 mm的钉子。碰钉中心间的距离不应超过300 mm。

由于防火涂料厚度的原因，有可能在涂层表面看到金属网和碰钉的轮廓，虽然不利于美观，但只要达到规定干膜厚度，不会影响防火涂料防火性能。

4.9 施工中注意事项

喷涂防火涂料前保证连接底涂的漆膜厚度和固化时间应满足涂料说明书要求。

严格按照涂料说明书中的大敷涂间隔和小敷涂间隔施工。当要涂覆后续涂层时，必须给已涂覆的防火涂料涂层留有足够的凝固时间(遵循产品说明书)，以支撑后续涂料的质量，如果防火涂料未充分固化，则可能出现流挂、塌陷或开裂。

不允许对防火涂料容器采用快速加热法，如电加热器直接接触容器或热水浴。此类方法可造成容器内涂料外层过热，而使其性能产生不良变化(包括缩短使用寿命)。

对两个组分搅拌时按照规定搅拌程序施工，混合搅拌防火涂料时，当涂料混合至颜色均匀，质地均一时方可使用。不需喷涂施工的部位，要在喷涂前遮盖以免造成污染。一次施工膜厚过大导致涂料自身重力作用大于附着力会导致流挂或脱落，应多次施工到设计厚度。喷涂时，喷枪要垂直于被喷钢构件表面，喷距100～300 mm，喷枪运行速度要保持稳定，不能在同一位置久留，避免造成涂料堆积和流淌。喷涂过程中，配料及往喷涂机内加料均要连续进行，不得停留。喷涂时，涂层表面有明显的乳突、凹坑，应用抹刀迅速修平。防火涂料的层是喷涂，然后迅速用镘刀涂抹表面，以确保良好的润湿和均匀的厚度。镘涂也可帮助密封任何预装的加强网并减少气泡的形成。涂料喷涂后，宜用塑料布或其它物品遮挡，以免强风直吹和暴晒，造成涂层开裂，刚施工完的涂层应防止雨水冲淋。

防火涂料初期强度较低，容易碰坏。因此，喷涂应在相关钢结构施工完后再进行，防止强烈震动和碰撞。

4.11 面涂施工

根据涂料说明书要求进行面涂施工。所有自由边、角、焊缝及喷涂难以达到的区域均需预涂，以避免漏涂及涂料的过度损耗。一旦超过混合使用寿命，涂料就不可再使用。

4.12 焊接预留

如钢构件涂装防火涂料后需焊接，应为构件的焊接预留区域不涂装防火涂料，以防造成人力、物力浪费。无焊接预热，焊缝两端预留300 mm；需焊接预热情况下，参见表1。

在进行焊接之后，周围防火涂料涂层应无变色或损伤迹象。如果涂覆的涂料出现变色，则应清除所有已变色的涂料。

4.13 涂层修补

应对防火涂料周围50～75 mm的“边界”区域进行打磨，清除防火涂料的面涂层，并打磨防火涂料涂层表面使其变粗糙，以确保新涂覆涂料可牢固附着。在进行粗糙化处理之后，应使用涂料说明书允许的溶剂对该区域进行清洗，确保其清洁。修补区域可采用手工方式涂覆防火涂料，应保证修补防火涂料与原有涂层连接使修补区域达到相同的涂层厚度。

5 检测

5.1 湿膜厚度

湿膜厚度测量是采用桥规进行。

5.2 干膜厚度

干膜厚度测量步骤和要求如下：

(1) 钻一个直径大约为2 mm的小孔，然后用深度尺检查涂层的厚度(须小心不要损坏底材，并尽快用防火涂料回补这些小孔)；

(2) 使用电磁或超声波测厚仪(读取任何读数之前，须先在一个平滑的校准板上对测厚仪进行精确校准)。如果采用金属丝网增强，则不可使用电磁测厚仪。

(3) 测量位置与频率
在开始施工前，应由各方确定将要读取的厚度读数，推荐采取以下的读数：H型钢、T型梁或槽钢等开放结构或矩形界面、方形界面等闭合轮廓结构件每个表面沿长度方向每1 m应至少读取一个厚度值。圆形或环形截面钢结构件，包括立柱、拉筋等，沿长度方向每1 m应至少度在圆周方面均匀读取4 个读数。防火墙和大直径的容器罐体每1 m2 至少应测试2～3 个点。

(4) 接受的标准

除非工程项目文件中另有说明，否则任何一处可接受的低厚度不得低于设计厚度的85%。

在单个读数小于设计或者认证厚度85%的地方，要在300 mm直径内测量3 个读数，如果很多增加测量的读数小于认证厚度85%标准，进一步测量来确定厚度小于设计厚度区域，然后达到规定的厚度。

5.3 外观检测

外观无流挂、脱落、涂膜堆积、塌陷、凸凹不平或开裂，加强网无外露。

5.4 附着力检测

根据标准ISO 4624 进行附着力检测。

选择测试区域，轻轻打磨表面。

将附着力测试柱上涂上粘结剂，将试柱固定在待检测区域，粘结剂的粘结强度应> 10 MPa，减少测试过程中粘结剂自身的破坏。

粘结剂固化后，使用切割工具(空心齿刀，直径20～25 mm)慢速、仔细的沿试柱切割防火涂料涂层(90°垂直于表面)。

使用拔拉试验法拔拉试柱，记录数据和防火涂料涂层的破坏类型和附着力大小。

6 结语