隧道專用防火涂料的研制及應(yīng)用

1、隧道專用防火涂料的研制及應(yīng)用摘要：通過對當(dāng)前隧道防火涂料現(xiàn)狀、所用原料的分析，針對隧道環(huán)境特點(diǎn)對防火涂料性能的要求，研制出隧道專用的環(huán)保型防火涂料，其耐火極限、粘結(jié)強(qiáng)度等主要技術(shù)要求超過GA98各項指標(biāo)，且耐火極限達(dá)到或超過GB/T714RABT升溫曲線試驗(yàn)條件，并應(yīng)用于2008年上海市三項重點(diǎn)工程之一的上中路隧道防火保護(hù)層，市場前景廣闊。引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、對交通需求日趨增長，在交通樞紐的城市和江?？v橫地域勢必興建隧道和地鐵。而隧道具有其他建筑類型所沒有的特點(diǎn)，即狹窄的空間、與外界有限的出入口，導(dǎo)致有限的排煙、散熱條件，一旦發(fā)生火災(zāi)，造成著火點(diǎn)周圍升溫極快、短時間內(nèi)會積聚大量有毒有害煙氣

2、，當(dāng)車流高峰時，火勢還容易快速蔓延。另一方面外部消防力量難以進(jìn)入救援，隧道內(nèi)人員逃生困難，時間一久，隧道襯砌和結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)一步加重災(zāi)情。為此，國內(nèi)外在隧道防火方面頒布了一系列技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和要求，國內(nèi)相關(guān)隧道規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)有：GB501572003地鐵設(shè)計規(guī)范、TBJ31985鐵路隧道設(shè)計規(guī)范、JPJ0261990公路隧道設(shè)計規(guī)范、GBJ161987建筑設(shè)計防火規(guī)范、GA982005混凝土結(jié)構(gòu)防火涂料、GB149072002鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、GB500161996石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范等。構(gòu)筑隧道的鋼筋混凝土雖是不燃體，但耐火性有限。美國國家標(biāo)準(zhǔn)和測試協(xié)會（NIST）指出：高強(qiáng)混凝土（HSC）在溫

3、度達(dá)到380時，強(qiáng)度開始下降，其抗壓強(qiáng)度在450時，損失40%，600時損失75%，800時無強(qiáng)度，而且當(dāng)溫度超過250時，隧道的連接件、密封件相繼破壞，導(dǎo)致漏水1-3。因此對隧道結(jié)構(gòu)必須采取防火措施，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，確保其穩(wěn)定性和完整性，以減少災(zāi)情和維修費(fèi)用，縮短修復(fù)時間。本文研制出一種專用于隧道的環(huán)保型防火涂料并對其工程應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行介紹，不妥之處謹(jǐn)請同行專家不吝指正。1隧道防火涂料的技術(shù)要求和現(xiàn)狀1.1技術(shù)要求隧道是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，除了防止烴類火災(zāi)之外，同時還要考慮空間狹窄、溫度變化快、噪音大、振動大等環(huán)境特點(diǎn)，研制的防火涂料應(yīng)具備下列技術(shù)性能：（1）水性、符合環(huán)保要求，減少生產(chǎn)、運(yùn)輸、施工

4、、應(yīng)用污染；（2）與混凝土有較好的粘結(jié)強(qiáng)度；（3）在高溫下，不因涂料分解而釋放出有毒有害煙氣；（4）涂料耐堿、耐水、耐潮濕、耐凍融、耐濕熱性好；（5）最重要的是涂料具有較長的耐火極限，符合ISO834（或RSW）C-H標(biāo)準(zhǔn)曲線，提高標(biāo)準(zhǔn)要符合GA/T7142007構(gòu)件用防火保護(hù)材料快速升溫耐火試驗(yàn)方法中耐火材料RABT標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線試驗(yàn)技術(shù)指標(biāo)要求；（6）其他技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合GA98中表2隧道防火涂料要求。1.2現(xiàn)狀目前國內(nèi)外主要防火涂料的品種和性能列于表1。表1國內(nèi)外防火涂料的主要性能比較2實(shí)驗(yàn)部分2.1選材2.1.1粘結(jié)劑主要從3方面考慮：（1）隧道內(nèi)空間狹窄，盡量避免使用有機(jī)材料，以免發(fā)生火

5、災(zāi)時，有機(jī)物分解出有毒氣體；（2）隧道結(jié)構(gòu)為混凝土、高堿性材料，應(yīng)選用與混凝土附著力好又耐堿的材料；（3）應(yīng)具有較高的耐溫性。硅酸鹽水泥具有不燃、耐水、耐堿、耐久、耐候、水溶性等優(yōu)越性能，且在600下一定時間內(nèi)仍具有一定強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性，如果采用高鋁礦渣水泥鋁礬土熟料，成型后混凝土耐溫性可達(dá)1300以上，但機(jī)械強(qiáng)度不如硅酸鹽水泥。綜合考慮，粘結(jié)劑以硅酸鹽水泥為主體，添加適量高鋁礦渣水泥，使混凝土具有最佳的耐溫性和強(qiáng)度。2.1.2耐溫隔熱骨料作為隧道專用防火涂料的骨料，需具備耐高溫、導(dǎo)熱率低、相對密度小、粒徑分布合理等特點(diǎn)，使配制成的涂料能防火、隔熱、吸音。正常情況下，能減弱隧道內(nèi)噪音，火災(zāi)時能

6、在較長時間內(nèi)保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和完整性，經(jīng)試驗(yàn)，選擇膨脹珍珠巖和蛭石，其主要指標(biāo)如表2所示。表2耐火骨料的物理性能4，6表2耐火骨料的物理性能2.1.3其他耐溫隔熱材料巖棉纖維具有密度低（150kg/m3）、導(dǎo)熱系數(shù)?。?.07W/mK）、化學(xué)穩(wěn)定性好（耐酸、堿）等特點(diǎn)，而且?guī)r棉纖維質(zhì)地柔軟，細(xì)而富有彈性，經(jīng)加工成合適的長度后添加到防火涂料中，可防止、減少涂層干燥過程中收縮龜裂和高溫下開裂，增加涂層的機(jī)械強(qiáng)度。海泡石：是一種低密度、低導(dǎo)熱率的不燃性材料，具有懸浮功能，作為涂料助劑，改善涂料的穩(wěn)定性。其他：為改善涂料的施工性能，適量加些助劑。2.2配方的篩選和確定配方篩選以CA982005混

7、凝土結(jié)構(gòu)防火涂料中表2隧道防火涂料的技術(shù)指標(biāo)為依據(jù)，通過大量試驗(yàn)，最后確定如表3所示。表3HX-SF701隧道專用防火涂料配方2.3生產(chǎn)工藝經(jīng)小試和性能檢測，確定涂料的生產(chǎn)配方和工藝，工藝流程如圖1所示。圖1涂料生產(chǎn)工藝流程施工應(yīng)用前，將干料與水按一定比例攪拌均勻成漿料，測粘度（符合施工要求），達(dá)標(biāo)后即可。2.4防火涂料技術(shù)性能指標(biāo)按GA982005混凝土結(jié)構(gòu)防火涂料中4.2.2隧道防火涂料的技術(shù)要求經(jīng)相關(guān)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測，結(jié)果見表4。表4隧道防火涂料HX-SF701檢測報告為了進(jìn)一步提高并驗(yàn)證研制的新產(chǎn)品的防火可靠性，公安部于2007年12月1日頒布了GA/T714構(gòu)件用防火保護(hù)材料快速

8、升溫耐火試驗(yàn)方法，即RABT升溫曲線，與目前ISO834C-H升溫曲線（標(biāo)準(zhǔn)烴類火災(zāi)曲線）相比，區(qū)別有二：其一，升溫速度快，6min（標(biāo)準(zhǔn)曲線12min）；其二，溫度高，1200（標(biāo)準(zhǔn)曲線1100）。RABT升溫曲線試驗(yàn)方法更接近隧道全封閉、空間狹窄、火災(zāi)時急劇升溫的狀況。HX-SF701產(chǎn)品經(jīng)國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測，結(jié)果見表5。表5HX-SF701隧道專用防火涂料RABT耐火極限試驗(yàn)于2009年3月初通過公安部消防總局等相關(guān)部門對HX-SF701產(chǎn)品的抽檢型式檢驗(yàn)。3結(jié)果與分析表4、5檢測結(jié)果表明：HX-SF701隧道專用防火涂料耐火極限高于GA98標(biāo)準(zhǔn)要求，其他指標(biāo)

9、均符合要求，隧道防火涂料最重要的性能耐火極限、粘結(jié)強(qiáng)度也高于同類產(chǎn)品（表6）。表6不同品種防火涂料的主要指標(biāo)比較7較高的粘結(jié)強(qiáng)度、較長時間的耐火極限，隧道在車流動態(tài)震動和外力作用下，涂層的穩(wěn)定性好，發(fā)生火災(zāi)時，遂道結(jié)構(gòu)完整性保持時間長，利于消防和減輕災(zāi)情，縮短修復(fù)時間。4應(yīng)用4.1首用工程HX-SF701隧道專用防火涂料產(chǎn)品，2007年底首次涂裝在浙江甬金高速公路沿線及杭金高速公路隧道內(nèi)襯10萬m2、施工質(zhì)量正常，一年多來運(yùn)行情況良好。圖2展示隧道頂及壁噴涂HX-SF701涂料（201）mm，以HX028面漆（100m）罩面。圖2隧道頂及壁的噴涂4.2上海上中路隧道工程4.2.1工程概況上中路

10、越江隧道工程是上海市中環(huán)線南段穿越黃浦江的一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程，起點(diǎn)西接中環(huán)南段道路工程，終點(diǎn)東接浦東段華夏西路工程，線路總長約2.8km。道路橫斷面采用雙向八車道主線和雙向四車道的地面輔道；道路等級：城市快速路；設(shè)計時速：主線為80km/h，匝道、輔線等為40km/h。原設(shè)計工程效果見圖3。圖3上中路隧道工程效果圖4.2.2工程特點(diǎn)上中路遂道工程（以下簡稱工程），與國內(nèi)外其他隧道工程相比，具有下列特點(diǎn)：（1）工程難度高。該工程是目前世界上橫斷面孔徑（13m）最大的隧道，采用上面為雙向八車道主線和地面四車輔線的雙層隧道。（2）工程量大。工程線路總長2800m，防火涂層施工面積78800m2。（3）

11、工程防火等級高。要求防火材料燃燒性能達(dá)到A級標(biāo)準(zhǔn)，在隧道環(huán)境條件下使用25年，不產(chǎn)生結(jié)鹵、粉化、撓曲、開裂，確保防火效果穩(wěn)定性。4.2.3應(yīng)用工程于2008年3月開始進(jìn)行防火涂層施工，先對隧道下層的24m長度作試涂，產(chǎn)品出具型式試驗(yàn)報告、環(huán)境影響試驗(yàn)和粘接強(qiáng)度等專項檢測報告，同時由監(jiān)理公司進(jìn)行實(shí)地測量和施工質(zhì)量驗(yàn)收。經(jīng)業(yè)主項目部、設(shè)計、消防、監(jiān)理、涂料供應(yīng)企業(yè)等相關(guān)各方共同配合、認(rèn)可后，工程全面鋪開，于2009年1月15日南線全部竣工，共使用HX-SF701隧道專用防火涂料700多t，并于2009年1月20日作為上海2008年三大重點(diǎn)工程之一，舉行了試通車典禮，施工面積39000m2。運(yùn)行2個月情況良好。整個工程于2009年4月中旬全線竣工通車。5結(jié)語火災(zāi)溫度大多在8001200，火災(zāi)發(fā)生10min后火場溫度即超過700，對建筑造成破壞，尤其是“911”事件中，美國世貿(mào)中心大廈在大火作用下，主樓僅經(jīng)30min便倒塌，造成了死亡279人、損失360億美元的慘案，引起了全世界對建筑物（含隧