超薄膨胀型隧道防火涂料的研制

王军委;贺少鹏;贺军会;张玲;贺晓辉;何世家

【摘 要】Through the analysis of the existing tunnel fire retardant coatings materials,combined with the standard requirements for the tunnel fire retardant coatings,an ultra-thin intumescent fire retardant coatings for tunnel was developmented. The coatings had characteristics of high fireproof limit,high bond strength,simple and convenient

construction,short maintenance cycle etc. Its various technical indexes had reached the national standard requirements for tunnel fire retardant coatings and the market prospect was wide.%通过对现有隧道防火涂料所用原料的分析,结合目前隧道用防火涂料的标准要求,研制成超薄膨胀型隧道防火涂料.该涂料耐火极限高,粘结强度大,施工简单方便,养护周期短,各项技术指标均达到隧道防火涂料的国标要求,市场前景广阔. 【期刊名称】《上海涂料》 【年(卷),期】2018(056)003 【总页数】4页(P15-18)

【关键词】隧道;防火涂料;耐火极限

【作 者】王军委;贺少鹏;贺军会;张玲;贺晓辉;何世家

【作者单位】宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司,陕西宝鸡 721303;宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司,陕西宝鸡 721303;宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司,陕西宝鸡 721303;宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司,陕西宝鸡

721303;宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司,陕西宝鸡 721303;公安部四川消防研究所,四川都江堰 611830 【正文语种】中 文 【中图分类】TQ630.7 0 引言

随着我国经济建设的高速发展，城市建设脚步加快，高速公路、铁路隧道日益增多，截至2015年，我国公路、铁路交通网络隧道总长度已超过12 000 km。隧道不仅是交通运输的通道，也是输电电缆和输水、输油管的通道，一旦发生火灾，着火点周围温度上升极快，短时间内会聚集大量有毒有害气体，凶猛 [收稿日期] 2017-09-25

[作者简介] 王军委，男，工程师，主要从事功能性涂料和工业重防腐涂料的研发和应用工作，拥有发明专利2项，发表专业论文15篇。的火势以及长时间的高温对隧道内部设施、设备的破坏极其严重，实践证明，隧道中火灾持续时间超过60 min，就会使得隧道混凝土结构炸裂，产生塌陷，危及行人和救火人员的生命安全，造成极大的生命财产损失，因此隧道火灾事故是抢救最难、经济损失最大的事故之一［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GB 28375—2012《混凝土结构防火涂料》、GB 14907—2002《钢结构防火涂料》、GBJ 16—1987《建筑设计防火规范》、JPJ 026—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，但是其耐火性较差，钢筋混凝土在温度380 ℃时强度开始下降，当温度达到600 ℃时，其抗压强度损失达75%，随时会出现坍塌，采用隧道防火涂料对隧道进行保护，确保其结构稳定性和安全性，减少

灾害损失和维修费用，缩短修复时间，是一种最为经济和有效的方法。

本研究制备了一种超薄膨胀型隧道防火涂料，适用于公路和铁路隧道、各种地下工程等有防火要求设施的涂装保护，与现行国家标准比较，其具有防火性能优异、涂层薄、粘结强度高、施工简单方便，养护周期短等特点。 1 隧道防火涂料的技术要求和现状

隧道多为钢筋混凝土结构，除了要防止烃类火灾之外，同时要考虑到隧道内部湿度大，温度变化大，行车造成震动强烈，烟气、灰尘不易散发，隧道内噪音大等特点［3］，因此隧道防火涂料应具备以下技术要求：

（1） 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ZA-1级，符合国标的要求。

（2） 具有优异的耐火性能和优良的耐水、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。

（3） 在潮湿环境下凝固干燥快，与混凝土具有良好的粘结力，自重轻，不易脱落，施工方便，效率高，养护周期短。

目前隧道防火涂料以非膨胀厚型防火涂料为主，一般涂层厚度达15～20 mm，涂层自身重。隧道内行车产生的风速和震动容易造成防火涂层脱落，对高速运行的车辆和车内人员的安全构成威胁；非膨胀厚型隧道防火涂料以水泥为主要粘结剂，施工时需要3～4道才能达到设计要求，消耗资源多，施工速度慢，效率低，施工完成后养护周期长达28 d。因此研制一种涂层薄、自重轻、耐火性能好、施工养护周期短的超薄膨胀型隧道防火涂料势在必行［4］。 2 试验部分 2.1 试验材料 2.1.1 粘结剂

以可再分散胶粉、PVA（聚乙烯醇）胶粉、EVA（乙烯-乙酸乙烯酯共聚物）胶粉

混合物为粘结剂，同时加入一定量的渗透性结晶活性母料，对超薄膨胀型隧道防火涂料的耐水性、抗渗透性和耐久性有很大的提高。 2.1.2 阻燃剂

隧道空间狭小，其结构是密封的，卤素在高温下分解生成的有机磷等毒性较大，严重威胁隧道内行人和救援人员的生命安全。本研究选用氢氧化铝和氢氧化镁作为阻燃剂，一旦发生火灾，达到氢氧化铝的分解温度，其脱水过程中会吸收部分燃烧热量；再则，脱出的水在燃烧温度下变成水蒸气也会吸收热量，大量的水蒸气还能抑制烟气的生成［5］。另外高温反应生成的Al2O3是无机耐火材料，与燃烧形成的其他碳化合物一起，可在表面形成保护层，达到优异的防火隔热效果。 2.1.3 膨胀剂

本研究采用的膨胀材料有膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、水合硅酸钠和聚磷酸铵。膨胀蛭石是一种充满细小孔隙的优良绝热材料。膨胀珍珠岩是一种天然酸性玻璃质火山熔岩非金属矿产品，具有优良的耐热性和吸音性。两者皆具有容重轻、热导率低、阻燃隔热效果显著、无味无毒、耐水等优点。聚磷酸铵是一种优良的膨胀阻燃剂［6］，具有低烟、无毒、水溶性低等优点，其含磷、含氮量高，热稳定性好。本研究选用的超高相对分子质量的聚磷酸铵，聚合度＞1 500。 2.1.4 颜填料

经过高温燃烧后，防火涂层中所有的有机材料都会受热而分解，残留的颜填料成为防火涂层的耐火泡沫层，因此，颜填料必须达到耐高温的要求。颜填料既能提高涂料的防火阻燃性能又能降低生产成本，更重要的是能改善防火涂料的物理机械性能和化学性能，提高涂层的耐热性并抵抗气流的冲击。

本研究采用的颜填料有钛白粉、轻质碳酸钙、空心微珠、海泡石、煅烧高岭土、滑石粉和云母粉等。空心微珠是一种陶瓷粉末材料，具有极好的抗压强度和低导热系数，可提高涂料的孔隙率和耐火隔热性能［7］。

2.2 基础配方

以GB 28375—2012《混凝土结构防火涂料》技术指标为依据，通过大量试验，最终优选出超薄膨胀型隧道防火涂料的基础配方，见表1。

表1 超薄膨胀型隧道防火涂料的基础配方Table 1 The basic formula of ultra-thin intumescent fire retardant coatings for tunnel 2.3 生产工艺

首先把粘结剂用破碎机粉碎研磨至粒径96 μm以下，粉碎时温度不能超过150 ℃，以防止粘结剂受到高温热熔结块。

将粉碎后的粘结剂与阻燃剂、膨胀剂和颜填料按照配方量称量后置于干粉混合机内充分分散混合，得到均匀的流动性粉末。 2.4 样板制作

按照GB 28375—2012《混凝土结构防火涂料》标准要求制作样板，耐火性能试验采用地板强度等级符合GBJ 107—1987《混凝土强度检验评定标准》规定的C30混凝土板，其规格为1 450 mm×1 450 mm×150 mm，地面钢筋保护层厚度为25 mm。称取超薄膨胀型隧道防火涂料6 kg，加入适量的洁净自来水，充分搅拌成糊状物后涂覆在混凝土样板表面，常温养护7 d后，按照GB 28375—2012要求进行耐火试验。 3 结果与讨论 3.1 耐火性能

隧道防火涂料最重要的检测指标是耐火性能，超薄膨胀型隧道防火涂料的耐火性能试验结果见表2。

表2 超薄膨胀型隧道防火涂料的耐火性能试验结果Table 2 The fire resistance test results of ultra-thin expansion fire retardant coatings for tunnel干燥后涂层厚度/mm 20±2 3.0粘结强度/MPa ≥0.15 0.41耐火时间

/min 120 136

由表2可见，研制的超薄膨胀型隧道防火涂料的耐火时间和粘结强度比GB 28375—2012《混凝土结构防火涂料》中要求的技术指标高得多，且其每平方米自重≤3 kg，涂层柔韧性好，与隧道内砼表面粘结牢固，在车流的震动和外力的作用下，涂层稳定性好，不易脱落，极大地提高了行车安全性［8］。 3.2 施工性

非膨胀型隧道防火涂料由于以水泥等为粘结剂，养护期要28 d，而超薄膨胀型隧道防火涂料以可再分散胶粉等为主要粘结剂，一般施工1道，1 d即可完全固化，养护7 d就可以投入使用，大大缩短了工期，加快了工程进度。超薄膨胀型隧道防火涂料涂层薄，在相同的施工面积和耐火条件下，充分节约资源，降低了生产运输成本和施工费用，经济效益显著提高［9-10］。 3.3 物化性能

经四川省都江堰国家防火建筑材料质量监督检验中心检测，研制的超薄膨胀型隧道防火涂料的物化性能见表3。

表3 超薄膨胀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在容器中的状态 灰白色颗粒粉末混合物 符合要求表干时间/h ≤24 3.5粘接强度/MPa ≥0.15 0.43干密度/（kg·m-3）≤700357耐水性（720 h） 涂层不开裂、起层、脱落、允许轻微发胀和变色 符合要求耐酸性（360 h） 涂层不开裂、起层、脱落、允许轻微发胀和变色 符合要求耐碱性（360 h） 涂层不开裂、起层、脱落、允许轻微发胀和变色 符合要求耐冻融循环试验 经15次循环试验后，涂层不开裂、起层、脱落、变色 符合要求耐湿热性（720 h）涂层不开裂、起层、脱落、变色；GB/T 20285—2006规定产烟毒性危险分级ZA1级符合要求耐火性能 ≥2 h［标准升温、HC（碳氢化合物）升温］实测厚度3.2 mm，132 min

4 结语

我国隧道用防火涂料是从20世纪90年代末才逐步开始研究和生产的，多以非膨胀型为主，与其他防火涂料相比，产品生产厂家相对较少，但随着我国隧道建设日益增多，隧道内部防火要求越来越高，其防火涂料的研究、生产和推广应用逐渐进入高峰。本研究制备的超薄膨胀型隧道防火涂料涂层薄、用量少、养护周期短，施工效率高，且具有较高的粘结强度和优异的耐火性能，市场应用前景十分广阔［11］。 参考文献

【相关文献】

［1］ 何世家，贺少鹏，王军委.薄型隧道防火涂料的研制和应用［J］.中国涂料，2012（9）：37. ［2］ 林红岩，王春才，杨鸿伟.防火涂料配方研究［J］.涂料工业，2010（5）：63-64. ［3］ 徐峰，朱晓波，王琳.功能性建筑涂料［M］.北京：化学工业出版社，2005：107-108. ［4］ 李振涛，马道贞.新型混凝土结构防火涂料的研制［J］.中国涂料，2008（12）：52-53. ［5］ 毛朝君.环保隧道防火涂料的研究［J］.现代涂料与涂装，2006（7）：13.

［6］ 汪源，朱金华.防火涂料的研究现状与发展趋势［J］.材料保护，2006，39（3）：41. ［7］ 刘成楼.隧道防火涂料的研制［J］.现代涂料与涂装，2007（12）：8-10.

［8］ 王铁宝，王国建，刘琳.防火涂料配方对涂料性能的影响［J］.上海涂料，2004（8）：47. ［9］ 程道彬.隧道防火涂料的性能测试方法及施工工艺［J］.中国涂料，2010（9）：58-59. ［10］ 郭金强.新型水性无机隧道专用防火涂料的研制及应用［J］.上海涂料，2009（6）：9-10. ［11］ 何世家.膨胀型隧道防火涂料的研究［J］.涂料工业，2009（1）：53-54.