隧道防火涂料研究及其施工技術(shù)

—隧道防火涂料研究及其施工技術(shù)前言隧道是指建筑在山嶺、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、軍事工程等運(yùn)用的地下建筑物和構(gòu)筑物。發(fā)生在隧道中的火災(zāi)通常危害巨大，隧道中有限的逃命路徑以及消防隊(duì)員難以進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場的現(xiàn)實(shí)將造成重大人員傷亡以及對隧道結(jié)構(gòu)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(cè)壁的外表，起防火隔熱愛護(hù)作用的一種隧道防火愛護(hù)材料，運(yùn)用它可防止隧道內(nèi)鋼材混凝土在火災(zāi)中快速升溫而導(dǎo)致強(qiáng)度降低，防止混凝土炸裂、襯內(nèi)鋼筋破壞失去支撐力量而導(dǎo)致隧道垮塌?；谒淼阑馂?zāi)的嚴(yán)峻形式、隧道消防設(shè)計(jì)要求及我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的詳細(xì)情況，20XX年四川省科委將“隧道防火涂料的研討”列入了科技公關(guān)計(jì)劃。1實(shí)驗(yàn)部分1．1配方選取原則在研制隧道防火涂料時(shí)，應(yīng)依據(jù)涂料的應(yīng)用環(huán)境從兩個(gè)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(shí)間灼燒，由于隧道火災(zāi)多由汽車撞擊引起，燃燒物為汽油等有機(jī)物質(zhì)，火災(zāi)強(qiáng)度XXXMW以上，溫度可達(dá)1200℃，是一般建筑火災(zāi)強(qiáng)度的十倍，屬于典型的烴類火災(zāi)，因此涂層應(yīng)具有良好的耐熱沖擊力量（10min升至XXX0℃）和較高的耐火極限，還應(yīng)具有枯燥快、耐潮、耐水、耐凍的特點(diǎn)，火災(zāi)時(shí)不龜裂，不脫落；另一方面要從環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益角度動(dòng)身，該防火涂料所選用的原料應(yīng)豐富易得，無毒、無氣味、無環(huán)境污染、火災(zāi)時(shí)根本不產(chǎn)生濃煙和有毒氣體等。從國內(nèi)外各類防火涂料的文獻(xiàn)專利可看出，用于愛護(hù)不燃性建筑結(jié)構(gòu)的涂料包括有機(jī)膨脹型厚漿涂料和輕體無機(jī)防火涂料兩類。在火災(zāi)溫度下，有機(jī)膨脹涂料的碳質(zhì)泡沫層易漸漸消逝而降低防火隔熱作用，即使是最好的涂料，涂層增至4．7mm時(shí)，耐火極限也只有1h。而無機(jī)涂料，由于密度輕，熱導(dǎo)率小，耐火性能好，隨涂層厚度不同，可滿意12h甚至更長時(shí)間的耐火要求。但純粹的無機(jī)物構(gòu)成的涂料，簡單顯現(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討中，一般應(yīng)采納非膨脹型的、無污染的水性有機(jī)一無機(jī)復(fù)合涂料的研討技術(shù)路線。1．2實(shí)驗(yàn)方法（1）將涂料及界面劑混合勻稱后。涂覆在300mmX300mmX5mm的鋼板上，在常溫下養(yǎng)護(hù)28d后，在小型耐火實(shí)驗(yàn)爐上按標(biāo)準(zhǔn)碳?xì)淝€升溫，每分鐘記錄一次鋼板背火面溫度，直至溫度到達(dá)250℃（混凝土強(qiáng)度開頭下降的溫度）所需時(shí)間。由于鋼板背火面溫度與耐火極限存在著肯定的關(guān)系：到達(dá)相同的溫度所需的時(shí)間越長，涂料的耐火極限越高。因此可依據(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)，選出合適于工業(yè)化生產(chǎn)的最正確配方和最正確工藝條件。1．3實(shí)驗(yàn)材料（1）粘結(jié)劑：苯丙、醋丙、EVA、582樹脂、水玻璃、耐火水泥均是較好的粘結(jié)劑，由于粘結(jié)劑的用量較多，選擇粘結(jié)劑時(shí)，需考慮材料的價(jià)格、燃燒性能及火災(zāi)時(shí)的煙氣情況，水玻璃和耐火水泥是無機(jī)粘結(jié)劑，價(jià)格低，是較好的粘結(jié)材料，由于水玻璃和耐火水泥在一起時(shí)凝聚時(shí)間太快，兩者不能同時(shí)存在，本課題選用耐火水泥等材料作為粘結(jié)劑。（2）無機(jī)隔熱填料：海泡石、膨脹珍珠巖、輕質(zhì)碳酸鈣、礦渣棉、超細(xì)硅酸鋁均是良好的無機(jī)輕質(zhì)隔熱填料，本課題采納由海泡石、膨脹珍珠巖、輕質(zhì)碳酸鈣、超細(xì)硅酸鋁混合后組成的復(fù)合無機(jī)隔熱填料。（3）發(fā)泡材料：發(fā)泡材料可以在涂料受熱時(shí)膨脹，填滿涂層填料間的細(xì)小空間，減慢熱量傳遞速度。蛭石、重鉻酸銨為無機(jī)發(fā)泡材料，三聚氰胺，季戊四醇，聚磷酸銨是成熟的有機(jī)發(fā)泡體系，多在薄型或超薄型防火涂料中運(yùn)用。本課題采納由三聚氰胺、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(fù)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)生水蒸氣并汲取大量的熱量，氫氧化鋁的熱值（-1960J／g）比氫氧化鎂（-1600J／g）低，但氫氧化鎂的價(jià)格遠(yuǎn)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。2結(jié)果與分析2．1耐火極限及粘結(jié)性能隧道防火涂料最重要的指標(biāo)是涂料的耐火極限、粘結(jié)性能和安全毒性，在確定了原料后，通過轉(zhuǎn)變原料的比例，研討了上述4類材料對涂料耐火極限、粘結(jié)性能的影響，每個(gè)因素上選取3個(gè)水平，采納L9（34）正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（參見表1）。表1因素水平表正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析見表2、表3和表4。表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果表3耐火極限的極差表4粘結(jié)強(qiáng)度的極差由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，發(fā)泡材料對耐火極限影響最大，其次是粘結(jié)劑，助劑，復(fù)合材料，在粘結(jié)劑量肯定的條件下，增加發(fā)泡材料、復(fù)合填料及助劑，均可提高涂料的耐火極限。粘結(jié)劑和復(fù)合填料對粘結(jié)強(qiáng)度影響最大，增加粘結(jié)劑可以增加粘結(jié)強(qiáng)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(jié)劑含量削減，致使粘結(jié)強(qiáng)度降低。2.3涂料配方及工藝經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)。確定了涂料的配方（質(zhì)量比）：粘結(jié)劑：55～65復(fù)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(jié)果由于我國隧道防火涂料從20世紀(jì)9020XX年X月末才逐步研討和生產(chǎn)，目前還沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，有些廠家制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其耐火性能是按公安部公布的公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA98《預(yù)應(yīng)力混凝土樓板防火涂料通用技術(shù)條件》進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。如今GA98正在修訂，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)名稱擬改為GA98《混凝土結(jié)構(gòu)防火涂料》，將新增隧道防火涂料的實(shí)驗(yàn)方法和性能要求。隧道防火涂料理化性能實(shí)驗(yàn)的基材采納石棉水泥板，實(shí)驗(yàn)方法類似于鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。耐火性能實(shí)驗(yàn)的基材采納GB14040規(guī)定的預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。如型號為Y—KB366—2的多孔板，該板標(biāo)志長度為3．6m，標(biāo)志寬度為600mm，荷載等級為2級。將待測的防火涂料勻稱地噴涂在預(yù)應(yīng)力板配力筋一面上到規(guī)定的厚度，并枯燥養(yǎng)護(hù)15d以上，安裝于臥式爐上，按設(shè)計(jì)荷載均布加載，對于Y—KB366—2型多孔板。加壓荷載為400kg／m2。依據(jù)GB／T9978（建筑構(gòu)件耐火實(shí)驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行耐火實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)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)品德業(yè)管理辦公室抽樣，送國家防火建材質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測，檢測結(jié)果見表5。表5隧道防火涂料主要性能指標(biāo)該隧道防火涂料不僅防火效果顯著，還具有以下特點(diǎn)：（1）涂料為堿性材料，對混凝土的附著力強(qiáng)，運(yùn)用便利，人工機(jī)械均可運(yùn)用；（2）涂料顏色多樣，施工效果美觀大方，在燈光的照耀下，可獲得顏色斑斕的外觀效果，有效地降低駕駛員的視覺疲憊，提高行車安全性；（3）削減通風(fēng)阻力，提高通風(fēng)效果；（4）在中長隧道里，由于涂料為低容重材料，所以能到達(dá)明顯的消音效果；（5）涂層耐沖洗，有利于保持洞內(nèi)干凈；（6）涂料對人體無毒無害，在溫度急劇改變的高溫火焰沖擊的情況下，性能同樣穩(wěn)定。（7）主要適用于大路隧道，鐵路隧道的防火，還適用于石化工程、高層建筑、鋼結(jié)構(gòu)、地下車庫的防火需要。3隧道防火涂料的施工3．1施工方法隧道防火涂料的施工一般采納分層間隔性施工工藝，分基層（防火層）和表層（顏色層）施工。施工期間及施工后的24h內(nèi)，環(huán)境溫度不得低于4oC，以防止遭受凍害。在極度枯燥和酷熱條件下，應(yīng)當(dāng)制造必要養(yǎng)護(hù)條件，防止涂層失水過快。3．1．1施工機(jī)具（1）砂漿攪拌機(jī)；（2）專用噴涂裝備（擠壓式灰漿泵、空壓機(jī)）；（3）涂抹灰漿專用鐵板；（4）清洗用具；（5）運(yùn)輸工具等。3．1．2施工準(zhǔn)備（1）將隧道砼外表的浮塵、油污等清洗潔凈．并灑水潤濕；（2）修補(bǔ)凹凸不平的地方，確保隧道砼外表的平整；同時(shí)對砼外表特別平滑的地方，要求用砂漿抹面；（3）漏水的地方肯定要止水補(bǔ)漏。3．13基層施工（1）水和涂料以0．7—0．75的比例，用攪拌機(jī)攪拌20min（肯定要確保攪拌時(shí)間，涂料要隨拌隨用），成稠漿狀；（2）用少量的料漿做間距為2．5m的橫條狀厚度標(biāo)志，作為噴涂施工的參照物；（3）用噴涂機(jī)從隧道的腰部向頂部（從下而上）進(jìn)行噴涂，每次噴涂38min厚；（4）待第1次噴涂根本干透后，連續(xù)噴涂第2次，如此循環(huán)，直至到達(dá)設(shè)計(jì)厚度；（5）因噴涂外表不夠平滑，所以在最終一次噴涂后，要立刻用料漿進(jìn)行手工補(bǔ)填找平、修整，使涂層外表平整平滑，并確保涂層到達(dá)設(shè)計(jì)厚度；（6）基層完工后，要求涂層外表平整、平滑、潔凈。3．1．4表層施工在基層根本干透成型后（約需3d），方可進(jìn)行表層施工（對要求較高的工程，如市政工程等，在表層施工前最好在基層外表刮一層膩?zhàn)樱１韺涌梢杂脟姌?、羊毛刷、輥筒等機(jī)具進(jìn)行施工。噴刷要求勻稱、平滑、無色差。不同顏色的分界線要求平直、清楚。3．2養(yǎng)護(hù)常規(guī)自然養(yǎng)護(hù)28d，養(yǎng)護(hù)條件與一般混凝土相同。涂層如有損傷，應(yīng)按時(shí)修補(bǔ)。3．3施工留意事項(xiàng)（1）攪拌時(shí)料漿太千，可恰當(dāng)增大水灰比。以適合施工為準(zhǔn)；（2）在攪拌、噴涂、涂抹過程中，散落、反彈的料漿可按時(shí)收回利用；被污染的和超過2h的不能再用；（3）涂料包裝袋一經(jīng)打開應(yīng)立刻運(yùn)用，受潮結(jié)塊的涂料不得運(yùn)用；（4）施工工藝可依據(jù)涂層的設(shè)計(jì)厚度和施工條件，進(jìn)行恰當(dāng)調(diào)整。4結(jié)語隧道防火涂料是近幾年才研討出來的產(chǎn)品，因此與其它防火涂料相比，其產(chǎn)品產(chǎn)量和生產(chǎn)廠家都要少些。但是隧道防火涂料作為一種價(jià)格低廉、對隧道結(jié)構(gòu)愛護(hù)作用明顯、合適我國目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的新型涂料，在預(yù)防隧道火災(zāi)、提高隧道結(jié)構(gòu)的耐火極限方面將起到主動(dòng)的作用，并在降低外部火災(zāi)