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1、2 0 0 7年 1 2月 第2 3卷第 1 2期 武警学院学报 J O U R N A L O F C H I N E S E P E 0 眦 S A R ME D P O L I C E F O R C E A C A D E MY De c 2 0 07 V o 1 2 3 N o 1 2 隧 道 防 火 涂 料 的 研 究 进 展 与 发 展 趋 势 彭 玲(长沙市消防支 队，湖南 长沙4 1 0 0 1 4)摘要：对 隧道防 火涂料的组成、工作 原理、生产工艺流程及技 术指标等作 了简要阐述，并对近年来 国内外隧道 防火涂 料研 究 中存在 的问题及今后的发展 方向进行 了探讨与展望
2、，认 为隧道防 火涂料既要 满足 隧道 防火设计的要求，又要具 有较 高的性价 比及环保性。关键词：隧道；防火涂料；防火原理；研 究现状；发展趋 势 中图分类号：D 6 3 1 6 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 8 2 0 7 7(2 0 0 7)1 2 0 0 0 8 0 4 近年来，随着我国经济和交通运输业的发展。各 种隧道不 断增力 I I。隧道不仅 承担 着交通运输 的重 任，还具有容纳及保护光缆、电缆甚至是输 油管、输 水管通道的功能。尽管作为隧道 内主体建筑 的钢筋 混凝土构件为不燃性材料，然而，由隧道火灾引起的 隧道内空气在短时 间内的急剧升温。会致使钢筋混 凝土内的结合
3、水蒸发为气体，其体积膨胀产生的压 力会导致混凝土表层发生炸裂，并出现较大的塌陷，同时，侧壁也会失去稳定，从而危及施工及救火人员 的生命安全，给生命及财产造成 巨大损失。因此，加 强隧道的防火_丁作刻不容缓。隧道防火涂料是一种针对隧道内壁及拱顶在火 灾中免受烧损而专 门设计 的一种涂料，其 具有众多 的优点：隧道防火涂料喷涂在 隧道 内拱顶 和侧壁 的 表面，起防火隔热保护作用，可有效防止隧道 内钢筋 混凝土在高温下强度降低，避免混凝土炸裂及衬 内 钢筋破坏失去支撑能力而导致隧道垮塌等 J。本文 简要介绍隧道防火涂料的组成、_丁作原理、生产工艺 流程及技术指标，并对其存在 的问题及今后 的发展
4、方向进行探讨。1 隧道防火涂料 1 1 隧道防火涂料的组成 收稿 日期-2 0 0 71 01 9 作者简介：彭玲(1 9 7 2 一)，女，湖南湘乡人，工程师。8 隧道防火涂料 由以下几部分 组成：(1)主粘接 剂。应适应隧道所处 的潮湿环境，同化后其粘接强 度高，高温 时其强 度损 失小，且 耐 冲击、耐冷热 循 环。(2)辅助粘接剂。为隧道防火涂料的主成分 之一，其主要作用是高温隔热和降低热导率。辅助 粘接剂需存在一定的级配，有利于各成分之 间填充 密实；同时，辅助粘接剂 中不能含有碱金属离子，原 因在于碱金属离子在 潮湿 的隧道环境 中易发生迁 移，从而出现返 卤现象或使涂料与隧道壁粘
5、接性降 低等；另外，所 用的填 料还应 考 虑施 丁 的方便性。(3)膨胀剂。为隧道 防火 涂料的另一个 主要成分。在高温条件下，由于涂料成分发生改变，膨胀剂迅速 发生膨胀，能形成多孔 的隔热层，从而阻止热量 向隧 道砌体的传递。(4)阻燃剂。对涂料起阻燃作用，其 受热时吸热失水，协助涂料膨胀隔热。阻燃剂一般 选用结晶水较多的硼化物和锌化物，同时阻燃 剂还 有利于涂料的固化。(5)防水剂。主要用于促进 涂料的固化和提高涂料的早期强度，同时还吸收涂 料中游离的碱金属及碱土金属离子，起到防水作用。(6)其它助剂。主要是提高施工的方便性。1 2 隧道防火涂料的防火原理 由燃烧条件可知，要使燃烧不能发
6、生，隔绝其三 要素之一即可。如果以难燃或者不燃的涂料将可燃 维普资讯 http:/ 武警学院学报)2 0 0 7年第 l 2期(总第 1 3 8期)消防理论研究 物表面封闭起来，避免与空气接触，使可燃物表 面变 成难燃或者不燃 的表面，将可避免燃烧 的发生。例 如，防火涂料体系中的硼化物在高温条件下，可 以在 被保护基材 的表面形成一层玻璃状薄片，起隔绝空 气、隔断火焰及隔热的作用。从燃烧蔓延扩大的途径 可知，要阻止燃 烧的蔓 延扩大，必须隔绝被保护物体 以任何形式 的热量传 播。如利用膨胀隔热层 阻止热量 向隧道砌体 的传 递，利用高导热和高反射性能 的涂层排热及 利用 吸 热的化学反应抵消
7、外部热源散发的热量等均可起到 阻止燃烧蔓延扩大的 目的 J。例如，涂料中铝的氢 氧化物等无机添加剂在火灾情况下会发生分解，其 反应式 如下：2 A 1(O H)3=A 1 2 O 3+3 H2 O 一2 9 0 k J (1)氢氧化铝在 2 0 03 0 0 之问会发生急剧分解，生成 A 1 O 和水，其反应为吸热反应。首先，氢氧化 铝脱水时吸收的热量会使体系的温度有所降低；脱 出的水在较高温度下变成水蒸气，又需吸收一部分 热量；同时，大量的水蒸气也可抑制炯气的生成；另 外，反应产物中的 A 1 1 O，为无机耐火材料，可与燃烧 形成 的其 它 碳化 物 协 同起 到很 好 的 防火 隔热 效
8、 果 j。1 3 隧道 防火涂料 的生 产工 艺过 程 隧道防火涂 料的生产工艺过程为：主要原材料 一搅拌机预搅拌一加入辅助剂继续搅拌一 出料一计 量包装。(1)将主粘结剂、辅助粘结剂等原料过筛，除去粗颗粒，以避 免喷涂施 r 时，粗颗粒堵塞管道、喷枪。(2)将 主 要 原 料 等 放 入 搅 拌 机 中预 搅 拌 4 mi n，再加入助剂，充分搅拌混合均匀。(3)将混合 均匀的产品称量包装，产品需防潮，包装时内衬塑料 袋，外套编织袋。1 4隧道 防 火涂 料 的技 术指 标 关于隧道防火涂料的研 发及生产始于 2 0世纪 9 0年代末，至今其还未有统一 的 国家标 准(为 了给 隧道防火涂料
9、 的研究开发、推广应用和产品质量监 督管理提供全 国统一的技术依据，目前 国家标准正 在制定中)，有些厂家制定了企业标准，其耐火性能 按公安部颁布的公共安全行业标准 G A 9 8(预应力混 凝土楼板防火涂料通用技术条件 进行试验。理化 性能试验用底板 采用石棉水泥板，试验方法类似 于 钢结 构 防 火 涂 料；耐 火 性 能 试 验 用 底 板 采 用 G B 1 4 0 4 0规定的预应力混凝 土空心板，如型号为 Y K B 3 6 6 2的多孔板，该板标定长度 3 6 m，标定宽 度 6 0 0 mm，荷载等级二级。试验时将待测的防火涂 料均匀地喷涂在预应力板配力筋一 面上，到规定 的
10、厚度，并干燥养护 l 5天以上，安装于卧式炉上，按设 计荷载均布加载，如用 YK B 3 6 6 2型多孑 L 板，加 压荷载为 4 0 0 k g m 。根据 G B T 9 9 7 8建筑 构件耐 火试验方法 的有关规定进行耐火试验，试验结果 以 防火涂层厚 度(m m)和 涂覆试 板 耐火 极 限(h)表 示 I 9 。其隧道防 火涂料技术 指标 要求 如表 1所 示 表 1 隧道防火涂料技术指标 项 目 单位 技术指标 外观(于料)灰白色，颗粒状轻 质粉末 干燥时间，表干 h 2 4 干密度 k g m 6 8 0 耐水性能 h 2 4，涂层不丌裂、起层、脱落 经 1 5次试验后，涂层
11、 耐冷热循环件 次 不丌裂、起层、脱落、变 色 粘结强度 MP a 混凝 土0 1 M P a 抗 冲击性能 次 3 抗 冻性 1 5次，不丌裂，脱落 抗压强度 MP a 1 2 高温残余线 4 收缩率 经 2 4 h试验后，涂层 不玎裂、耐碱性 起层、脱落，允许轻微发胀和变色 涂层 厚度 7 m m，1 0 m m；耐火性能 耐火极限 1 O h，1 5 h 2 隧道防火涂料的研究现状 我国对隧道结构 的防火保护 作最早 始于 2 0 世纪 8 0年代中期，但限于 当时落后 的技术及经济条 件，除 r上海延安东路越 江隧道等有限的几条隧道 喷涂了防火涂料外，其它隧道结构均未采取 防火措 施。
12、真正依据有关隧道设计规 范设计、建造 隧道为 近几年的事，而隧道防火涂料 的应用则开始于 2 0 0 1 年前后，当时，一些企业将厚型钢结构防火涂料或混 凝土楼板防火涂料甚至电缆防火涂料作为隧道防火 涂料使用，然而由于这些涂料保护的对象不同，其综 合性能远未能达到 隧道防火涂料 的标准，如 电缆防 火涂料 是专用 于 电缆 的被 动 防火 保护 的涂料，按 I S O 8 3 4曲线升温，耐火极 限最多 2 0 ra i n，难以抵手)_l 隧 道火灾；电缆 防火涂料 的有效 成分几 乎全为有机物 质，有机物质稳定性及耐久性较 差，发生火灾 时，涂 料会产生有害物质，在隧道中杜绝选用；厚型钢结
13、构 防火涂料或混凝土楼板 防火涂料耐火极 限较高，但 9 维普资讯 http:/ 彭玲：隧道 防火涂料 的研究进展与发展趋势 它们存在涂层太厚、粘结强度低、涂层毒性、耐水性 较差等问题。目前，国内外关 于隧道防火涂料的研制 已取得 较大进展。已有国内学者提出一种以硅酸盐为主要 黏结剂，以氢氧化铝、膨胀蛭石、三硅酸镁 等为填充 料，四硼酸钠为防火助剂的隧道防火涂料；针对隧道 砌体较差的耐高温性能，研制 了一种 以无机胶凝材 料为主的耐潮湿环境的水硬性隧道防火涂料，该涂 料可同时应用于钢结构和混凝土的防火保护；开发 了一种新型的物理膨胀阻燃剂，以可膨胀石墨为主，制取了一种无卤、环保、并具有优 良防
14、火性能的物理 膨胀型防火涂料。国外学者研制出建筑物表面的无 机防火涂料，由水硬性白水泥、水玻 璃、蛭石、膨胀珍 珠岩、无机玻璃纤维等组成；推 出了以海泡石、钙硅 石、增强纤维、高铝水泥、无定型硅石 为主要组成 的 防火涂料，该涂料具有很好 的绝热性和防爆裂性，可 应用于建筑物外墙、隧道等；可用于金属和混凝土表 面的防火涂料，由膨润土、硅酸铝、硅灰石、硅酸镁、玻璃微珠及一些多孑 L 填料组成，黏结剂为水玻璃、波 特兰水泥、石膏、磷酸盐类中的一种或几种等。从国内外各类防火涂料的文献专利看 出，用于 保护不燃性建筑结构的涂料包括有机膨胀型厚浆涂 料和轻体无机防火 喷涂料两类。在火灾温度下，有 机膨胀
15、涂料的碳质泡沫层易逐渐消失而降低防火隔 热作用，即使是最好 的涂料，涂层增至 4 1 7 m m时，耐 火极限也只有 1 h。而无机喷涂料，由于密度轻，热导 率小，耐火性能好，随涂层厚度不 同，可满足 12 h 甚至更长时间的耐火要求。但纯粹的无机物构成的 喷涂料，容 易出现硬 而脆，产生龟裂脱落等不利情 况。公安部四川消防研究所在这些基础 上研制 出了 一种由无 机材料和高分子材料 复合的隧道 防火涂 料，该隧道防火涂料 由高标号水 泥、聚磷 酸铝、水 玻璃、膨胀珍 珠岩、粉煤 灰玻璃微珠、云母 粉、高岭 土、硅酸铝纤维、氢氧化铝、氢氧化镁、四硼酸钠等材 料组成；并研制 了改性醋酸乙烯乳液(
16、WM)作为隧 道防火涂料分散剂来改性硅酸盐、磷酸盐无机 黏合 剂。结合有机高分子和无机材料的优点，让两种活性 组分相互作用，再配合以耐高温的硅酸铝纤维增强。该涂料具有黏结性高、耐水性好、耐火极限高、环保 性好等优点。3 隧道防火涂料的发展趋势 隧道防火涂料 的研制正 随着整个涂 料行业 向 l 0 “五 E”方 向迈进，即提高涂膜质量(E x c e l l e n t)、方便 施_丁(E a s y o f a p p l i c a t i o n)、节省资源(E c o n o mi c s)、节 省能源(E n e r g y s a v i n g)、生态平衡(E c o l o g
17、y)。研 制 的涂料既要满足工业化连续生产的需要，又要保 障 生产时无“三废”产生。因此，隧道 防火涂料一般应 采用非膨胀型的、无 污染 的水性有机 一无机复合涂 料的研究技术路线 。其今后的发展方 向为 J：(1)发展超薄型膨胀隧道防火涂料和无机轻质膨胀 型隧道防火涂料等，避免现有的隧道 防火涂料涂层 过厚的缺陷；(2)发展水性和环保型隧道 防火涂料，尽量减少或避免 因生产、施工或燃烧造成的环境污 染和人身伤害；(3)水性 隧道防火涂料在温度 0 C以 下施T时，由于水结冰，影响涂料 的初凝时间及粘结 性能，天气转暖后，冰块融化，涂层局部有空鼓、开裂 甚至脱落现象，尚需进一步完善；(4)寻求
18、在涂料 中 使用的高性 能增强材料，以确保涂层膨胀后 能长时 间耐火隔热而不致脱落，并在隧道 防火涂 料的耐水 性、装饰性、降低成本等方面不断发展；(5)既要重视 防火性、理化性能和使用性能的研究，也要重视提高 施T技术水平，以保证产品和涂层的品质；(6)拓展 隧道防火涂料应用领域，例如大型地下车库、停车场 等场所。随着围家标准的确定和人们 日益提高的安全意 识，隧道防火涂料的发展将会走向良好的发展轨迹，朝着环保型或高性能的“绿色建材”发展。参考文献：1 杨卫东 公路 隧道 防 火安 全 J 消防技 术 与产 品信 息，2 0 0 1，(9)：4 44 6 2 何世 家 钢筋混泥土耐 火特性
19、和隧道砌体 用防 火涂料 J 涂料 工业，2 0 0 3，(9)：I 1 一l 3 3 何世 家 隧道防 火涂料 的研制 J 新建筑材料，2 0 0 2，(9)：3 0 3l 4E R R I F A I I，J A MA C，B r a s M L e，e t a 1 E l a b o r a t i o n o f a fi r e r e t a r d a n t c o a t i n g f o r p o l y a mi d e 6 u s i n g c o l d p l a s ma p o l y me r i z a t i o n o f a fl u o r i
20、-n a t e d a c ry l a t e J S u r f a c e a n d C o a t i n g T e c h n o l o g y，2 0 0 4，(1 8 0一 l 8 1)：2 9 73 01 5张硕 生，等 隧道防火保护现状及 发展趋势 J 消防技术与产品 信 息，2 0 0 3，(7)：6 9 6B R A D Y J，R O B E R T F，e t a 1 N e w d e v e l o p m e n t s i n fi r er e s i s t a n t c o a t i n g s J J o u rna l o f P r o
21、 t e c t i v e C o a t i n g s and L i n i n g s，2 0 0 2，(5)：5 45 7 7 G A 9 81 9 9 5，预应力混凝土楼板防火涂料通用技 术条件 s 8 G B T 7 7 9 8 8 8，建筑构件耐 火性能试样 方法 s 9G AI 1 01 9 9 5，建筑构件防 火涂料材料性能的试验方法 s 1 0朱继红 消防技 术在 隧道 火灾中的应用 c 国际隧道研讨会 维普资讯 http:/ 武警学 院学报)2 0 0 7年第 1 2期(总第 1 3 8期)消防理论研究 及公路 建设 技 术 交流 大会 论 文 集 北 京：人 民 交
22、通 出版 社，2 0 0 2：2 2 22 2 7 1 1 王 新钢，等 隧道 防 火涂 料 综述 J 消 防技 术与 产品 信 息，2 0 0 5，(5)：5 9 6 3 1 2 毛朝军 环保型隧道防火涂料的研 究 J 涂料 工业，2 0 0 3，(5)：4 0 4 2 f l 3 刘军军 防 火浍料 的现状 及发展 趋势 J 消防技 术与产 品信 息，2 0 0 4，(1 1)：2 8 3 1 1 4 柴永模 铁路 隧道 消防技术研究十年回顾 f J 消防技 术与产品 信息，2 0 0 2，(4)：3 7 4 4 1 5 覃文清 隧道防 火涂料 J】消防科 学与技 术，2 0 0 2，(3
23、)：5 4 5 6 Th e De v e l o pme n t o f t h e Re s e a r c h o f Fi r e pr o o f Pa i nt s Us e d i n t he Tun ne l PENG Li n g (C h a n g s h a Mu n i c ip a l F i r e B r i g a d e，H u n a n P r o v i n c e 4 1 0 0 1 4，C h i n a)Abs t r a c t：Th i s p a p e r e x p l a i n s t h e c o mp o n e n t s
24、 o f fir ep r o o f p a i n t s u s e d i n t h e t u n n e l，i t s wo r k i n g a n d t h e wo r ki n g p r o c e s s a n d t e c h n o l o g i c a l s t a n d a r d s T he p a p e r a l s o d i s c u s s e s t h e r e s e a r c h d e v e l o pme n t o f t h e p a i n t s a n d t h e p r o b l e ms
25、 wi t h t he m、Th e g e n e r a l s t a nd a r d s f o r t u nn e l p a i n t s i n c l u d e fir e p r e v e n t i o n p u r p o s e a n d e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n Ke y wo r ds：t u n ne l；fir ep r o o f p a i n t s；fi r ep r o o f t h e o r y；s t a t u s q u o o f t h e r e s e a r c h；t r e n d 参 秣 维普资讯 http:/