隧道防火涂料的應(yīng)用

公路隧道一般在山區(qū)，隧道洞為陰涼、潮濕、通風(fēng)性也較差?；炷羶?nèi)壁容易出現(xiàn)受潮霉變、返堿、脫落等現(xiàn)象。長隧道多遠(yuǎn)離城市、無可靠的消防水源、隧道中的車流量不均衡、車載物品不確定、火災(zāi)荷載不確定，這些決定了長隧道火災(zāi)的不可預(yù)見性。所以，公路隧道洞內(nèi)涂裝工程既要考慮其良好的裝飾性，又要考慮其優(yōu)異的防水性能，防霉變性能和防火性能。

BF隧道專用防火涂料的施工一般采用分層間隔性施工工藝，分基層(防火層)和表層(顏色層)施工。施工期間及施工后的24小時，環(huán)境溫度不得低于4℃。

特點

1、隧道防火涂料不含石棉及有害物質(zhì)，生產(chǎn)、使用和施工后的涂層均無刺激性氣味。火災(zāi)時不釋放有毒氣體，產(chǎn)煙毒性達(dá)到AQ-1級，符合環(huán)保的要求。

2、由工廠配制好，單組份包裝，施工現(xiàn)場混和攪拌施工，操作簡便。

3、直接噴涂和抹涂施工，干燥固化快。

4、涂層輕、粘結(jié)牢、強(qiáng)度高，耐老化和防水性能優(yōu)越。

性能指標(biāo)

主要性能指標(biāo)(按GA98-2005標(biāo)準(zhǔn)檢測)

項 目

技 術(shù) 指 標(biāo)

容器中狀態(tài)

灰白色顆粒、粉料混合物

干燥時間:表干≤24h

干密度(kg/㎡)≤650

粘結(jié)強(qiáng)度(Mpa)≥0.2

耐水性

經(jīng)720h試驗后，涂層不開裂、起層、脫落，允許輕微發(fā)脹和變色

耐堿性

經(jīng)360h試驗后，涂層不開裂、起層、脫落，允許輕微發(fā)脹和變色

耐酸性

經(jīng)360h試驗后，涂層不開裂、起層、脫落，允許輕微發(fā)脹和變色

耐凍融循環(huán)實驗

經(jīng)15次試驗后，涂層不開裂、起層、脫落、變色

耐火性能

涂層厚度12-16mm±2mm，耐火時間為2小時

不同的耐火極限說明

耐火極限/h  涂層厚度/mm

1.5         10

2.0         18

2.5         23

3.0         27

3.5         30

防火機(jī)理

隧道防火涂料的防火機(jī)理大致可歸納為以下五點:

(1)本身具有難燃性或不燃性，使被保護(hù)基材不直接與空氣接觸，延遲物體著火和減少燃燒的速度。

(2)隧道防火涂料除本身具有難燃性或不燃性外，它還具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，可以延遲火焰溫度向被保護(hù)基材的傳遞。

(3)隧道防火涂料受熱分解出不燃惰性氣體，沖淡被保護(hù)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。

(4)含氮的隧道防火涂料受熱分解出NO、NH3等基團(tuán)，與有機(jī)游離基化合，中斷連鎖反應(yīng)，降低溫度。

(5)膨脹型隧道防火涂料受熱膨脹發(fā)泡，形成碳質(zhì)泡沫隔熱層封閉被保護(hù)的物體，延遲熱量與基材的傳遞，阻止物體著火燃燒或因溫度升高而造成的強(qiáng)度下降。隧道專用防火涂料分類:飾面隧道專用防火涂料;木材隧道專用防火涂料;鋼結(jié)構(gòu)隧道專用防火涂料。

施工方法

隧道防火涂料的施工一般采用分層間隔性施工工藝，分基層（防火層）和表層（顏色層）施工。施工期間及施工后的24h內(nèi)，環(huán)境溫度不得低于4 ℃ ，以防止遭受凍害。在極度干燥和炎熱條件下，應(yīng)創(chuàng)造必要的養(yǎng)護(hù)條件，防止涂層失水過快。

施工機(jī)具

砂漿攪拌機(jī)、專用噴涂設(shè)備(擠壓式灰漿泵、空壓機(jī))、涂抹灰漿專用鐵板、清洗用具、運輸工具等。

施工準(zhǔn)備

( 1 )將隧道砼表面的浮塵、油污等清洗干凈，并灑水潤濕;

( 2 )修補(bǔ)凹凸不平的地方，確保隧道砼表面的平整;同時對砼表面特別光滑的地方，要求用砂漿抹面;

( 3 )漏水的地方一定要補(bǔ)漏止水。

基層施工

( 1 )水和涂料以( 0.70 ~ 0.75 )：1 的比例混合，用攪拌機(jī)攪拌20min (一定要確保攪拌時間，涂料要隨拌隨用)，成稠漿狀;

( 2 )用少量的漿料做間距為 2.5m 的橫條狀厚度標(biāo)志，作為噴涂施工的參照物;

( 3 )用噴涂機(jī)從隧道的腰部向頂部(從下而上)進(jìn)行噴涂，每次噴涂厚度3~8㎜;

( 4 )待第一次噴涂基本干透后，繼續(xù)噴涂第二次，如此循環(huán)，直至噴涂到設(shè)計厚度;

( 5 )因噴涂表面不夠光滑，所以在最后一次噴涂后，要立即用料漿進(jìn)行手工補(bǔ)填找平、修整，使涂層表面平整光滑，并確保涂層達(dá)到設(shè)計厚度;

( 6 )基層完工后，要求涂層表面平整、光滑、潔凈。

表層施工

在基層基本干透成型后(約需 3d )，方可進(jìn)行表層施工(對要求較高的工程，如市政工程等，在表層施工前在基層表面刮一層膩子)。表層可以用噴槍、羊毛刷、輥筒等機(jī)具進(jìn)行施工，噴刷要求均勻、平滑、無色差。不同顏色的分界線要求平直、清晰。

養(yǎng)護(hù)

常規(guī)自然養(yǎng)護(hù)28d，養(yǎng)護(hù)條件與普通混凝土相同，涂層如有損傷，應(yīng)及時修補(bǔ)。

施工注意事項

( 1 )攪拌時漿料太干，可適當(dāng)增大水灰比，以適宜施工為準(zhǔn);

( 2 )在攪拌、噴涂、涂抹過程中，散落、反彈的漿料可及時收回利用;被污染的和超過 2h 的不能再用;

( 3 )涂料包裝袋一經(jīng)打開應(yīng)立即使用，受潮結(jié)塊的涂料不得使用;

包裝與貯運

1 、本產(chǎn)品為內(nèi)襯塑料袋的編織袋包裝，每袋 25kg 。

2 、本產(chǎn)品應(yīng)在陰涼、干燥的庫房內(nèi)貯存，有效貯存期為半年。

3 、本產(chǎn)品為不燃、不爆、無毒、無腐蝕之安全產(chǎn)品。貯運中注意密封，防止受潮和雨水浸入，材料受潮即失效。

研制報告

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市建設(shè)加快，流動人口迅速增加，交通建設(shè)及完善顯得尤為重要。而隧道以其實現(xiàn)目標(biāo)距離最短、占地面積最少、對自然環(huán)境及景觀破壞程度最小、造價低的特點受到了規(guī)劃建設(shè)者的青睞。但是隧道結(jié)構(gòu)一般是由石塊和鋼筋混凝土壘砌而成，溫度升至 60 0 ℃ 時，混凝土強(qiáng)度損失達(dá) 50 % 以上，鋼材的屈服應(yīng)力降到常溫下屈服力 1/3 以下。而隧道發(fā)生火災(zāi)時，溫度一般在 1 00 0 ℃ 以上，隧道砌體難以承受如此高溫，嚴(yán)重部分容易燒塌，再加上隧道環(huán)境相對密閉，人流密度大，一旦發(fā)生火災(zāi)，疏散和撲救相當(dāng)困難，容易造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，因此對隧道進(jìn)行防火處理顯得十分重要。

《 2005 年中國公路水路交通行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，截止 2005 年底，全國已建成公路隧道 2889 處，共 152.7萬m ;其中采用阻燃設(shè)計約占 1/10 ，因此對已有隧道防火改性具有較大的市場空間。同時據(jù)第三屆鐵路隧道年會發(fā)布的消息，今后6年我國將新建 300 萬 m 長的鐵路隧道，并且隨著北京到上海高鐵項目的立項，必將帶動隧道相關(guān)產(chǎn)品的需求量，特別是隧道防火涂料的需求量。

組成

隧道防火涂料主要由粘結(jié)劑、耐火填料、發(fā)泡材料和助劑組成。

粘接劑

約占涂料總體積的35%~40%。苯丙、醋丙、EVA、582 樹脂、水玻璃、耐火水泥、磷酸鹽等均為較好的粘結(jié)劑。由于粘結(jié)劑的用量較多，選擇粘結(jié)劑時，需考慮材料的價格、燃燒性能及火災(zāi)時的煙氣情況。

耐火填料

是隧道防火涂料的骨架成分之一，約占涂料總體積的35%~38%，其主要作用是高溫隔熱和降低熱導(dǎo)率。海泡石、膨脹珍珠巖、輕質(zhì)碳酸鈣、玻璃空心漂珠、高嶺土、礦渣棉、超細(xì)硅酸鋁等均是良好的無機(jī)輕質(zhì)隔熱填料。

膨脹劑

是隧道防火涂料的另一個主要成分，約占涂料總體積的8%~10%。高溫時，涂料成分發(fā)生改變，膨脹劑迅速發(fā)生膨脹，從而形成多孔的隔熱層，阻止熱量向隧道砌體的傳遞。膨脹蛭石、為無機(jī)發(fā)泡材料;三聚氰胺、聚磷酸銨是成熟的有機(jī)發(fā)泡體系，多在薄型或超薄型防火涂料中使用。

阻燃劑

用于涂料的阻燃，約占涂料總體積的12%~15%。它受熱時吸熱失水，協(xié)助膨脹隔熱。一般選用結(jié)晶水較多的硼化物、鋅化物及氫氧化鋁、氫氧化鎂。

其他助劑

主要改善涂料的和易性及理化性能，約占涂料總體積的3%~5%。常用的助劑有可再分散膠乳、高效減水劑等。

缺陷

我國對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)工作始于20世紀(jì)80年代中期，但限于當(dāng)時的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)狀況，除了上海延安東路越江隧道等有限的幾個隧道噴涂了防火涂料外，其它隧道的結(jié)構(gòu)都沒有采取防火措施。真正根據(jù)有關(guān)隧道設(shè)計規(guī)范設(shè)計、建造隧道，還是近幾年的事，而隧道防火涂料的應(yīng)用，則是從2001年前后開始的，當(dāng)時一些企業(yè)將厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料或混凝土樓板防火涂料甚至電纜防火涂料作為隧道防火涂料使用。因此關(guān)于隧道防火涂料研究的基礎(chǔ)比較薄弱，產(chǎn)品參差不齊，給隧道防火涂料施工和性能檢測帶來很大困難?，F(xiàn)今國內(nèi)隧道防火的主要缺陷有以下幾點:

涂層太厚

如按ISO834曲線升溫，耐火性能達(dá)到3h，一般涂料涂層厚度約需20~30mm ;由于涂層較厚，需要多次噴涂，施工困難。如按碳?xì)淝€升溫，隧道防火涂料不能承受快速升溫的熱沖擊，可能在幾分鐘內(nèi)就發(fā)生爆裂，不能滿足隧道的特殊防火要求。

粘結(jié)強(qiáng)度低

隧道防火涂料的粘結(jié)強(qiáng)度一般為0.1MPa，車輛在隧道通行時，會產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)和震動，不能滿足隧道的實際需要。

其他缺陷

未注重涂層毒性研究，一旦發(fā)生火災(zāi)，將影響火災(zāi)的撲救和隧道的修復(fù)。

耐水性較差，涂層長期處于隧道的潮濕環(huán)境中，會積水、甚至脫落。

設(shè)計原則

國內(nèi)外就隧道防火涂料研究已開展了大量的工作。如國內(nèi)學(xué)者提出一種以硅酸鹽為主要粘結(jié)劑，以氫氧化鋁、膨脹蛭石、三硅酸鎂等為填充料，四硼酸鈉為防火助劑的隧道防火涂料;針對隧道砌體不耐高溫的特點，研制了一種以無機(jī)膠凝材料為主的耐潮濕環(huán)境的水硬性隧道防火涂料，該涂料可同時應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土的防火保護(hù);開發(fā)了一種新型的物理膨脹阻燃劑，以可膨脹石墨為主，制取了一種無鹵、環(huán)保、并具有優(yōu)良防火性能的物理膨脹型防火涂料。

而國外學(xué)者研制出建筑物表面的無機(jī)防火涂料，由水硬性白水泥、水玻璃、蛭石、膨脹珍珠巖、無機(jī)玻璃纖維等組成;推出了以海泡石、鈣硅石、增強(qiáng)纖維、高鋁水泥、無定型硅石為主要組成的防火涂料，該涂料具有很好的絕熱性和防爆裂性，可應(yīng)用于建筑物外墻、隧道等;可用于金屬和混凝土表面的防火涂料，由膨潤土、硅酸鋁、硅灰石、硅酸鎂、玻璃微珠及一些多孔填料組成，粘結(jié)劑為水玻璃、波特蘭水泥、石膏、磷酸鹽類中的一種或幾種等。

上述報道的隧道防火涂料制造均是以水玻璃、水泥、白水泥、高鋁水泥、磷酸鹽類等無機(jī)物為粘結(jié)料，以珍珠巖、膨脹蛭石、微空硅酸鈣、硅藻土、粉煤灰玻璃微珠、海泡石粉、滑石粉等為填充骨料，以玻璃纖維、鋼纖維、聚丙烯纖維等為增強(qiáng)材料，以含結(jié)晶水的鋁、鎂、硼、鋅的氧化物等為阻燃劑，以上產(chǎn)品其組分主要由無機(jī)材料構(gòu)成。而從國內(nèi)外各類防火涂料的文獻(xiàn)看出，用于保護(hù)不燃性建筑結(jié)構(gòu)的涂料包括有機(jī)膨脹型厚漿涂料和輕體無機(jī)防火涂料兩類。在火災(zāi)溫度下，有機(jī)膨脹涂料的碳質(zhì)泡沫層，易逐漸消失而降低防火隔熱作用，即使是的涂料，涂層增至4mm時，耐火極限也只有1h。而無機(jī)防火涂料，由于密度輕，熱導(dǎo)率小，耐火性能好，隨涂層厚度不同，可滿足1~2h甚至更長時間的耐火要求。但純無機(jī)物構(gòu)成的防火涂料，容易出現(xiàn)硬而脆、產(chǎn)生龜裂脫落等不利情況。因此，在隧道防火涂料的研究中，一般應(yīng)采用非膨脹型、無污染的水性有機(jī)-無機(jī)復(fù)合涂料的研究技術(shù)路線。