王軍委，賀少鵬，賀軍會，張玲，賀曉輝，何世家

（1.寶雞市鐵軍化工防腐安裝有限責任公司，陜西寶雞 721303；2.公安部四川消防研究所，四川都江堰 611830）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，城市建設腳步加快，高速公路、鐵路隧道日益增多，截至2015年，我國公路、鐵路交通網(wǎng)絡隧道總長度已超過12 000 km。隧道不僅是交通運輸?shù)耐ǖ?，也是輸電電纜和輸水、輸油管的通道，一旦發(fā)生火災，著火點周圍溫度上升極快，短時間內(nèi)會聚集大量有毒有害氣體，兇猛

[收稿日期] 2017-09-25

[作者簡介] 王軍委，男，工程師，主要從事功能性涂料和工業(yè)重防腐涂料的研發(fā)和應用工作，擁有發(fā)明專利2項，發(fā)表專業(yè)論文15篇。的火勢以及長時間的高溫對隧道內(nèi)部設施、設備的破壞極其嚴重，實踐證明，隧道中火災持續(xù)時間超過60 min，就會使得隧道混凝土結構炸裂，產(chǎn)生塌陷，危及行人和救火人員的生命安全，造成極大的生命財產(chǎn)損失，因此隧道火災事故是搶救最難、經(jīng)濟損失最大的事故之一［1］。為此，國內(nèi)外在隧道防火方面頒布了一系列技術規(guī)范、標準和要求，我國相關隧道規(guī)范和標準有GB 28375—2012《混凝土結構防火涂料》、GB 14907—2002《鋼結構防火涂料》、GBJ 16—1987《建筑設計防火規(guī)范》、JPJ 026—1990《公路隧道設計規(guī)范》等［2］。

隧道內(nèi)鋼筋混凝土結構雖然不是燃體，但是其耐火性較差，鋼筋混凝土在溫度380 ℃時強度開始下降，當溫度達到600 ℃時，其抗壓強度損失達75%，隨時會出現(xiàn)坍塌，采用隧道防火涂料對隧道進行保護，確保其結構穩(wěn)定性和安全性，減少災害損失和維修費用，縮短修復時間，是一種最為經(jīng)濟和有效的方法。

本研究制備了一種超薄膨脹型隧道防火涂料，適用于公路和鐵路隧道、各種地下工程等有防火要求設施的涂裝保護，與現(xiàn)行國家標準比較，其具有防火性能優(yōu)異、涂層薄、粘結強度高、施工簡單方便，養(yǎng)護周期短等特點。

1 隧道防火涂料的技術要求和現(xiàn)狀

隧道多為鋼筋混凝土結構，除了要防止烴類火災之外，同時要考慮到隧道內(nèi)部濕度大，溫度變化大，行車造成震動強烈，煙氣、灰塵不易散發(fā)，隧道內(nèi)噪音大等特點［3］，因此隧道防火涂料應具備以下技術要求：

（1） 符合環(huán)保要求。涂料在高溫下不會分解釋放出有毒、有害氣體，產(chǎn)煙毒性達到ZA-1級，符合國標的要求。

（2） 具有優(yōu)異的耐火性能和優(yōu)良的耐水、耐堿、耐凍融、耐濕熱性，高寒地區(qū)的隧道防火涂料還應具有防凍性。

（3） 在潮濕環(huán)境下凝固干燥快，與混凝土具有良好的粘結力，自重輕，不易脫落，施工方便，效率高，養(yǎng)護周期短。

目前隧道防火涂料以非膨脹厚型防火涂料為主，一般涂層厚度達15～20 mm，涂層自身重。隧道內(nèi)行車產(chǎn)生的風速和震動容易造成防火涂層脫落，對高速運行的車輛和車內(nèi)人員的安全構成威脅；非膨脹厚型隧道防火涂料以水泥為主要粘結劑，施工時需要3～4道才能達到設計要求，消耗資源多，施工速度慢，效率低，施工完成后養(yǎng)護周期長達28 d。因此研制一種涂層薄、自重輕、耐火性能好、施工養(yǎng)護周期短的超薄膨脹型隧道防火涂料勢在必行［4］。

2 試驗部分

2.1 試驗材料

2.1.1 粘結劑

以可再分散膠粉、PVA（聚乙烯醇）膠粉、EVA（乙烯-乙酸乙烯酯共聚物）膠粉混合物為粘結劑，同時加入一定量的滲透性結晶活性母料，對超薄膨脹型隧道防火涂料的耐水性、抗?jié)B透性和耐久性有很大的提高。

2.1.2 阻燃劑

隧道空間狹小，其結構是密封的，鹵素在高溫下分解生成的有機磷等毒性較大，嚴重威脅隧道內(nèi)行人和救援人員的生命安全。本研究選用氫氧化鋁和氫氧化鎂作為阻燃劑，一旦發(fā)生火災，達到氫氧化鋁的分解溫度，其脫水過程中會吸收部分燃燒熱量；再則，脫出的水在燃燒溫度下變成水蒸氣也會吸收熱量，大量的水蒸氣還能抑制煙氣的生成［5］。另外高溫反應生成的Al2O3是無機耐火材料，與燃燒形成的其他碳化合物一起，可在表面形成保護層，達到優(yōu)異的防火隔熱效果。

2.1.3 膨脹劑

本研究采用的膨脹材料有膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、水合硅酸鈉和聚磷酸銨。膨脹蛭石是一種充滿細小孔隙的優(yōu)良絕熱材料。膨脹珍珠巖是一種天然酸性玻璃質(zhì)火山熔巖非金屬礦產(chǎn)品，具有優(yōu)良的耐熱性和吸音性。兩者皆具有容重輕、熱導率低、阻燃隔熱效果顯著、無味無毒、耐水等優(yōu)點。聚磷酸銨是一種優(yōu)良的膨脹阻燃劑［6］，具有低煙、無毒、水溶性低等優(yōu)點，其含磷、含氮量高，熱穩(wěn)定性好。本研究選用的超高相對分子質(zhì)量的聚磷酸銨，聚合度＞1 500。

2.1.4 顏填料

經(jīng)過高溫燃燒后，防火涂層中所有的有機材料都會受熱而分解，殘留的顏填料成為防火涂層的耐火泡沫層，因此，顏填料必須達到耐高溫的要求。顏填料既能提高涂料的防火阻燃性能又能降低生產(chǎn)成本，更重要的是能改善防火涂料的物理機械性能和化學性能，提高涂層的耐熱性并抵抗氣流的沖擊。

本研究采用的顏填料有鈦白粉、輕質(zhì)碳酸鈣、空心微珠、海泡石、煅燒高嶺土、滑石粉和云母粉等。空心微珠是一種陶瓷粉末材料，具有極好的抗壓強度和低導熱系數(shù)，可提高涂料的孔隙率和耐火隔熱性能［7］。

2.2 基礎配方

以GB 28375—2012《混凝土結構防火涂料》技術指標為依據(jù)，通過大量試驗，最終優(yōu)選出超薄膨脹型隧道防火涂料的基礎配方，見表1。

表1 超薄膨脹型隧道防火涂料的基礎配方Table 1 The basic formula of ultra-thin intumescent fire retardant coatings for tunnel

2.3 生產(chǎn)工藝

首先把粘結劑用破碎機粉碎研磨至粒徑96 μm以下，粉碎時溫度不能超過150 ℃，以防止粘結劑受到高溫熱熔結塊。

將粉碎后的粘結劑與阻燃劑、膨脹劑和顏填料按照配方量稱量后置于干粉混合機內(nèi)充分分散混合，得到均勻的流動性粉末。

2.4 樣板制作

按照GB 28375—2012《混凝土結構防火涂料》標準要求制作樣板，耐火性能試驗采用地板強度等級符合GBJ 107—1987《混凝土強度檢驗評定標準》規(guī)定的C30混凝土板，其規(guī)格為1 450 mm×1 450 mm×150 mm，地面鋼筋保護層厚度為25 mm。稱取超薄膨脹型隧道防火涂料6 kg，加入適量的潔凈自來水，充分攪拌成糊狀物后涂覆在混凝土樣板表面，常溫養(yǎng)護7 d后，按照GB 28375—2012要求進行耐火試驗。

3 結果與討論

3.1 耐火性能

隧道防火涂料最重要的檢測指標是耐火性能，超薄膨脹型隧道防火涂料的耐火性能試驗結果見表2。

表2 超薄膨脹型隧道防火涂料的耐火性能試驗結果Table 2 The fire resistance test results of ultra-thin expansion fire retardant coatings for tunnel

由表2可見，研制的超薄膨脹型隧道防火涂料的耐火時間和粘結強度比GB 28375—2012《混凝土結構防火涂料》中要求的技術指標高得多，且其每平方米自重≤3 kg，涂層柔韌性好，與隧道內(nèi)砼表面粘結牢固，在車流的震動和外力的作用下，涂層穩(wěn)定性好，不易脫落，極大地提高了行車安全性［8］。

3.2 施工性

非膨脹型隧道防火涂料由于以水泥等為粘結劑，養(yǎng)護期要28 d，而超薄膨脹型隧道防火涂料以可再分散膠粉等為主要粘結劑，一般施工1道，1 d即可完全固化，養(yǎng)護7 d就可以投入使用，大大縮短了工期，加快了工程進度。超薄膨脹型隧道防火涂料涂層薄，在相同的施工面積和耐火條件下，充分節(jié)約資源，降低了生產(chǎn)運輸成本和施工費用，經(jīng)濟效益顯著提高［9-10］。

3.3 物化性能

經(jīng)四川省都江堰國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，研制的超薄膨脹型隧道防火涂料的物化性能見表3。

表3 超薄膨脹型隧道防火涂料的物化性能Table 3 The physical and chemical properties of ultra-thinintumescent fire retardant coatings for tunnel

4 結語

我國隧道用防火涂料是從20世紀90年代末才逐步開始研究和生產(chǎn)的，多以非膨脹型為主，與其他防火涂料相比，產(chǎn)品生產(chǎn)廠家相對較少，但隨著我國隧道建設日益增多，隧道內(nèi)部防火要求越來越高，其防火涂料的研究、生產(chǎn)和推廣應用逐漸進入高峰。本研究制備的超薄膨脹型隧道防火涂料涂層薄、用量少、養(yǎng)護周期短，施工效率高，且具有較高的粘結強度和優(yōu)異的耐火性能，市場應用前景十分廣闊［11］。

［1］ 何世家，賀少鵬，王軍委.薄型隧道防火涂料的研制和應用［J］.中國涂料，2012（9）：37.

［2］ 林紅巖，王春才，楊鴻偉.防火涂料配方研究［J］.涂料工業(yè)，2010（5）：63-64.

［3］ 徐峰，朱曉波，王琳.功能性建筑涂料［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2005：107-108.

［4］ 李振濤，馬道貞.新型混凝土結構防火涂料的研制［J］.中國涂料，2008（12）：52-53.

［5］ 毛朝君.環(huán)保隧道防火涂料的研究［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2006（7）：13.

［6］ 汪源，朱金華.防火涂料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.材料保護，2006，39（3）：41.

［7］ 劉成樓.隧道防火涂料的研制［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2007（12）：8-10.

［8］ 王鐵寶，王國建，劉琳.防火涂料配方對涂料性能的影響［J］.上海涂料，2004（8）：47.

［9］ 程道彬.隧道防火涂料的性能測試方法及施工工藝［J］.中國涂料，2010（9）：58-59.

［10］ 郭金強.新型水性無機隧道專用防火涂料的研制及應用［J］.上海涂料，2009（6）：9-10.

［11］ 何世家.膨脹型隧道防火涂料的研究［J］.涂料工業(yè)，2009（1）：53-54.