薄型隧道专用防火涂料的研制与应用
□ 何世家1，贺少鹏2，王军委2，贺晓辉2，张金明2，鲁建勤2
(1.公安部四川消防研究所，四川都江堰 611830；2.宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司，陕西宝鸡 721303)

0 前言
随着我国经济建设的快速发展，高速公路、铁路隧道日益增多，据2011年统计我国公路、铁路交通网络隧道总长度已经超过10 000 km，由于隧道结构一般是由石块和钢筋混凝土垒砌而成，如果发生火灾不仅严重威胁人们的生命安全，而且可能对交通设施、人类的生产活动造成巨大破坏。实践证明，隧道发生火灾时温度升至 600 ℃时，混凝土强度损失达50%以上，钢材的屈服应力降到常温下屈服力1/3以下，隧道中火灾持续时间超过90 min，温度高达1 000 ℃以上，隧道砌体难以承受如此高温，严重部分容易烧塌或者炸裂，再加上隧道环境相对密闭，人流密度大，一旦发生火灾，疏散和扑救相当困难，容易造成重大人员伤亡和财产损失，因此对隧道进行防火处理显得十分重要。在各种行业事故中，公路和地铁火车隧道火灾事故抢救难、中断行车时间长、经济损失大[1]。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，我国相关隧道规范和标准有GA98－2005《混凝土结构防火涂料》、GB14907－2002《钢结构防火涂料》、GBJ16－1987《建筑设计防火规范》、JPJ026－1990《公路隧道设计规范》等[2]。
隧道内钢筋混凝土结构虽然不是燃体，但是耐火性有限，隧道火灾不仅严重威胁人的生命和财产安全，而且可能对交通设施、人类的生产活动造成巨大破坏。鉴于中外隧道火灾的惨痛教训和公（铁）路隧道防火需要[3]，为了使隧道中钢结构混凝土结构在火灾发生时免遭破坏，因此对隧道结构必须采取防火措施，当发生火灾时，确保其结构稳定性和安全性，减少灾情和维修费用，缩短修复时间，使用隧道防火涂料对隧道进行保护是一种为理想的方法。世界各国近20年来都投入了很大力量研究隧道火灾防护，并取得一定成果。我国在隧道火灾防护上也取得一定成果，但与发达国家相比仍然存在很大差距，此前很少有隧道防火涂料选择的余地，特别是缺少防火性能通过GB50016－2006《建筑设计防火规范》中规定的I类隧道、GA/T714－2007《构件用防火保护材料快速升温耐火试验方法》中规定的隧道RABT耐火试验测试的高性能德尔隧道防火涂料[4]。而本文研制的薄型隧道专用防火涂料，适用于公路和铁路隧道防火涂装保护，其涂层薄防火时间长，粘结牢固强度高，耐老 化和耐水性能优越，环保无毒施工简便，优异的耐火性能填补了国内空白。

1 隧道防火涂料的技术要求
隧道是钢筋混凝土结构，除了防止烃类火灾之外，同时要考虑到隧道所处环境的湿度大、温度变化大、行车产生震动强烈、烟气灰尘不易散发，隧道内部噪音大等特点[5]，因此研制的薄型隧道防火涂料还应具备以下技术要求：
（1）涂料在潮湿环境中凝固干燥快，与混凝土具有良好的黏结力。
（2）涂料要符合环保要求，涂料在高温下不会分解释放出有毒有害气体，产烟毒性达到AQ－1级，符合环保的要求。
（3）涂料具有优良的耐水、耐碱、耐冻融、耐湿热性，高寒地区的隧道防火涂料还应具有防冻性。
（4）施工方法简便，操作容易，效率高。

2 试验部分
2.1 试验原材料
2.1.1 复合黏结剂
复合黏结剂有硅酸盐水泥、高铝水泥、可在分散胶粉等组成，黏结剂以硅酸盐水泥为主，复配适量的高铝水泥和可再分散胶粉，同时加入了适量的渗透性结晶活性母料，极大地提高了隧道防火涂料耐水抗渗透性和耐久性。
2.1.2 耐火隔热材料
硅酸铝纤维、海泡石、蛭石、膨胀珍珠岩、空心玻璃微珠、轻质碳酸钙等耐火隔热阻燃材料应具有耐高温、密度低、导热系数小等特点。本文研制的薄型隧道防火涂料采用硅酸铝纤维、海泡石、蛭石、膨胀珍珠岩、空心玻璃微珠、轻质碳酸钙混合后作为耐火隔热材料。
2.1.3 耐火阻燃材料
包括氧化锑、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌等，氢氧化铝、氢氧化镁都是无卤材料，在高温下分解，产生水蒸气并吸收大量的热量，还具有减少毒气和烟雾、降温灭火的作用。本文研制的薄型隧道防火涂料采用氧化锑、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌作为耐火阻燃材料。
2.1.4 化学助剂
为了满足实际施工需要，薄型隧道防火涂料加入了早强剂、憎水剂、增泡剂等化学助剂，既能增强涂料的耐火性又可提高涂料的施工性。
2.2 试验过程
2.2.1 材料的耐火性和黏结性
在确定了原材料后，通过改变原材料的比例，研究了不同比例对涂料耐火性和黏结性的影响，每个因素选取3个水平，采用正交试验设计方案，见表1、表2。


注：1)涂层平均厚度为13.5 mm，在常温下养护28 d。
2)耐火性能的测定是按照GA98－2005《混凝土结构防火涂料》防火性能测定的规定方法进行，“耐火极限”时间是指混凝土板内25 mm保护层钢筋网底任一点温度达到250 ℃所需要的时间。
2.2.2 正交试验结果分析与讨论
由表1和表2可以看出，耐火阻燃材料对耐火极限影响大，其次是复合黏结剂和耐火隔热材料，后是复合助剂。从表中还可看出，在复合黏结剂量不变的条件下，增加耐火隔热材料、阻燃材料和化学助剂，均可提高涂料的耐火性能。复合黏结剂和耐火隔热材料对黏结强度影响大，耐火阻燃材料次之，助剂后。随着复合黏结剂的用量增加当然可以增加涂料粘结强度，而耐火隔热材料多为轻质材料，增加密度小的隔热材料，涂料中的复合黏结剂的含量在减小，以致于涂料粘结强度降低[5]。