沈玉令

摘要：隨著公路隧道的修建規(guī)模日趨擴(kuò)大，隧道防火涂料的應(yīng)用日趨廣泛，其中隧道防火涂料的粘結(jié)性能尤為值得關(guān)注，本文綜述了現(xiàn)階段隧道防火涂料粘結(jié)性能在國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展和方式，并分析評(píng)價(jià)亟需解決的不足和缺陷，提出了隧道防火涂料的粘結(jié)性能的未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：粘結(jié)強(qiáng)度；隧道防火涂料；膨脹型；非膨脹型；改性

隧道防火涂料是專門保護(hù)隧道混凝土結(jié)構(gòu)免受火災(zāi)燒損而專門設(shè)計(jì)的一類專用防火涂料，它噴涂在隧道內(nèi)拱頂和側(cè)壁的襯砌表面，起防火隔熱保護(hù)作用。隧道防火涂料主要由粘合劑、耐火填料、阻燃劑和助劑組成。發(fā)揮防火隔熱保護(hù)作用的前提是它與混凝土襯砌具有良好的黏結(jié)力和附著力。由于隧道防火涂料的使用環(huán)境不同于其他防火涂料，應(yīng)耐潮濕，且經(jīng)受住車輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)吸風(fēng)及震動(dòng)、噪聲，耐久性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)年限要求。根據(jù)交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)（如下圖），截至2017年，全國(guó)公路隧道16229處、1528.51萬(wàn)米，增加1048處、124.54萬(wàn)米，其中特長(zhǎng)隧道902處、401.32萬(wàn)米，長(zhǎng)隧道3841處、659.93萬(wàn)米。我國(guó)現(xiàn)已成為世界上隧道和地下工程最多，隧道結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，隧道建設(shè)發(fā)展速度最快的國(guó)家。[1]

1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)隧道防火涂料性能主要是圍繞耐火極限和粘結(jié)強(qiáng)度兩個(gè)方面，而研究粘結(jié)性能主要從防火涂料的組成結(jié)構(gòu)、改性和工作環(huán)境切入。在涂料結(jié)構(gòu)和改性上，廈門大學(xué)羅偉昂等[1]通過(guò)借助聚合物對(duì)涂層組分中的層狀礦材料進(jìn)行插層處理原理，采用高分子聚合物改性硅酸鹽、磷酸鹽無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，再配合硅酸鋁纖維的增強(qiáng)作用制備出高性能隧道防火涂料。擁有抗張、抗彎曲性能；柔性聚合物的存在提高了隧道防火涂料對(duì)自然環(huán)境高低溫變化的耐受性；提高水化粘結(jié)作用。涂層厚度為22mm時(shí)，耐火時(shí)間達(dá)198min，粘結(jié)強(qiáng)度為03MPa。湖南大學(xué)周波等人[2]研究了各組分對(duì)單組份膨脹型隧道防火涂料耐火極限和粘結(jié)強(qiáng)度的影響，得出對(duì)涂料粘結(jié)性影響最大的是粘結(jié)劑，其次是填料，主次順序?yàn)椋赫辰Y(jié)劑>填料>發(fā)泡材料>阻燃劑。填料、發(fā)泡材料、阻燃劑含量與粘結(jié)強(qiáng)度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)現(xiàn)象。借助正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果并改良防火涂料配合比后粘結(jié)強(qiáng)度均超過(guò)0.5MPa，滿足GB283752012規(guī)范要求的015MPa以上強(qiáng)度（如右表）。[3]福州大學(xué)周駿宇，季韜等人[4]通過(guò)摻入PVA、聚丙烯纖維和硅烷基粉末改性物質(zhì)對(duì)比了膨脹型型隧道防火涂料宏觀和微觀性能的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明摻入的改性物質(zhì)能提高涂料的粘結(jié)強(qiáng)度，但是提升并不明顯。湖南大學(xué)向青松等人[5]結(jié)合膨脹型和非膨脹型隧道防火涂料特征，加入硅酸鋁纖維陶瓷材料，經(jīng)多次優(yōu)化試驗(yàn)配比，結(jié)果顯示普通硅酸鹽水泥、高鋁水泥、可再分散乳膠粉分別占涂料總量的27%、6%、2%時(shí)粘結(jié)抗拉強(qiáng)度可達(dá)到0.69MPa，凍融循環(huán)試驗(yàn)后涂層無(wú)脫落。顏龍，徐志勝[6]開(kāi)發(fā)研究耐烴類火災(zāi)NPD型膨脹隧道防火涂料的耐火和粘結(jié)性能，以硅丙乳液作為粘結(jié)劑，通過(guò)先確定最優(yōu)硅丙乳液用量，再摻加納米TiO2，能不同程度的提高防火涂料的耐水性和粘結(jié)性，其中納米TiO2的摻加質(zhì)量占比為0.9%時(shí)，防火涂料的耐水極限和粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到24天和0.35MPa。

從工作環(huán)境上，荷蘭的F.W.J.vandeLinde，B.J.vanderWoerd，L.Mulder[7]研究了在鉆孔隧道中防火石膏涂料的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試評(píng)估，在theGroeneHartTunnelandtheWesterscheldeTunnel對(duì)不同齡期的石膏防火層粘拉測(cè)試，結(jié)果表明隨著水化程度的加劇石膏防火層與混凝土襯砌之間的粘結(jié)拉伸強(qiáng)度也在及時(shí)增長(zhǎng)，并且在theGroeneHartTunnel，粘結(jié)拉伸強(qiáng)度顯著高于由高速列車通過(guò)引起的2KPa的吸附荷載。浙江工業(yè)大學(xué)嚴(yán)熙等人[8]分析了環(huán)境因素（濕度、溫度）和界面劑對(duì)非膨脹型隧道防火涂料宏觀抗拉性能及微觀結(jié)構(gòu)特征的影響。環(huán)境溫度在一定范圍內(nèi)能提高粘結(jié)抗拉強(qiáng)度，超過(guò)15℃之后溫度使隧道防火涂料中的水分蒸發(fā)消失致使生成的水化硅酸鈣等凝膠含量降低，粘結(jié)強(qiáng)度下降；而環(huán)境濕度、摻入的三種界面劑（乳膠粉、苯丙乳液、聚醋酸乙烯乳液）均能顯著提高涂料粘結(jié)性能。蒲韡，翁文龍等人[9]研究了襯砌干濕程度對(duì)非膨脹型隧道防火涂料粘結(jié)性能的影響。通過(guò)張拉實(shí)驗(yàn)顯示襯砌濕潤(rùn)程度與粘結(jié)強(qiáng)度負(fù)相關(guān)，認(rèn)為基層表面潮濕或處于飽和狀態(tài)時(shí)，易形成表面水膜經(jīng)水化反應(yīng)后首先在水膜中生成鈣礬石和氫氧化鈣晶體，阻止了水化硅酸鈣（CSH）凝膠的形成及其與基層表面的接觸，使得粘結(jié)應(yīng)力降低。

2研究的不足

隧道防火涂料按作用機(jī)理分為有機(jī)膨脹型和無(wú)機(jī)非膨脹型涂料兩類。目前有機(jī)膨脹涂料的碳質(zhì)泡沫層耐久性問(wèn)題突出，降低了防火隔熱性能；無(wú)機(jī)物構(gòu)成的噴涂料，主粘結(jié)劑為無(wú)機(jī)硅酸鹽，極易吸水使涂層受潮；汽車排放的酸性尾氣長(zhǎng)期腐蝕防火涂層外表面。涂層較厚且自重較大，要使密度達(dá)到≤05g/cm3的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，往往要犧牲涂層的抗壓強(qiáng)度，耐水性能一般；通過(guò)改性隧道防火涂料的研究實(shí)用成果較少；阻燃消煙防火涂料的研制開(kāi)發(fā)不多；防火涂層的老化、失效、綠色環(huán)保，也是值得深入研究的課題。[1]

3結(jié)論

在隧道防火涂料粘結(jié)性能的研究中，從組成結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境兩個(gè)方面提升粘結(jié)強(qiáng)度，通過(guò)摻加改性物質(zhì)增強(qiáng)涂料粘結(jié)應(yīng)力是科學(xué)的。綜合膨脹型和非膨脹型隧道防火涂料的特征，采用非膨脹型的、無(wú)污染的、耐久性好的水性有機(jī)——無(wú)機(jī)復(fù)合涂料的研究技術(shù)路線是未來(lái)研究的重要方向。隨著相關(guān)的隧道防火涂料規(guī)范與混凝土防火標(biāo)準(zhǔn)的修訂和完善，新材料和新工藝的運(yùn)用，隧道防火涂料的研究前景將變得更寬闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅偉昂，謝聰，許一婷，等.防火涂層材料研究及產(chǎn)業(yè)化中的關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)的研究進(jìn)展[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，50（2）：365377.

[2]周波.單組份環(huán)保型了隧道防火涂料[D].湖南大學(xué)，2012.

[3]中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB283752012混凝土結(jié)構(gòu)防火涂料[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[4]周駿宇，季韜，鄭登登，等.PVA、聚丙烯纖維和硅烷基粉末對(duì)隧道防火涂料性能的影響[J].福州大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2017，45（4）：535541.

[5]向青松.復(fù)合型隧道防火涂料及性能研究[D].湖南大學(xué)，2013.

[6]顏龍，徐志勝.戶外耐烴類火災(zāi)膨脹型隧道防火涂料的制備及性能研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014（10）：118123.

[7]F.W.J.vandeLinde，B.J.vanderWoerd，L.Mulder.Experienceandtestsofthefireresistantplastercoatinginboredtunnels.Taylor&FrancisGroup，London，ISBN9780415475358.

[8]嚴(yán)熙.環(huán)境因素及界面劑對(duì)非膨脹型隧道防火涂料粘結(jié)強(qiáng)度影響研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2016.

[9]蒲韡，翁文龍，趙琦敏，等.襯砌干燥程度對(duì)隧道防火涂料粘結(jié)性能的影響研究[J].江西科學(xué)，2017，35（2）：301304.