隧道专用防火涂料的研制及应用

隧道专用防火涂料的研制及应用摘要：通过对当前隧道防火涂料现状、所用原料的分析，针对隧道环境特点对防火涂料性能的要求，研制出隧道专用的环保型防火涂料，其耐火极限、粘结强度等主要技术要求超过GA98各项指标，且耐火极限达到或超过GB/T714RABT升温曲线试验条件，并应用于2008年上海市三项重点工程之一的上中路隧道防火保护层，市场前景广阔。引言随着国民经济的发展、对交通需求日趋增长，在交通枢纽的城市和江海纵横地域势必兴建隧道和地铁。而隧道具有其他建筑类型所没有的特点，即狭窄的空间、与外界有限的出入口，导致有限的排烟、散热条件，一旦发生火灾，造成着火点周围升温极快、短时间内会积聚大量有毒有害烟气，当车流高峰时，火势还容易快速蔓延。另一方面外部消防力量难以进入救援，隧道内人员逃生困难，时间一久，隧道衬砌和结构破坏，进一步加重灾情。为此，国内外在隧道防火方面颁布了一系列技术规范、标准和要求，国内相关隧道规范和标准有：GB50157—2003《地铁设计规范》、TBJ3—1985《铁路隧道设计规范》、JPJ026—1990《公路隧道设计规范》、GBJ16—1987《建筑设计防火规范》、GA98—2005《混凝土结构防火涂料》、GB14907—2002《钢结构防火涂料》、GB50016—1996《石油化工企业设计防火规范》等。构筑隧道的钢筋混凝土虽是不燃体，但耐火性有限。美国国家标准和测试协会（NIST）指出：高强混凝土（HSC）在温度达到380℃时，强度开始下降，其抗压强度在450℃时，损失40%，600℃时损失75%，800℃时无强度，而且当温度超过250℃时，隧道的连接件、密封件相继破坏，导致漏水［1-3］。因此对隧道结构必须采取防火措施，当发生火灾时，确保其稳定性和完整性，以减少灾情和维修费用，缩短修复时间。本文研制出一种专用于隧道的环保型防火涂料并对其工程应用实例进行介绍，不妥之处谨请同行专家不吝指正。1隧道防火涂料的技术要求和现状1.1技术要求隧道是钢筋混凝土结构，除了防止烃类火灾之外，同时还要考虑空间狭窄、温度变化快、噪音大、振动大等环境特点，研制的防火涂料应具备下列技术性能：（1）水性、符合环保要求，减少生产、运输、施工、应用污染；（2）与混凝土有较好的粘结强度；（3）在高温下，不因涂料分解而释放出有毒有害烟气；（4）涂料耐碱、耐水、耐潮湿、耐冻融、耐湿热性好；（5）最重要的是涂料具有较长的耐火极限，符合ISO834（或RSW）C-H标准曲线，提高标准要符合GA/T714—2007《构件用防火保护材料快速升温耐火试验方法》中耐火材料RABT标准升温曲线试验技术指标要求；（6）其他技术指标应符合GA98中表2隧道防火涂料要求。1.2现状目前国内外主要防火涂料的品种和性能列于表1。表1国内外防火涂料的主要性能比较2实验部分2.1选材2.1.1粘结剂主要从3方面考虑：（1）隧道内空间狭窄，尽量避免使用有机材料，以免发生火灾时，有机物分解出有毒气体；（2）隧道结构为混凝土、高碱性材料，应选用与混凝土附着力好又耐碱的材料；（3）应具有较高的耐温性。硅酸盐水泥具有不燃、耐水、耐碱、耐久、耐候、水溶性等优越性能，且在600℃下一定时间内仍具有一定强度和结构完整性，如果采用高铝矿渣水泥铝矾土熟料，成型后混凝土耐温性可达1300℃以上，但机械强度不如硅酸盐水泥。综合考虑，粘结剂以硅酸盐水泥为主体，添加适量高铝矿渣水泥，使混凝土具有最佳的耐温性和强度。2.1.2耐温隔热骨料作为隧道专用防火涂料的骨料，需具备耐高温、导热率低、相对密度小、粒径分布合理等特点，使配制成的涂料能防火、隔热、吸音。正常情况下，能减弱隧道内噪音，火灾时能在较长时间内保护混凝土结构的稳定性和完整性，经试验，选择膨胀珍珠岩和蛭石，其主要指标如表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其他耐温隔热材料岩棉纤维具有密度低（150kg/m3）、导热系数小（0.07W/m·K）、化学稳定性好（耐酸、碱）等特点，而且岩棉纤维质地柔软，细而富有弹性，经加工成合适的长度后添加到防火涂料中，可防止、减少涂层干燥过程中收缩龟裂和高温下开裂，增加涂层的机械强度。海泡石：是一种低密度、低导热率的不燃性材料，具有悬浮功能，作为涂料助剂，改善涂料的稳定性。其他：为改善涂料的施工性能，适量加些助剂。2.2配方的筛选和确定配方筛选以CA98—2005《混凝土结构防火涂料》中表2隧道防火涂料的技术指标为依据，通过大量试验，最后确定如表3所示。表3HX-SF701隧道专用防火涂料配方2.3生产工艺经小试和性能检测，确定涂料的生产配方和工艺，工艺流程如图1所示。图1涂料生产工艺流程施工应用前，将干料与水按一定比例搅拌均匀成浆料，测粘度（符合施工要求），达标后即可。2.4防火涂料技术性能指标按GA98—2005《混凝土结构防火涂料》中4.2.2隧道防火涂料的技术要求经相关质量监督检验中心检测，结果见表4。表4隧道防火涂料HX-SF701检测报告为了进一步提高并验证研制的新产品的防火可靠性，公安部于2007年12月1日颁布了GA/T714《构件用防火保护材料快速升温耐火试验方法》，即RABT升温曲线，与目前ISO834C-H升温曲线（标准烃类火灾曲线）相比，区别有二：其一，升温速度快，≤6min（标准曲线12min）；其二，温度高，1200℃（标准曲线1100℃）。RABT升温曲线试验方法更接近隧道全封闭、空间狭窄、火灾时急剧升温的状况。HX-SF701产品经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测，结果见表5。表5HX-SF701隧道专用防火涂料RABT耐火极限试验于2009年3月初通过公安部消防总局等相关部门对HX-SF701产品的抽检型式检验。3结果与分析表4、5检测结果表明：HX-SF701隧道专用防火涂料耐火极限高于GA98标准要求，其他指标均符合要求，隧道防火涂料最重要的性能——耐火极限、粘结强度也高于同类产品（表6）。表6不同品种防火涂料的主要指标比较［7］较高的粘结强度、较长时间的耐火极限，隧道在车流动态震动和外力作用下，涂层的稳定性好，发生火灾时，遂道结构完整性保持时间长，利于消防和减轻灾情，缩短修复时间。4应用4.1首用工程HX-SF701隧道专用防火涂料产品，2007年底首次涂装在浙江甬金高速公路沿线及杭金高速公路隧道内衬10万m2、施工质量正常，一年多来运行情况良好。图2展示隧道顶及壁喷涂HX-SF701涂料（20±1）mm，以HX028面漆（100μm）罩面。图2隧道顶及壁的喷涂4.2上海上中路隧道工程4.2.1工程概况上中路越江隧道工程是上海市中环线南段穿越黄浦江的一个关键节点工程，起点西接中环南段道路工程，终点东接浦东段华夏西路工程，线路总长约2.8km。道路横断面采用双向八车道主线和双向四车道的地面辅道；道路等级：城市快速路；设计时速：主线为80km/h，匝道、辅线等为40km/h。原设计工程效果见图3。图3上中路隧道工程效果图4.2.2工程特点上中路遂道工程（以下简称工程），与国内外其他隧道工程相比，具有下列特点：（1）工程难度高。该工程是目前世界上横断面孔径（Φ13m）最大的隧道，采用上面为双向八车道主线和地面四车辅线的双层隧道。（2）工程量大。工程线路总长2800m，防火涂层施工面积78800m2。（3）工程防火等级高。要求防火材料燃烧性能达到A级标准，在隧道环境条件下使用25年，不产生结卤、粉化、挠曲、开裂，确保防火效果稳定性。4.2.3应用工程于2008年3月开始进行防火涂层施工，先对隧道下层的24m长度作试涂，产品出具型式试验报告、环境影响试验和粘接强度等专项检测报告，同时由监理公司进行实地测量和施工质量验收。经业主项目部、设计、消防、监理、涂料供应企业等相关各方共同配合、认可后，工程全面铺开，于2009年1月15日南线全部竣工，共使用HX-SF701隧道专用防火涂料700多t，并于2009年1月20日作为上海2008年三大重点工程之一，举行了试通车典礼，施工面积39000m2。运行2个月情况良好。整个工程于2009年4月中旬全线竣工通车。5结语火灾温度大多在800~1200℃，火灾发生10min后火场温度即超过700℃，对建筑造成破坏，尤其是“9·11”事件中，美国世贸中心大厦在大火作用下，主楼仅经30min便倒塌，造成了死亡279人、损失360亿美元的惨案，引起了全世界对建筑物（含隧道）防火措施的重视。车流如梭的隧道一旦因火灾而塌陷，灾情难以估计。因此，我国GA98标准，对隧道防火涂料指标专列一项，且提出耐火极限RABT升温曲线试验法，当前能超过RABT曲线极限时间的防火涂料尚未见报导。随着三江（长江、珠江、松花江）、四河（黄河、淮河、海河、辽河）及海底隧道工程的增加和大城市地铁的兴建，环保型隧道专用防火涂料的市场前景十分广阔。本文来源：