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新型隧道防火涂料的研制及其施工与应用

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  • 2014-12-14
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新型隧道防火涂料的研制及其施工与应用

龙军林1左志康2王军委2贾虎昌2贺军会2贺少鹏2    (1.宝鸡市宝防化工新材料研究所,陕西宝鸡721303;2.宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司,陕西宝鸡721303)    摘要:通过对现有隧道防火涂料所用原材料的分析,结合隧道防火涂料的性能要求,研制成新型隧道防火涂料。讨论了涂料组成对涂料性能的影响。介绍了该隧道防火涂料的施工与应用。    关键词:隧道防火涂料;耐火极限;施工与应用    中图分类号:TQ637.8文献标识码:A文章编号:1009-1696(2011)12-0014-04    0·引言    随着我国经济建设的高速发展,高速公路、铁路隧道日益增多,目前,我国公路、铁路交通网络的隧道总长度已经超过8000km。隧道不仅是交通运输、输水和输电的通道,也是输电电缆的通道,一旦发生火灾,着火点周围温度升温极快,短时间内会聚集大量有毒有害气体,瞬间内凶猛的火势以及长时间的高温会对隧道内部设施、设备造成严重损坏。实践证明:隧道中火灾持续时间超过90min,温度高达1000℃以上,混凝土结构会炸裂,产生塌陷,危及救火人员的生命安全,造成更大的生命财产损失。在各种事故中,公路和地铁火车隧道火灾是抢救最难、中断行车时间最长、经济损失最大的事故[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,但其耐火性有限,为了使其在火灾发生时免遭破坏,必须对隧道结构采取防火措施。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,采用隧道防火涂料对隧道进行保护是一种最为有效的方法。隧道防火涂料除了要防止烃类火灾之外,同时要考虑到隧道所处环境的湿度大、温度变化大、行车产生强烈震动、烟气灰尘不易散发、隧道内部噪音大等特点[3]。    本文介绍了一种新型隧道防火涂料的研制,适用于公路和铁路隧道,各种地下工程等有防火保温要求的涂装保护,其防火性能高,黏结强度高,施工简便,性价比高。    1·实验部分    1.1原材料    黏结剂:高铝水泥和42.5R硅酸盐水泥,市售品;可分散胶粉,德国瓦克。    耐火隔热阻燃材料:硅酸铝棉、海泡石、蛭石、珍珠岩、空心微珠等,市售品。    膨胀阻燃材料:聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、硼酸锌、氢氧化铝等,市售品。    助剂:消烟剂、引气剂、减水剂、缓凝剂等,德国瓦克。    1.2配方的确定    研制的新型隧道防火涂料由复合黏结剂、耐火隔热阻燃材料、发泡材料、助剂等组成。以GA98—2005《混凝土结构防火涂料》技术指标为依据,通过大量实验,最终优选出新型隧道防火涂料配方如下:    原材料用量/kg    复合黏结剂45~50    耐火隔热阻燃材料30~40    膨胀阻燃材料5~10    助剂3~5    1.3生产工艺    先把硅酸盐水泥、高铝水泥和可再分散胶粉混合均匀,然后依次加入硅酸铝棉、海泡石、蛭石、珍珠岩、空心微珠等,分散均匀后再加入发泡材料,最后加入助剂,混合均匀,出料,包装。    1.4性能检测    1.4.1样板制备    将配制的新型隧道防火涂料与水按100∶80~85的配比搅拌均匀成浆料,按照GB9152制备样板,养护后进行性能检测。

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  1.4.2性能检测    依据GA98—2005《混凝土结构防火涂料》和公安部四川消防研究所提出的《隧道防火涂料技术要求》来检测新型隧道防火涂料的各项性能指标。   …四川都江堰国家防火建筑材料质量监督检验中心检测,研制的新型隧道防火涂料的性能指标见表1。

  表1新型隧道防火涂料的性能指标

  上述检测结果表明:研制的新型隧道防火涂料耐火极限高于GA98—2005《混凝土结构防火涂料》标准要求,其他指标均符合相关标准要求。研制的新型隧道防火涂料具有优良的黏结强度,隧道在车流的震动和外力的作用下,涂层稳定性好;当火灾发生时,较长的耐火时间有利于消防和减轻灾情,缩短修复时间,降低财产损失。    2·结果与讨论    2.1黏结剂用量的影响    黏结剂以硅酸盐水泥为主,配用适量的高铝水泥和可再分散胶粉。硅酸盐水泥具有耐水、耐碱、不燃等性能,如与高铝水泥复配后,耐温性可超过1200℃,而可再分散胶粉可提高涂料的黏结强度和内聚力,增强涂料的耐久性、耐磨性、抗冲击性和抗弯强度。经实验表明:当黏结剂用量在40%~50%,可再分散胶粉用量在2.5%~3%时,能显著改善隧道防火涂料的黏结强度和耐火极限,使涂料达到最高的耐火值和最佳施工性。黏结剂用量对隧道防火涂料性能的影响见表2。

  表2黏结剂用量对隧道防火涂料性能的影响

  2.2可再分散胶粉用量的影响   ∩再分散胶粉用量对隧道防火涂料性能的影响见表3。

  表3可再分散胶粉用量对隧道防火涂料性能的影响

  2.3耐火隔热阻燃材料的影响    耐火隔热阻燃材料由硅酸铝棉、海泡石、蛭石、珍珠岩、空心微珠等组成。硅酸铝棉具有密度小、耐碱、耐酸等特点,利用其特点可以提高涂料在干燥过程中的抗龟裂性、高温下的抗裂性和低温冻融稳定性,又可增加涂料的机械性能。海泡石具有悬浮功能,可改善涂料的稳定性[4]。蛭石是一种充满细凶隙的优良绝热材料。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。空心微珠是一种陶瓷粉末材料,具有极高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。

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实验表明:由硅酸铝棉、海泡石、蛭石、珍珠岩、空心微珠组成的无机耐火隔热材料具有耐高温、密度小、耐火隔热性好等优点,其用量对隧道防火涂料耐火性能的影响见表4。

  表4耐火隔热材料对隧道防火涂料性能的影响

  表4表明:海泡石(a)/硅酸铝棉(b)/蛭石(c)/珍珠岩(d)/空心微珠(e)配比为0.5∶1.5∶2∶3∶3时,达到最佳的防火效果。    2.4发泡材料的影响    发泡材料是由聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PER)组成的P-N-C高温发泡阻燃体系,虽然其用量很小,但可进一步提高涂层着火后的孔隙率,且加入适量的硼化物和铝氧化物等无机添加剂,可有效地阻隔火焰和热量,降低热量向内传递速度,从而提高耐火极限,既达到防火保护的目的,又能弥补耐火隔热阻燃材料的不足来提高涂料的耐火性。其用量不超过总量的7%。    2.5助剂的影响    助剂由消烟剂、引气剂、减水剂、缓凝剂等组成,既可增强涂料的耐火性,又可改善和提高涂料的施工性。    3·隧道防火涂料的施工与应用    3.1隧道防火涂料的施工    隧道防火涂料的施工直接决定涂膜的质量和涂装效果。隧道防火涂料的粒度较大,黏度也较大,一般采用空气喷涂法。

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3.1.1基层处理    (1)施工缝错台部位要用角磨机进行切削打磨平整,防止防火涂料施工后表面不平整。    (2)将隧道砼表面的浮尘、油污等清洗干净,并洒水润湿。    (3)修补凹凸不平的地方,确保隧道砼表面的平整。(4)漏水部位一定要止水补漏。    (5)混凝土表面碱性很强,吸水率高,施工前应尽量干燥,含水率应小于8%,pH小于8。    3.1.2涂料施工    (1)将隧道防火涂料与水按100∶70~80配比混合,用搅拌机搅拌8~10min,一定要确保搅拌时间,配制成稠浆状。涂料黏度调整到施工时不发生流淌和下坠现象为宜。    (2)用少量的浆料做成间距为2.5m的横条状厚度标志,作为喷涂施工的参照物。    (3)用喷涂机从隧道的腰部向顶部(自下而上)进行喷涂,每次喷涂厚度为5mm左右。    (4)每隔24h喷涂1次,如此循环,直至喷涂到设计规定厚度。必须在前道涂料干燥后方可喷涂下道涂料,喷涂时应确保涂层均匀平整。    (5)喷涂后的涂层应均匀平整、无开裂和空鼓等现象。    3.2隧道防火涂料的应用研制    隧道防火涂料在现场加水搅拌均匀后即可使用,具有容重轻、导热率低、阻燃隔热效果显著、无毒无味等优点,施工简单方便。该隧道防火涂料于2009年11月首次涂装在广悟高速公路云浮段公路隧道,面积达87000m2。通过近两年的观察,运行情况良好。其耐火时间长,黏结强度高,良好的施工性,得到广悟高速公路管理处好评,被评为优良工程。2010年5月涂装在甘肃天(水)定(西)4标段大象山隧道,至今仍完好如初,无任何脱落和空鼓等现象,得到中交二局三处的高度赞扬。    4·结语    研制的新型隧道防火涂料耐火性优异,涂层厚度达19mm时,耐火极限超过215min,大大超过了目前国家标准要求的120min的耐火极限;较高的黏结强度和耐火性达到和超过行业标准及规范,可有效降低涂层厚度,节约资源。新型隧道防火涂料作为一种价格低廉、对隧道保护作用明显的涂料,在预防隧道火灾、提高隧道结构耐火极限方面起到了重要作用,并在降低外部火灾带来的损失和缩减修复成本方面,将产生潜在的、较大的经济效益和社会效益。    参考文献    1·刘成楼.隧道防火涂料的研制[J].现代涂料与涂装,2007(12):8-9    2·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):7-9    3·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    4·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

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