最後更新日期：2024年03月08日
【技術文獻】防火被覆與防蝕機構在鋼骨結構上的應用
許司穎、呂琪萍
摘錄自柏林63期刊物
摘要
本文主要探討防火被覆材在鋼骨結構上是否需上塗底漆來防止底材鏽蝕。防火被覆在UL與一般的建築法規中均無硬性要求搭配防蝕底漆，其根據可追溯到水泥保護層（Concrete Cover）的防蝕理論基礎上。依據此基礎理論，各國均以明文的規範訂定水泥保護層的最小厚度，如：英國BS:8110要求25～50mm；美國ACI:318要求40～50mm，即水泥的厚度大於規範值時，則鋼構外部無需做防蝕處理。依論文查詢得知，一般水泥保護層的水蒸氣穿透量（Water Vapor Transmission，WVT）約為1,000～3,500μg/(cm2．day)；但在台灣所使用的防火被覆的實測值WVT約為80,000～100,000μg/(cm2．day)，大約為水泥的35～100倍，從Fick’s 2nd law擴散理論，可簡易換算出防火被覆的厚度若為規定規範中所要求水泥保護層的6～10倍時可省略底材之防蝕處理，但現今台灣防火被覆的施做厚度，依防火時效1小時約10~15mm；2小時約15~25mm；3小時約25～40mm，與英國、美國的規範所規定的厚度約為相當或較低，而台灣的環境為C5甚至以上，遠比英國、美國的環境C2、C3、C4較為嚴苛，故在底材施做防蝕處理有絕對的必要性。
前言
2001年9月11日，發生了震驚全世界的“911恐怖攻擊事件”，在本事件中被恐怖份子視為攻擊目標的紐約世貿大樓轟然倒塌，事後專家分析認為當飛機第一時間撞擊時並沒有對大樓造成毀滅性的傷害，而是由於飛機撞到大樓時爆炸起火，而大量的燃料油助長火勢，使得鋼結構在熊熊烈火中悶燒了一個多小時後，造成鋼結構的軟化，原有的強度喪失而瞬間倒塌，最終造成三千人喪生於此事件中，損失更多達幾百億美元。
2011年，日本311地震後伴隨而來的海嘯肆虐了本州島東部，失控的海水猶如推土機一般，任意摧殘地表上的建築物，然而令人意外的是，在面對大自然如此具有毀滅性力量的攻擊時，人類並非無能為力的，當大水退去由新聞畫面可看到在災區所遺留下來的人造建物幾乎都是以鋼骨結構所構築，由此可見，鋼結構的確具有優於鋼筋混凝土之強度。
由於鋼結構具有施工快速、耐震性佳、結構重量輕、強度和可撓性優異，並可回收再利用等等的特點，近幾年已被普遍用來作為建築材料，目前世界各地具指標性的建築都是以鋼鐵所組成，如：台北101、杜拜的帆船飯店、北京鳥巢體育館等建物都兼具了安全性與美觀性。然而這些鋼骨建物雖然展現了建築藝術之美，卻也讓人無法忽視當中所潛藏的危機，那就是這些超高建築一旦發生火災，雲梯車之水柱往往鞭長莫及，很難在短時間內撲滅火源，經過長時間的悶燒，鋼鐵本身的強度隨著溫度上升將開始弱化，直到承受不了本身的重量頹然而倒。當發生火災時，每一秒皆是關鍵，如果能減緩溫度上升的速度，將可延長人們逃生的時間。
建築物的火災行為若以室內溫度變化歷程來表示的話，大約可以分為三個時期，分別為火災成長期（包括閃燃期）、最盛期和衰減期。而火災成長中閃燃是一瞬間的現象，為建築物整體是否會籠罩於大火的分界點，進入火災最盛期之後，形成一長時間的高溫環境（約1000℃以上），因此考量建築結構的安全性，其耐火性能便成為最重要的因素。
鋼材最大的致命傷是不耐高溫，在400℃高溫時鋼結構的強度急遽降低。以一般鋼材為例，如圖一，溫度到達500℃時的鋼材的強度約為常溫時的70％，600℃時的強度約為常溫時的40％，由於鋼結構強度的急遽下降，當火災發生時容易造成倒塌的危險。因此為使鋼結構能夠具備一定之防火性能，防火被覆材料之使用與施工成為建築防火安全上的重要課題，必須確實做好防火被覆才能在火災發生時，以延緩其倒塌的時間，便於人員的疏散及火場的灌救，確保人民之生命財產安全。
圖一、鋼材強度與溫度之關係圖
此外，除了防火性能的改善，鋼結構亦需提升本身的防蝕性能。台灣地處亞熱帶區域且又四面環海，平均濕度及溫度均較一般高緯度國家為高，就材料腐蝕的觀點而言，通常溫度越高濕度越大材料的腐蝕速度就越快，如果同時受惡劣的海洋大氣和工業空氣影響更會大幅縮短材料的使用壽命。依據ISO 9223腐蝕環境分類，台灣沿海的腐蝕環境幾乎全為嚴重腐蝕等級C5，最高的已經超過C5級的十倍。一般鋼結構大樓僅會噴塗防火被覆材料藉此提高防火性能，卻沒有上塗任何防鏽塗料，此工法只能確保鋼結構體的防火安全性能，但十幾年後的鋼結構體可能出現如前面所述之腐蝕現象而造成另一個隱憂，這是我們必需評估的。除了提高鋼材的耐火性之外，耐蝕性能的提升也是不容忽視的重點項目。
防火材料的介紹
具有一定等級以上防火性能的施工或裝潢材料一般統稱為防火材料。依「建築技術規則」規定，防火材料的等級可分為下列三種：
- 不燃材料：係指在火災初期，不易產生燃燒現象亦不易產生有害的濃煙及氣體，其單位面積的發煙係數低於30，同時在高溫火害下，不會有變形、熔化、龜裂等不良現象的材料。例如混凝土、磚或空心磚、瓦、石料、鋼鐵、鋁、玻璃、玻璃纖維、礦棉、陶瓷品、砂漿、石灰及其他經檢驗符合中國國家標準「耐燃一級」的材料。
- 耐火板：係指在火災初期，僅發生極少燃燒現象，燃燒速度極慢，其單位面積的發煙係數低於60，同時在高火害下沒有變形、熔化、龜裂等不良現象的材料。例如木絲水泥板、耐燃石膏板及其他經檢驗符合中國國家標準「耐燃二級」之材料。
- 耐燃材料：係指在火災初期時，僅發生微量燃燒現象，燃燒速度緩慢，其單位面積的發煙係數低於120，同時在高溫火災下，沒有變形、熔化、龜裂等不良現象的材料。如耐燃合板、耐燃纖維板、耐燃塑膠板、石膏板及其他經檢驗符合中國國家標準「耐燃三級」之材料。
因此，為達到減緩火災蔓延與發生，防火材料必須滿足以下要求：
- 防止起火：防火材料必須利用特殊處理或加工，來提高材料的燃點，達到防止起火的目的。
- 具耐燃性：才能防止火災擴大延燒而加大災區。
- 防止建築物破壞：鋼筋混凝土與鋼結構建築物在火焰燃燒過程中均會降低強度而提前破壞；防火材料必須要使建築物破壞的時間延後，讓所有的民眾來得及疏散。
除此之外還另有防火塗料，這個材料是內政部受理審核認可的防火材料種類之一，材料本身經認可通過且按照規定的施工方式施作，才可用於室內裝修材料表面之塗佈。而自民國87年 8月1日起，經濟部公告將防火塗料列為應實施檢驗品目並實施檢驗後，凡經過經濟部標準檢驗局檢驗合格之防火塗料，得依檢驗合格證書或驗證登錄證書所載耐燃等級，分別視為建築技術規則規定之「耐火板」（耐燃二級）或「耐燃材料」（耐燃三級）。
鋼結構的防火機制，一般都採用“無機防火被覆材料類”，即在鋼材表面加作一隔熱良好之不燃材料，可以阻絕外界之高溫降低熱源傳導速率，使構件在有效時間內不致達到其強度降低及軟化之溫度。其特點為：材質輕、熱傳導係數低、成本低廉、施工快速、機具簡單。
防火被覆的目的
當火災發生時，火場之室內溫度會在短時間之內上升，此時建築物本身的梁、柱與樓板的強度會因為高溫導致安全係數衰減五成，當梁、柱與樓板的強度不足以支撐建物時，建物將會整個倒塌，此時所造成的人員死傷將無法估計，因此在消防人員到達災害現場前減緩結構本身溫度因為火災上升之速率，將是一個極為重要的重點項目。所以使用防火被覆的目的在於：
- 提供耐火材，使其在火災中維持既有之結構功能（保持強度不顯著減失）。
- 保護建築物結構體，使之在火災發生時還能提供5小時以上之結構安全時間。
- 延緩建築物倒塌之危險，以便使人員疏散及消防人員對於火場之灌救。
防火被覆的可依以下三種方式分類：
- 依使用場所分類：室內材、室外材、石化防火材。
- 組成材料分類：防火被覆材物裡性能如將隔熱材黏著於型鋼表面及被覆材本身之 強度主要取決於本身黏著材，如水泥、石膏、膠水等之性能。
- 施工方式分類：乾式、濕式、半濕式。
防火被覆的主要成份：
- 隔熱材：如岩棉（Rockwool）、礦纖（Mineral Fiber）、珍珠岩（Perlite）、蛭石（Vermiculite）、人工合成輕骨材等隔熱性良好的材料。
- 黏著材：如水泥、石膏等，其用途在將隔熱材黏著於型鋼表面。
- 抗裂材：如玻璃纖維（Fiber Glass）、木質纖維（Cellulose）等，其目的在防止防火材料的龜裂、脫落。一般以岩棉、礦纖為基底的材料不需此項；但是以蛭石、珍珠岩為基底的材質，因抗裂性差，都必須添加。
上述材質中，許多成份能夠吸附大量的自由水，亦有成份能進行水化反應，形成化學鍵結水。
防火被覆材料的規範
火場中鋼結構高樓建築的受力行為非常複雜，主要原因在於火場中溫度的高低與延時因環境因素而有甚大的差異，如火場中可燃物的多寡、空氣是否流通等等均會影響火焰燃燒時間與溫度，而爲使各國進行火害研究有統一比較的標準，因此國際間通用之標準ISO、美國ASTM、英國BS及日本JIS規範等均訂定標準升溫曲線。值得注意的是標準升溫曲線無法代表任何單一火場的溫度與火災延時狀況，其目的在於提供不同研究者在不同地區進行試驗時一個相同比較的標準。針對一般火災現場，因全盛時期時期室內溫度在十分鐘內就會達到700℃，故在ASTM E119 即為模擬火災現場之防火實驗所得之溫度上昇情形，加熱5分鐘溫度升到538℃、8小時溫度上升至1260℃，溫度上升情形如表一所示。圖二為CNS 12514標準升溫曲線，建築物構造部份耐火試驗的升溫曲線相類似，國內升溫曲線原參考國外升溫曲線訂定，但相較之下，其溫度要求尚比國外（ASTM E119、JIS A1304）嚴格。表二為各國之防火試驗方法規範，其中以UL 236、ASTM E119較為廣泛引用，台灣地區則採用CNS 12514與UL 236之標準。而在防火被覆產品檢驗項目中主要以密度（乾密度、濕密度）、附著強度、表面燃燒性質等，如表三所示。
表一、ASTM E119 模擬火災現場之防火實驗所得之溫度上昇情形表
| 加熱時間 | 5分 | 10分 | 30分 | 1小時 | 2小時 | 4小時 | 8小時 |
| 加熱溫度 | 538 | 704 | 843 | 927 | 1010 | 1093 | 1260 |
圖二、CNS 12514 標準升溫曲線
表二、國內外防火試驗方法規範
| 國別 | 試驗方法 |
| 台灣 | CNS 12514 |
| 美國 | ASTM E119 |
| UL 236 | |
| 英國 | BS 476 part 20/21 |
| 日本 | JIS A1304 |
| 韓國 | KS F2257 |
| 德國 | DIN 4102 part 2 |
| 歐洲 | ISO 834 |
表三、防火被覆材料之檢測標準
| 項貝 | 防火被覆材料 | 試驗標準 |
| 密度 | 0.24g/cm3以上 | CNS 13963/ASTM E605 |
| 附著強度 | 150psf以上 | CNS 13964/ASTM E736 |
| 受撓度影響 | 1/60撓曲變形時不得有任何裂痕及剝落 | CNS 13966/ASTM E760 |
| 抗壓強度 | 750psf以上 | CNS 13965/ASTM E761 |
| 落塵量 | 24小時內總落塵量0.001g/ft2以下 | CNS13968/ASTM E859 |
| 鋼材腐蝕 | 不得增加鋼骨的腐蝕 | CNS13967/ASTM E937 |
| 表面燃燒性質 | 火燄蔓延＝0 | ASTM E84 |
| 煙霧發展＝0 | ||
| 助燃係數＝0 | ||
| 高溫氣體毒性試驗 | LC50≧200gms | NYS Uniform Fire Prevention and Building Code Article 15 part 1120 |
| 試驗chamber內含氧量≧18％ | ||
| 不燃性試驗 | 總熱釋出量≦5MJ/m2 最大熱釋出率≦20kw/m2 | ASTM E1354 |
| 防霉試驗 | 60天後無徽菌產生 | AWTM G21 |
防火被覆材料的施工方法
一般常用的防火被覆材料其施工方法可分為以下三種：
- 乾式（Sprayed Fiber）：材料至施工現場，直接倒入鼓風機中，經管線吹至噴槍口，會同另一高壓管線的黏膠或水分混合後，噴覆至鋼材面。
- 濕式（Cementicious Mixture）：單一包裝材料至工地現場，先在攪拌機中加水拌合均勻後，經由管線至噴槍噴出。
- 半濕式（Semi-Wet）：與乾式施工法類似，其鼓風機將岩棉吹至噴槍口，會同高壓管線來的水泥漿混合後噴出。
圖三、防火被覆乾式施工流程圖
圖四、防火被覆濕式施工流程圖
圖五、乾式噴覆施工機具示意圖
圖六、濕式噴覆施工機具示意圖
三種施工方式以濕式施工方法最能被施工者接受，主要是因為材料會與水先攪拌混合均勻後再噴塗，較不會有粉塵影響施工品質或造成工地污染；再者，其成品的物理性質較其它施工方法高出許多，因此乾式施工方法漸漸的被濕式施工法給取代了。
安裝補強鋼網
補強鋼網主要是用於密度較大或脆性較高的防火材料。防火被覆在施工過程中，密度較大的材料容易有掉落的情況；火災時較剛性的材料亦會有龜裂的現象，因此安裝補強鋼網可以防止防火材料遇到高溫時容易掉落而使鋼結構的溫度迅速提升。
依台灣內政部營建署規定：樑翼寬超過30公分，樑腹深超過40公分，應以鋼絲網固定於型鋼表面再行噴覆。材料規格參照UL規定應使用0.92kg/m2(菱形網)以上之鍍鋅鐵網，裁成條狀，其寬度不得小於9cm，補強範圍最少須覆蓋表面積25%以上。安裝方法以焊接、螺絲鎖定或擊釘將條狀鋼網固定於型鋼表面，延長向每隔30公分固定一處；鋼網可以一條或多條方式安裝，但其總寬度不得小於梁翼寬或梁腹深的25%；不論是一條或多條的安裝方式，鋼網條之間的間距或鋼網條與梁邊緣的間距不得超過 30公分(樑翼處)，40公分(樑腹處) ，如圖七所示。
圖七、補強鋼網安裝示意圖
防火被覆厚度於不同鋼結構
防火被覆主要應用於建築物室內用鋼骨結構H型鋼樑、矩型中空鋼柱及圓型中空鋼柱等，設計時所要考慮的主要因素包括就是要決定選用哪種材料？材料的厚度需要多少？底材構件的形狀？材料需採用哪種施工方法？而這些問題中最重要的就是厚度的決定，因為它會影響到“ 防火時效”的問題。
依據美國UL測試實驗室所進行的耐火試驗結果顯示，在相同的防火被覆厚度下，鋼樑的耐火時效全因其單位重量與斷面被覆周長之比值（W/D，如圖八）不同而有差異。
D＝2a＋4b－2t
W：H型鋼柱的單位重量(lb/in)
D：H型鋼柱的被覆周長(in)
圖八、H型鋼柱W/D值計算說明
A/P ＝ t(a＋b－2t)/a＋b
A：鋼柱截面積(in2)
P：鋼柱受熱周徑(in)
a：柱寬(in)
b：柱長(in)
t：柱厚度(in)
圖九、矩型中空鋼柱A/P計算說明
A/P ＝ t(d－t)/d
d：柱寬(in)
t：柱厚度(in)
圖十、圓型中空鋼柱A/P計算說明
W：H型鋼樑的單位重量(lb/in)
D：H型鋼樑的被覆周長(in)
D＝2a＋3b－2t
圖十一、三面防護H型鋼柱W/D值計算說明
以本公司代理及在台生產美國Isolatek International公司之Type 300噴覆式防火被覆材為例，H型鋼柱、圓型中空及矩型中空鋼柱之各防火時效所需防火被覆最小厚如下：
表四、H型鋼柱所需防火被覆材之最小厚度
| 鋼柱尺寸 | W/D | 最小被覆厚度(mm) | ||
| 1小時 | 2小時 | 3小時 | ||
| W6×9 | 0.33 | 30 | 50 | 68 |
| W6×12 | 0.43 | 26 | 46 | 64 |
| W6×16 | 0.57 | 20 | 42 | 60 |
| W8×28 | 0.68 | 18 | 40 | 58 |
| W10×49 | 0.83 | 14 | 36 | 52 |
| W12×106 | 1.46 | 8 | 26 | 40 |
| W14×233 | 2.52 | 8 | 16 | 26 |
| W14×730 | 6.68 | 8 | 8 | 10 |
表五、圓型中空鋼柱所需防火被覆材之最小厚度
| 鋼柱尺寸 | A/P | 最小被覆厚度(mm) | ||
| 1小時 | 2小時 | 3小時 | ||
| SP 4×0.237 | 0.22 | 22 | 44 | 66 |
表六、矩型中空鋼柱所需防火被覆材之最小厚度
| 鋼柱尺寸 | A/P | 最小被覆厚度(mm) | ||
| 1小時 | 2小時 | 3小時 | ||
| ST 4×4×0.1875 | 0.18 | 24 | 46 | 66 |
| ST 4×4×0.3125 | 0.29 | 16 | 36 | 56 |
| ST 4×4×0.375 | 0.34 | 14 | 32 | 50 |
| ST 4×4×0.5 | 0.44 | 12 | 28 | 44 |
| ST 20×20×0.75 | 0.72 | 10 | 22 | 34 |
| ST 20×20×1.0 | 0.95 | 8 | 16 | 26 |
| ST 20×20×1.5 | 1.39 | 8 | 12 | 20 |
| ST 20×20×1.75 | 1.60 | 8 | 12 | 16 |
| ST 32×32×1.25 | 1.20 | 8 | 14 | 22 |
| ST 36×24×0.5 | 0.49 | 10 | 22 | 36 |
針對不同尺寸大小的鋼樑構件其防火被覆理想厚度，在UL設計手冊中，有詳細敘述不同尺寸的鋼樑應如何運用公式得到。
防火被覆下鋼結構的腐蝕
目前防火被覆材料開發與應用已完善被探討，值得我們注意的是防火被覆下鋼結果的腐蝕行為一直被大眾所忽略。現今防火被覆在UL與一般的建築法規中均無硬性要求搭配防蝕底漆，最主要的根據為水泥保護層（Concrete Cover）的防蝕理論基礎上。依據水泥保護層的理論，各國亦以明文規範制訂水泥保護層的最小厚度；例如：根據英國BS:8110鋼結構混凝土之設計與施工手則中提到，水泥的厚度要求為25～50mm，另外美國ACI:318結構混泥土的建築規範要求與解說中亦制定水泥的最小厚度為40～50mm，這表示水泥的厚度大於這些規範所要求值時，則鋼構外部可以不用防蝕處理。但由文獻得知，一般水泥保護層的水蒸氣穿透量（Water Vapor Transmission，WVT）約為1,000～3,500μg/(cm2．day)；為此本文針對台灣市售所使用的防火被覆進行水蒸氣穿透量的試驗。
採用水泥系/石膏系防火被覆塗膜之水滲透係數，參考ASTM D1653的實驗手法進行閉杯式水蒸氣滲透試驗，分別製作膜厚5mm之試片，在溫度38℃/濕度90%的環境下持續觀察乾燥劑之吸水狀況（如圖十二）。將實驗結果以公式換算後可得到水泥系防火被覆之水蒸氣穿透量（WVT）為88,000μg/(cm2．day)；石膏系防火被覆之水蒸氣穿透量（WVT）為96,000μg/(cm2．day)，大約為水泥的35～100倍，從Fick’s 2nd law擴散理論，可簡易換算出防火被覆的厚度若為規定規範中所要求水泥保護層的6～10倍時可省略底材之防蝕處理，目前台灣防火被覆的施做厚度，依防火時效1小時約10～15mm；2小時約15～25mm；3小時約25～40mm，與英國、美國的規範所規定的厚度約為相當或較低；因此市售兩類型防火被覆材料對於水氣幾乎都不具備阻絕的功能，除了防火被覆本身的結構並不致密且孔洞較多所造成。
另外根據Baumann，Plaste與Kautschuk之研究，鐵產生約20～350 μg/(cm2．day)腐蝕量其所需之水量為3～60μg/(cm2．day)。一般塗膜在100μm厚度時其水蒸氣穿透量（Water Vapor Transmission，WVT）為1,000～5,000μg/(cm2．day)，依照Fick’s 2nd law的理論基礎，滲透率與膜厚之平方互為倒數，因此厚度大於1,000μm時便可有效阻絕水氣到達底材，減緩生鏽的反應，然而此理論需建立在塗膜為緻密結構之前提下，因此鋼結構在噴塗防火被覆後仍然會受到大氣中之水氣、酸雨的侵蝕而影響鋼結構的安全性。眾所皆知，台灣的環境為C5以上，遠比英國、美國的環境C2、C3、C4較為嚴刻，如果在塗裝系統中設計一道底漆將可有效彌補此缺憾，因為底漆的存在可以直接避免水接觸到底材引起鏽蝕有絕對的必要性。
圖十二、水泥系及石膏系防火被覆塗膜的吸水率
根據施建志等人研究的實驗結果可知，無上塗防鏽底漆的裸鋼在防火被覆材下噴灑純水及pH＝4稀硫酸環境下腐蝕電位約為-400～-500mV Ag/AgCl，其腐蝕速度為0.16mm/yr（純水）及0.82mm/yr（稀硫酸）；而有塗佈無機鋅底漆的鋼板其腐蝕電位約為-1000 mV Ag/AgCl左右，腐蝕速度為10μm/yr（純水）及9.5μm/yr（稀硫酸）由此數據可以証明底漆的存在可以有效降低酸性物質對底材的影響，進而減緩腐蝕速度。因此，除了考量鋼鐵材料的耐蝕特性則是決定鋼鐵結構壽命的重要因素，在噴塗防火被覆前於素材表面做防蝕處理（噴塗防鏽底漆）是必須的。
依據內政部建築研究所「鋼構造建築物鋼結構施工規範」第7.4.6節（防火被覆之底材處理）之規定如下：
- 防火被覆之底材處理（即鋼材之表面處理）除契約施工圖說另有規定外，應將鋼材表面附著之黑皮、浮鏽及異物等去除。以免影響防火被覆材料之附著力。
- 有關防火被覆材料部份之鋼構材是否塗刷防鏽底漆，以及防鏽底漆種類之選擇，應依照合約施工圖說之規定。
- 塗刷防鏽底漆時，所選用之防鏽底漆不得影響防火被覆材料之附著力及防火性能。
塗有環氧樹脂富鋅底漆及環氧樹脂中塗漆及面漆之鋼材，經烤箱加熱模擬火害高溫狀況下，油漆溫度達300℃並維持30分鐘，油漆表面即有起泡隆起與鋼材剝離之現象；達500℃即成片狀剝離。此種現象會導致防火被覆材料失去附著力。但若無塗刷防鏽底漆時，在施工工期較長之情況下亦會產生大量浮鏽，在刮風下雨時鏽水會到處飄落，影響周遭環境衛生。因此是否施作防鏽底漆須依個別情況考量施工環境、工期、成本及對結構安全之影響程度等因素來做決定。若決定施作防鏽底漆建議須採用耐熱性較佳之油漆，例如：無機鋅粉底漆（柏林：CNS K2088無機鋅粉底漆）。
防火被覆與防鏽底漆之附著力
根據台大林慶元教授之研究數據顯示，鋼骨結構所使用之防鏽底漆系統會影響無機防火被覆材料的附著性如下表七、表八所示，並影響其防火能力。鋼結構上塗防鏽底漆或其它塗料時，當測得之最小平均附著力（ASTM E736）＜80％裸鋼附著力或最小個別附著力＜50％裸鋼附著力時，則需使用Min. 1.7 lb/yd2（0.92 kg/m2）擴張金屬補強鋼網全面打滿。
表七、石膏纖維系被覆材料加熱前附著力試驗
| 試體名稱 | 附著強度(g/cm2) | 破壞型式 | 備註說明 | |
| 石膏纖維系被覆材料 | 裸鋼板 | 588.14 | Cohesion | 錐形狀破壞 |
| 無機鋅 | 495.95(88.86%) | Cohesion | 錐形狀破壞 | |
| 紅丹漆 | 346.72(62.12%) | Adhesion | 錐形狀破壞，破壞面乾淨 | |
| 環氧鋅 | 370.20(66.33%) | Cohesion | 錐形狀破壞 | |
| 水泥纖維蛭石系被覆 | 裸鋼板 | 1695.49 | Adhesion | 破壞面鋼板尚有材料附著 |
| 無機鋅 | 1668.74(98.42%) | Adhesion | 破壞面鋼板尚有材料附著 | |
| 紅丹漆 | 794.60(46.87) | Adhesion | 錐形狀破壞，破壞面乾淨 | |
| 環氧鋅 | 1888.87(>100%) | Adhesion | 錐形狀破壞 | |
| 水泥蛭石系被覆材料 | 裸鋼板 | 1228.47 | Adhesion | 破壞時整片材料拉起脫落 |
| 無機鋅 | 950.35(77.36%) | Adhesion | 破壞時整片材料拉起脫落 | |
| 紅丹漆 | 未測試，試體即已脫落 | |||
| 環氧鋅 | 1364.58(>100%) | Adhesion | 破壞時整片材料拉起脫落 | |
表八、石膏纖維系被覆材料加熱後附著力試驗
| 試體名稱 | 附著強度(g/cm2) | 破壞型式 | 備註說明 | |
| 石膏纖維系被覆材料 | 裸鋼板 | 無法測得 | – | 受熱後呈粉末狀，未脫落、無大裂痕 |
| 無機鋅 | 無法測得 | – | 受熱後呈粉末狀，未脫落、無大裂痕 | |
| 紅丹漆 | 無法測得 | – | ||
| 環氧鋅 | 無法測得 | – | 受熱後呈粉末狀，未脫落、無大裂痕 | |
| 水泥纖維蛭石系被覆 | 裸鋼板 | 38.46 | Adhesion | 受熱後呈粉末狀，未脫落、無大裂痕 |
| 無機鋅 | 179.89 | Adhesion | 受熱後呈粉末狀，未脫落、無大裂痕 | |
| 紅丹漆 | 未測試，試體即已脫落 | |||
| 環氧鋅 | 40.09 | Adhesion | 受熱後近粉末狀，1/2脫落，無大裂痕 | |
| 水泥蛭石系被覆材料 | 裸鋼板 | 無法測得 | – | 材料受熱後大部分均已脫落 |
| 無機鋅 | 無法測得 | – | 材料受熱後大部分均已脫落 | |
| 紅丹漆 | 未測試，試體即已脫落 | |||
| 環氧鋅 | 無法測得 | – | 材料受熱後大部分均已脫落 | |
防火被覆之塗裝系統設計
依ISO 12944-2之腐蝕環境分類，台灣地區幾乎為嚴重腐蝕等級C4-C5+級，但防火被覆塗裝系統設計仍大都以腐蝕環境C2類之塗裝系統設計，必須提升到C5（包含C5-I與C5-M）類的腐蝕環境塗裝設計，如表九所建議，可用於鋼構大樓、廠房施作防火材的塗裝系統。
為了確保建築物的安全並延長構件的使用年限，不僅要將防蝕設計列入塗裝系統的設計，更要評估實際狀況採用適當的防蝕措施。塗裝系統之設計以及施工品質的優劣直接影響了防火被覆之防護效果，其主要考量的因素有塗裝前表面處理，利用噴砂機進行表面的清潔將淺層的鏽蝕除掉，表面處理的驗收規格須達到SSPC-SP-10以上，其表面粗糙度在25～75μm之間以確保預塗裝之塗膜與底材有良好的附著強度。在表面處理後，於規定時間內立即噴塗底漆是最能夠確保鋼構獲得良好防護的方法。而防蝕系統的設計種類繁多並非單一道塗層，以下列舉一種供作參考。如表九所建議之塗裝系統，可於底材處理完後，噴塗一道溶劑型無機鋅粉底漆，是防蝕的典範所有防腐蝕最持久的塗膜，由於無機鋅粉之防蝕機制為利用電位差之原理，抑制鋼材氧化反應作用達到防蝕效果；故可於上面再以塗裝環氧樹脂系列之塗膜加以防護，使其不易快速消耗鋅粉。在底材上完善的達到防蝕保護後即可上塗防火被覆，其塗料規格可依公共工程第07811章噴附式防火被覆要求進行，塗膜的厚度則依據防火時效要求而訂定。若建築物之環境處於日照強烈、污染更嚴重、需較長耐久年限時，建議可將面漆更換為氟素樹脂面漆，氟素樹脂面漆需符合JIS K5659：2008第1級FEVE型之氟素樹脂面漆。
表九、ISO 12944/C5（包含C5-I與C5-M）之建議塗裝系統
| 工作項目 | 塗料規格 | 最小乾膜厚 | 塗裝間隔 | 調薄劑 |
| 表面處理 | 噴砂除鏽至SSPC-SP-10以上，表面粗度25～75μm | |||
| 底漆 | 無機鋅粉底漆-溶劑型 (CNS 4937) | 80μm | 12小時以上， 10日以內(1) | 無機鋅粉系 |
| 封孔薄塗 | 環氧樹脂漆-第一種 (CNS 4938第一種) | —(2) | — | 環氧樹脂系 |
| 第一道中塗漆 | 環氧樹脂漆-第一種(3) (CNS 4938第一種) | 70μm | 8小時以上，10日以內 | 環氧樹脂系(3) |
| 第二道中塗漆 | 環氧樹脂漆-第一種 (CNS 4938第一種)或環氧樹脂非鋅底漆(CNS 4935) | 110μm(4) | 8小時以上，12個月以內(5) | 環氧樹脂系 |
| 防火被覆 | 依公共工程第07811章噴附式防火被覆要求 | 依防火時效要求而定 | — | 防火被覆系 |
| 第一道面漆 | 鋼結構用聚胺酯中塗漆 (JIS K5659:2008) | 30μm | 8小時以上，10日以內 | 聚胺酯系或環氧樹脂系 |
| 第二道面漆 | 鋼結構用聚胺酯面漆 (JIS K5659:2008第3級) | 30μm | 聚胺酯系 | |
| 最小總乾膜厚 | 底（中）塗260μm＋防火被覆的膜厚（依鋼構尺寸、防火時效而定）＋面漆膜厚60μm | |||
| 注意事項 | 1. 或依經審查認可之塗料廠商技術文件施工。 2. 一般常用膜厚在10～20μm，但不檢測其膜厚。 3. 應採用MIO系、磷酸塩系、玻璃鱗片系等塗料。 4. 施工時若有產生垂流及針孔時有害品質現象之疑慮時，宜分成二道施作。 5. 如第一道面漆環氧樹脂系則為12個月以內，如第一道面漆為聚胺酯系則為6個月內。 6. 銲縫預留未漆處及漆膜損壞處，應先用電動砂磨做表面處理至SIS St3（SSPC-SP-3）以上，再依其損壞之塗層依序修補至面漆為止。 | |||
圖十三、防火材塗裝系統示意圖
結論：
與鋼筋混凝土建物相比，鋼結構建物之重量、強度、耐震性與施工性等性質都有壓倒性的優勢，也因此國內外之指標性建築物與公共工程皆已大量採用鋼鐵材料，然而鋼鐵材料在高溫下之機械強度將會大打折扣，目前除了噴塗防火被覆（Type 300、Type 400）或從材料本身進行熱穩定性能提升之外，亦可在表面塗裝薄塗膨脹型水性防火漆（WB3），當防火漆受熱後開始膨脹，藉此達到阻絕熱源的目的，有效延緩溫度上升之速率。
至於鋼結構建築物的耐腐蝕性能的提升，只要配合防蝕塗裝系統之設計與施作，即可獲得令人滿意的防蝕效果；以防鏽底漆（CNS K2088無機鋅粉底漆）配合防火材料作為塗裝系統，除了可延長鋼結構建物本身之使用壽命，更可在火災發生時發揮保護建物本體結構的功能，為建物提供雙重保護。
在台灣，防火被覆的WVT實測值約為80,000～100,000μg/(cm2．day)為水泥保護層（約為1,000～3,500μg/(cm2．day)）35～100倍，從Fick’s 2nd law擴散理論，可簡易換算出防火被覆的厚度若為規定規範中所要求水泥保護層的6～10倍時可省略底材之防蝕處理，但現今台灣防火被覆的施做厚度，與英國、美國的規範所規定的厚度約為相當或較低，而台灣的環境為C5甚至以上，遠比英國、美國的環境C2、C3、C4較為嚴苛，故在底材施做防蝕處理有絕對的必要性。
參考資料：
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- 內政部營建署：http://ehi.cpami.gov.tw/。
- 施建志、林葆喜，石膏型防火被覆下鋼板腐蝕速度偵測，防蝕工程，民國81年9月，第6卷，第三期，第25～31頁。
- 鋼構造建築物鋼結構施工規範。
- 中華民國鋼結構協會：http://www.tiscnet.org.tw/。
- 羅俊雄，台灣地區金屬材料大氣腐蝕之研究發展，工業材料雜誌253期。
- 劉叔松，82年，結構鋼材表面處理方式對被覆材料耐火性能影響之探討，國立台灣科技大學。
- 楊國珍，鋼結構火害行為，國立高雄第一科技大學營建工程系。
- 羅俊雄、王姵文、翁榮洲，台灣地區大氣腐蝕環境分類，防蝕工程，2005年6月，第19卷第2期。
- 王大均、高興寶、李華平，淺談鋼結構防火，中國科技論文。
- 陳生金，鋼結構行為與設計，科技圖書，民國98年。
- 台灣鋼結構防火設計施工之技術與法規。
- ISO 12944-2腐蝕環境分類。
- 劉益宗，鋼構複合防火屋頂構造之初探，成功大學建築研究所，95年。
- 林慶元，鋼結構之耐火設計，鋼結構會刊，第二期，84年。
- 中華民國鋼結構協會，鋼結構橋樑防蝕塗裝技術手冊，2011年。
- CNS 12541 A3305建築物構造部分耐火試驗法。
- 鄭凱鴻，施加防火被覆材之複材補強混凝土受火害高溫延時後之承載行為研究，逢甲大學土木工程研究所，100年。
- 林慶元、鄭紹材（生）、劉叔松（生）、陳宏原（生），「結構鋼材表面防銹處理方式對被覆材料耐火性能之影響」，中華民國建築學會「建築學報」，第十八期，第17-24頁（1996）。
- Clive H Hare，Protective coatings : Fundamentals of Chemistry and Composition.
- CD Products, INC, Epoxy & fiberglass flooring, seamless fiberglass wall systems, sealers, high performance coating systems, and industrial cleaners.