摘要：介紹了一種可在潮濕環(huán)境中使用、火災發(fā)生時無有害氣體產(chǎn)生的隧道防火涂料的研制，按 ISO 834 曲線升溫，涂層厚度 13 mm 時，耐火極限就達到 3 ． 5 h ，按碳氫曲線升溫，涂層厚度20 mm 時，耐火極限達到 3 ． 0 h 。還介紹了該涂料的施工技術。

    關鍵詞：隧道；防火涂料；施工

    前言

    隧道是指建造在山嶺、河道、海峽及城市地面以下，供車輛、行人、水流、管線等通過，或供采掘礦藏、軍事工程等使用的地下建筑物和構筑物。發(fā)生在隧道中的火災通常危害巨大，隧道中有限的逃生路徑以及消防隊員難以進入火災現(xiàn)場的事實將 造成重大人員傷亡以及對隧道結構造成巨大破壞。 而隧道防火涂料就是噴涂在隧道內(nèi)拱頂和側壁的表面，起防火隔熱保護作用的一種隧道防火保護材料，使用它可防止隧道內(nèi)鋼材混凝土在火災中迅速升溫而導致強度降低，避免混凝土炸裂、襯內(nèi)鋼筋破壞失去支撐能力而導致隧道垮塌?；谒淼阑馂牡膰谰问?、隧道消防設計要求及我國經(jīng)濟發(fā)展的具體情況， 2003 年四川省科委將“隧道防火涂料的研究”列入了科技公關計劃。

    1 試驗部分

    1 ． 1 配方選取原則

    在研制隧道防火涂料時，應根據(jù)涂料的應用環(huán)境從兩個方面考慮。一方面要考慮該防火涂料能經(jīng) 受汽油類高溫火焰長時間灼燒，因為隧道火災多由 汽車撞擊引起，燃燒物為汽油等有機物質(zhì)，火災強度 100 MW 以上，溫度可達 1 200 ℃ ，是一般建筑火災強度的十倍，屬于典型的烴類火災，因此涂層應具有良好的耐熱沖擊能力 (10min 升至 1 000 ℃ ) 和較高的耐火極限，還應具有干燥快、耐潮、耐水、耐 凍的特點，火災時不龜裂，不脫落；另一方面要從 環(huán)保和經(jīng)濟效益角度出發(fā)，該防火涂料所選用的原料應豐富易得，無毒、無氣味、無環(huán)境污染、火災時基本不產(chǎn)生濃煙和有毒氣體等。

    從國內(nèi)外各類防火涂料的文獻專利可看出，用 于保護不燃性建筑結構的涂料包括有機膨脹型厚漿涂料和輕體無機防火涂料兩類。在火災溫度下， 有機膨脹涂料的碳質(zhì)泡沫層易逐漸消失而降低防 火隔熱作用，即使是最好的涂料，涂層增至 4 ． 7 mm 時，耐火極限也只有 1 h 。而無機涂料，由于密度輕，熱導率小，耐火性能好，隨涂層厚度不同，可滿足 1 2 h 甚至更長時間的耐火要求。但純粹的無機物 構成的涂料，容易出現(xiàn)硬而脆產(chǎn)生龜裂脫落等不利 情況。因此，在隧道防火涂料的研究中，一般應采用非膨脹型的、無污染的水性有機一無機復合涂料的研究技術路線。

    1 ． 2 試驗方法

    (1) 將涂料及界面劑混合均勻后。涂覆在 300 mm × 300 mm × 5 mm 的鋼板上，在常溫下養(yǎng)護 28 d 后，在小型耐火試驗爐上按標準碳氫曲線升溫，每分鐘記錄一次鋼板背火面溫度，直至溫度達到 250 ℃ ( 混凝土強度開始下降的溫度 ) 所需時間。由 于鋼板背火面溫度與耐火極限存在著一定的關系：達到相同的溫度所需的時間越長，涂料的耐火極限越高。因此可根據(jù)鋼板背火面溫度，大致推斷涂料的耐火極限。

    (2) 調(diào)整涂料及界面劑的配方、工藝參數(shù)，選出適合于工業(yè)化生產(chǎn)的最佳配方和最佳工藝條件。

    1 ． 3 試驗材料

    (1) 粘結劑：苯丙、醋丙、 EVA 、 582 樹脂、水玻璃、耐火水泥均是較好的粘結劑，由于粘結劑的用量較多，選擇粘結劑時，需考慮材料的價格、燃燒性能及火災時的煙氣情況，水玻璃和耐火水泥是無機粘結劑，價格低，是較好的粘結材料，由于水玻璃和耐火水泥在一起時凝結時間太快，兩者不能同時存在，本課題選用耐火水泥等材料作為粘結劑。

    (2) 無機隔熱填料：海泡石、膨脹珍珠巖、輕質(zhì)碳酸鈣、礦渣棉、超細硅酸鋁均是良好的無機輕質(zhì)隔熱填料，本課題采用由海泡石、膨脹珍珠巖、 輕質(zhì)碳酸鈣、超細硅酸鋁混合后組成的復合無機隔 熱填料。

    (3) 發(fā)泡材料：發(fā)泡材料可以在涂料受熱時膨脹，填滿涂層填料間的細小空間，減慢熱量傳遞速度。蛭石、重鉻酸銨為無機發(fā)泡材料，三聚氰胺， 季戊四醇，聚磷酸銨是成熟的有機發(fā)泡體系，多在 薄型或超薄型防火涂料中使用。本課題采用由三聚氰胺、季戊四醇及聚磷酸銨與蛭石、重鉻酸銨 ( 質(zhì)量比為 3 ： 2 ： 2 ： 6 ： 1) 組成的復合發(fā)泡材料。 (4) 助劑：氫氧化鋁，氫氧化鎂都是無鹵材料，在高溫下分解，產(chǎn)生水蒸氣并吸收大量的熱量，氫氧化鋁的熱值 ( - 1 960 J ／ g) 比氫氧化鎂 ( - 1 600 J ／ g) 低，但氫氧化鎂的價格遠比氫氧化鋁低，氧化錫、硼酸鋅、硼酸銨也是較好的助劑材料。本課題選用氫氧化鎂、氧化錫為助劑。

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   2 結果與分析

    2 ． 1 耐火極限及粘結性能

    隧道防火涂料最重要的指標是涂料的耐火極限、粘結性能和安全毒性，在確定了原料后，通過改變原料的比例，研究了上述 4 類材料對涂料耐火 極限、粘結性能的影響，每個因素上選取 3 個水平， 采用 L9(3 4) 正交試驗設計方案 ( 參見表 1) 。

    表 1 因素水平表

    正交試驗結果與分析見表 2 、表 3 和表 4 。

    表 2 試驗結果

    表 3 耐火極限的極差

    表 4 粘結強度的 極差

    由正交試驗結果可見，發(fā)泡材料對耐火極限影響最大，其次是粘結劑，助劑，復合材料，在粘結劑量一定的條件下，增加發(fā)泡材料、復合填料及助劑，均可提高涂料的耐火極限。

    粘結劑和復合填料對粘結強度影響最大，增加粘結劑可以增加粘結強度，隔熱填料多為輕質(zhì)材 料，增加低密度的隔熱填料，單位體積的涂料中粘 結劑含量減少，致使粘結強度降低。

    2.3 涂料配方及工藝

    經(jīng)過大量的試驗。確定了涂料的配方 ( 質(zhì)量比 ) ：

    粘結劑： 55 ～ 65

    復合填料： 45 ～ 50

    發(fā)泡材料： 8 ～ 1O

    助劑： 18 ～ 22

    生產(chǎn)工藝流程見圖 1

    圖 l 隧道防火涂料生產(chǎn)工藝流程圖

    2 ． 4 性能測試結果

    由于我國隧道防火涂料從 20 世紀 90 年代末才逐步研究和生產(chǎn)，目前還沒有國家標準，有些廠家制定了企業(yè)標準，其耐火性能是按公安部頒布的公 共安全行業(yè)標準 GA 98《預應力混凝土樓板防火涂 料通用技術條件》進行試驗的。現(xiàn)在 GA 98 正在修訂，修訂后的標準名稱擬改為 GA 98《混凝土結構防火涂料》，將新增隧道防火涂料的試驗方法和性 能要求。

    隧道防火涂料理化性能試驗的基材采用石棉水泥板，試驗方法類似于鋼結構防火涂料。耐火 性能試驗的基材采用 GB 14040 規(guī)定的預應力混凝土空心板。如型號為 Y — KB366 — 2 的多孔板，該板 標志長度為 3 ． 6 m ，標志寬度為 600 mm ，荷載等級為 2 級。將待測的防火涂料均勻地噴涂在預應力板 配力筋一面上到規(guī)定的厚度，并干燥養(yǎng)護 15 d 以 上，安裝于臥式爐上，按設計荷載均布加載，對于 Y — KB366 — 2 型多孔板。加壓荷載為 400 kg ／ m2 。根據(jù) GB ／ T 9978( 建筑構件耐火試驗方法》的有關規(guī)定進行耐火試驗，試驗結果以防火涂層厚度 (mil1) 和涂覆試板耐火極限 (h) 表示。本課題研制的隧道防火涂料由四川省公安廳消防產(chǎn)品行業(yè)管理辦公室 抽樣，送國家防火建材質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，檢 測結果見表 5 。

    表 5 隧道防火涂料主要性能指標