新型水性无机隧道专用防火涂料的研制及应用.docx
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新型水性无机隧道专用防火涂料的研制及应用
新型水性无机隧道专用防火涂料的研制及应用
郭金强1周福根2胡世进1曹存宁2
1宁波市华夏涂料技术发展有限公司
2宁波市涂料协会技术委员会
目次
1引言……………………………………………………………………………1
2隧道防火涂料的技术要求和现状…………………………………………1
2.1技术要求…………………………………………………………………1
2.2现状………………………………………………………………………2
3试验研制…………………………………………………………………………2
3.1选材……………………………………………………………………2
3.2配方的筛选和确定………………………………………………………3
3.3生产工艺………………………………………………………………4
3.4防火涂料技术性能指标…………………………………………………4
4结果与分析………………………………………………………………………5
5应用……………………………………………………………………………5
5.1首用工程………………………………………………………………6
5.2上海上中路隧道工程……………………………………………………6
6结语……………………………………………………………………………9
新型水性无机隧道专用防火涂料的研制及应用
1引言
随着国民经济的发展、对交通需求日趋增长，在交通枢纽的城市和江海纵横地域势必兴建隧道和地铁。
而隧道具有其他建筑类型没有的非常特殊的特点，即狭窄的空间、与外界有限的出入口，导致有限的排烟、散热条件，一旦发生火灾，造成着火点周围升温极快、短时间内能积聚大量有毒有害烟气，当车流高峰时，火势还容易快速蔓延。
另一方面外部消防力量难以进入救援，隧道内人员逃生困难、为时一久、隧道衬砌和结构破坏，进一步加重灾情。
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，国内相关隧道规范和标准有：
GB50157—2003地铁设计规范、TBJ3—1985铁路隧道设计规范、JPJ026—1990公路隧道设计规范、GBJ16—1987建筑设计防火规范、GA98—2005混凝土结构防火涂料、GB14907—2002钢结构防火涂料、GB50016—1996石油化工企业设计防火规范等。
构筑隧道的钢筋混凝土虽是不燃体，但耐火性有限。
美国国家标准和测试协会（NIST）指出：
高强混凝土（HSC）在温度达到380℃时，强度开始下降，其抗压强度在450℃时，损失40%，600℃时损失75%，800℃时无强度，而且当温度超过250℃，隧道的连接件、密封件相继破坏，导致漏水
（1）
（2）（8）因此对隧道结构必须采取防火措施，当发生火灾时，确保其稳定性和完整性，以减少灾情和维修费用，缩短修复时间。
现研制出一种专用于隧道的环保型防火涂料和工程应用实例进行介绍，不妥之处谨请同行专家不吝指正。
2隧道防火涂料的技术要求和现状
2.1技术要求
隧道是钢筋混凝土结构，作为交通通道、尤其是长度大于500m的隧道，充斥大量机动车。
主要防止烃类火灾，同时考虑狭窄空间、温度变化快、噪音大、振动大的环境特点，对研制的防火涂料应具备下列技术性能：
A、水性、符合环保要求、减少生产、运输、施工、应用污染；
B、与混凝土有较好的粘结强度；
C、在高温下，不产生涂料因分解而释放出有毒有害烟气；
D、涂料耐碱、耐水、耐潮湿、耐冻融、耐湿热性好；
E、最最重要的是涂料具有较长的耐火极限，符合ISO834（或RSW）C—H标准曲线，提高标准要符合GA/T714—2007构件用防火保护材料快速升温耐火试验方法中耐火材料RABT曲线试验技术指标要求；
F、其他技术指标应符合GA98中表2隧道防火涂料要求。
2.2现状
目前国内外主要防火涂料的品种和性能列于表1（3）（4）
表1国内外防火涂料主要性能比较
序号
国别
涂料品种
主要性能
应用部位
干膜厚度
mm
耐火极限
min
粘结强度
Mpa
1
中国
106—2遂道防火涂料
20
165
0.15
混凝土
2
中国
膨胀型遂道防火涂料
3
188
0.45
混凝土
3
中国
LGSCB
24
120
钢结构
4
俄罗斯
2.0~2.5
30~60
混凝土
5
美国
Alliclad
33.7
180
钢结构
6
英国
Nullfire
2.24
106
钢结构
7
德国
HerBerts38320
2.42
124
钢结构
3试验研制
3.1选材
3.1.1粘结剂
主要从三方面考虑：
其一隧道内空间狭窄，尽量避免使用有机材料，以免发生火灾时，有机物分解出有毒气体；其二隧道结构为混凝土、高碱性材料、应选用与混凝土附着力好又耐碱的材料；其三最主要的应具有较高耐温性。
而硅酸盐水泥具有不燃、耐水、耐碱、耐久、耐候、水溶性等优越性，且在600℃下一定时间内仍具有一定强度和结构完整性，如果采用高铝矿渣水泥铝矾土熟料，成型后混凝土耐温性可达1300℃以上，但机械强度不如硅酸盐水泥。
综合考虑粘结剂选用以硅酸盐水泥为主体，添加适量高铝矿渣水泥，使混凝土具有最佳耐温性和强度。
3.1.2耐温隔热骨料
作为防火涂料的骨料，需具备耐高温、导热率低、相对密度小、粒径分布合理，使配制成的涂料能防火、隔热、吸音，正常情况下，能减弱隧道内噪音，火灾时能在较长时间内保护混凝土结构的稳定性和完整性，经试验选择膨胀珍珠岩和蛭石，其主要指标如表2。
表2耐火骨料物理性能（3）（5）
材料名称
岩重
kg/m3
导热系数
w/m·k
粒径
mm
使用温度
℃
吸湿率
24h%
水泥膨胀珍珠岩粉
300~400
0.05~0.075
0.15~5.0
≥600
110~130
膨胀蛭石粉
80~200
0.047~0.070
0.15~3.0
≥600
3.1.3其他耐温隔热材料
A、岩棉纤维具有密度低（150kg/m3），导热系数小（0.07w/m·k），化学稳定性好（耐酸、碱），而且岩棉纤维质地柔软，细而富有弹性，经加工成合适长度后添加到防火涂料中，可防止减少涂层干燥过程中收缩龟裂和高温下开裂，增加涂层的机械强度。
B、海泡石：
是一种低密度、低导热率的不燃性材料，具有悬浮功能，选为涂料的助剂，改善涂料的稳定性。
C、其他：
为改善涂料施工性能，适量加入一些助剂。
3.2配方的筛选和确定
配方筛选以CA98—2005混凝土结构防火涂料中表2隧道防火涂料的技术指标为衡量依据，通过大量试验，最后确定如表3
表3HX—SF701隧道专用防火涂料配方
干粉
序
原料名称
比例%
功能
1
硅酸盐水泥
25~35
粘结剂
2
膨胀珍珠岩
10~15
耐热隔热料
3
膨胀蛭石
35~45
耐热隔热料
4
岩棉纤维
5~10
抗裂填料
5
助剂1
1~5
改善施工性
6
助剂2
0.5~3
改善施工性
湿料
水
按一定干：
湿比例调成均匀浆状料
3.3生产工艺
经小试和检测，确定涂料生产配方和工艺，流程如图1
图1涂料生产工艺流程
施工应用前，将干料与水按一定比例搅拌均匀成浆料，测粘度（符合施工要求），达标后即可。
3.4防火涂料技术性能指标
按GA98—2005《混凝土结构防火涂料》中5.2.2隧道防火涂料的技术要求经相关质量监督检验中心检测，结果如表3。
表4隧道防火涂料HX-SF701检测报告（6）
序号
检验项目
技术指标
检验结果
试验方法
1
耐火性能
涂层厚度20mm±2mm；按碳氢升温曲线升温，耐火极限≥2.0h。
对于混凝土板底面上的任一测温点温度≤380℃；对于混凝土板内25mm保护层钢筋网底面上的任一测温点温度≤250℃
涂层厚度21mm；耐火性能试验时间2.0h。
混凝土板底面上最高温度271℃；混凝土板内25mm保护层钢筋网底面上最高温度193℃
符合要求
按GA98中6.13
C-H标准曲线
2
在容器中的状态
经搅拌后呈均匀稠厚液体，无结块
符合要求
GB14907中6.4.1
3
干燥时间，表干/h
≤24
6
GB/T1728中2.2乙法
4
粘结强度/Mpa
≥0.1
0.3
JG/T24中6.14.2.2
5
干密度/kg/m3
≤800
633
GB14907中6.4.7
6
耐水性/h
经720h试验后，涂层不开裂、起层、脱落，允许轻微发胀和变色
720
符合要求
GB/T1733中9.1
7
耐酸性/h
经360h试验后，涂层不开裂、起层、脱落，允许轻微发胀和变色
360
符合要求
GA98中6.8
8
耐碱性/h
经360h试验后，涂层不开裂、起层、脱落，允许轻微发胀和变色
360
符合要求
GA98中6.9
9
耐冻融循环试验
经15次试验后，涂层不开裂、起层、脱落、变色
15
符合要求
GA98中6.11
10
耐湿热性/h
经720h试验后，涂层不开裂、起层、脱落、变色
720
符合要求
GB14907中6.4.11
11
挥发有机物VOC/g/l
≤200
19
GB18582
根据JPJ-026公路隧道防火设计规范和有关消防安全研究部门建议，当隧道长度（L）大于1500m的一，二类隧道，承重结构的耐火极限试验采用RABT升温曲线，时间为≥120min。
为了进一步提高并验证研制的新产品的防火的可靠性，公安部于2007年12月1日颁布了GA/T714《构件用防火保护材料快速升温耐火试验方法》，即RABT升温曲线，与目前ISO834H-C升温曲线（标准烃类火灾曲线）相比，区别二点，其一升温速度快，≤6min（标准曲线12min）其二温度高1200℃（标准曲线1100℃）。
RABT升温曲线试验方法更接近隧道全封闭、空间狭、火灾时急剧升温的状况。
HX-SF701产品经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测结果如表4
表5HX-SF701隧道专用防火涂料RART耐火极限试验
检验项目名称
标准要求及标准条款号
实测结果
本项结论
耐火极限
对于混凝土板底面上的任一测温点温度≤380℃；对于混凝土板内25mm保护层钢筋网底面上的任一测温点涂层厚度；20mm±2mm温度≤250℃；耐火极限≥2.0h
实测涂层厚度20mm；耐火试验进行到200min时，混凝土板底面上测温点单点最高温度332.4℃；混凝土板内25mm保护层钢筋网底面上测温点单点最高温度181.9℃。
耐火极限大于3.3h。
合格
于09年3月初通过公安部消防总局等相关部门对HX-SF701产品抽检型式检验。
4结果与分析
从表3、表4检测结果表明HX-SF701隧道专用防火涂料、耐火极限高于GA98标准要求，其他指标均符合要求，隧道防火涂料最重要的性能耐火极限、粘结强度也高于国内质量较好的同类产品，比较如表5。
表6不同品种防火涂料主要指标比较（7）
产品名称
干膜厚度mm
粘接强度Mpa
耐火极限min
GA98标准
20.0
0.10
120
106-2隧道防火涂料
20.0
0.15
165
HX-SF701
20.0
0.30
≥200
升级会员 