隧道防火涂料的设计原则和研制-防火涂料,透明防火涂料,钢结构防火涂料,隧道防火涂料,饰面型防火涂料,混凝土防火涂料
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隧道防火涂料的设计原则和研制
发布者:boyhg2014 发布时间:2014/6/26 15:02:30 阅读:436

随着国民经济的高速发展,城市建设加快,流动人口迅速增加,交通建设及完善显得尤为重要。而隧道以其实现目标距离最短、占地面积最少、对自然环境及景观破坏程度最小、造价低的特点受到了规划建设者的青睐。但是隧道结构一般是由石块和钢筋混凝土垒砌而成,温度升至 60 0 ℃ 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。而隧道发生火灾时,温度一般在 1 00 0 ℃ 以上,隧道砌体难以承受如此高温,严重部分容易烧塌,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。
  《 2005 年中国公路水路交通行业发展统计公报》显示,截止 2005 年底,全国已建成公路隧道 2 889 处,共 152.7万m ;其中采用阻燃设计约占 1/10 ,因此对已有隧道防火改性具有较大的市场空间。同时据第三届铁路隧道年会发布的消息,今后 6 年我国将新建 300 万 m 长的铁路隧道,并且随着北京到上海高铁项目的立项,必将带动隧道相关产品的需求量,特别是隧道防火涂料的需求量。
  隧道防火涂料的组成
  隧道防火涂料主要由粘结剂、耐火填料、发泡材料和助剂组成。
  (1) 粘接剂:
  约占涂料总体积的 35 %~ 40 %。苯丙、醋丙、 EVA 、 582 树脂、水玻璃、耐火水泥、磷酸盐等均为较好的粘结剂。由于粘结剂的用量较多,选择粘结剂时,需考虑材料的价格、燃烧性能及火灾时的烟气情况。
  (2) 耐火填料:
  是隧道防火涂料的骨架成分之一,约占涂料总体积的 35 %~ 38 %,其主要作用是高温隔热和降低热导率。海泡石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、玻璃空心漂珠、高岭土、矿渣棉、超细硅酸铝等均是良好的无机轻质隔热填料。
  (3) 膨胀剂:
  是隧道防火涂料的另一个主要成分,约占涂料总体积的 8% ~ 10% 。高温时,涂料成分发生改变,膨胀剂迅速发生膨胀,从而形成多孔的隔热层,阻止热量向隧道砌体的传递。膨胀蛭石、重铬酸铵为无机发泡材料;三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸铵是成熟的有机发泡体系,多在薄型或超薄型防火涂料中使用。
  (4) 阻燃剂:
  用于涂料的阻燃,约占涂料总体积的 12% ~ 15% 。它受热时吸热失水,协助膨胀隔热。一般选用结晶水较多的硼化物、锌化物及氢氧化铝、氢氧化镁。
  (5) 其他助剂:
  主要改善涂料的和易性及理化性能,约占涂料总体积的 3% ~ 5% 。常用的助剂有可再分散胶乳、高效减水剂等。
  现今隧道防火涂料的缺陷
  我国对隧道结构进行防火保护工作始于 20 世纪 80 年代中期,但限于当时的技术、经济状况,除了上海延安东路越江隧道等有限的几个隧道喷涂了防火涂料外,其它隧道的结构都没有采取防火措施。真正根据有关隧道设计规范设计、建造隧道,还是近几年的事,而隧道防火涂料的应用,则是从 2001 年前后开始的,当时一些企业将厚型钢结构防火涂料或混凝土楼板防火涂料甚至电缆防火涂料作为隧道防火涂料使用。因此关于隧道防火涂料研究的基础比较薄弱,产品参差不齐,给隧道防火涂料施工和性能检测带来很大困难。现今国内隧道防火的主要缺陷有以下几点:
  (1) 涂层太厚
  如按 ISO 834 曲线升温,耐火性能达到 3h ,一般涂料涂层厚度约需 20 ~ 30 mm ;由于涂层较厚,需要多次喷涂,施工困难。如按碳氢曲线升温,隧道防火涂料不能承受快速升温的热冲击,可能在几分钟内就发生爆裂,不能满足隧道的特殊防火要求。
  (2) 粘结强度低
  隧道防火涂料的粘结强度一般为 0.1MPa ,车辆在隧道通行时,会产生强风和震动,不能满足隧道的实际需要。
  (3) 其他缺陷
  未注重涂层毒性研究,一旦发生火灾,将影响火灾的扑救和隧道的修复。
  耐水性较差,涂层长期处于隧道的潮湿环境中,会积水、甚至脱落。
  隧道防火涂料的设计原则
  国内外就隧道防火涂料研究已开展了大量的工作。如国内学者提出一种以硅酸盐为主要粘结剂,以氢氧化铝、膨胀蛭石、三硅酸镁等为填充料,四硼酸钠为防火助剂的隧道防火涂料;针对隧道砌体不耐高温的特点,研制了一种以无机胶凝材料为主的耐潮湿环境的水硬性隧道防火涂料,该涂料可同时应用于钢结构和混凝土的防火保护;开发了一种新型的物理膨胀阻燃剂,以可膨胀石墨为主,制取了一种无卤、环保、并具有优良防火性能的物理膨胀型防火涂料。
  而国外学者研制出建筑物表面的无机防火涂料,由水硬性白水泥、水玻璃、蛭石、膨胀珍珠岩、无机玻璃纤维等组成;推出了以海泡石、钙硅石、增强纤维、高铝水泥、无定型硅石为主要组成的防火涂料,该涂料具有很好的绝热性和防爆裂性,可应用于建筑物外墙、隧道等;可用于金属和混凝土表面的防火涂料,由膨润土、硅酸铝、硅灰石、硅酸镁、玻璃微珠及一些多孔填料组成,粘结剂为水玻璃、波特兰水泥、石膏、磷酸盐类中的一种或几种等。
  上述报道的隧道防火涂料制造均是以水玻璃、水泥、白水泥、高铝水泥、磷酸盐类等无机物为粘结料,以珍珠岩、膨胀蛭石、微空硅酸钙、硅藻土、粉煤灰玻璃微珠、海泡石粉、滑石粉等为填充骨料,以玻璃纤维、钢纤维、聚丙烯纤维等为增强材料,以含结晶水的铝、镁、硼、锌的氧化物等为阻燃剂,以上产品其组分主要由无机材料构成。而从国内外各类防火涂料的文献专利看出,用于保护不燃性建筑结构的涂料包括有机膨胀型厚浆涂料和轻体无机防火涂料两类。在火灾温度下,有机膨胀涂料的碳质泡沫层,易逐渐消失而降低防火隔热作用,即使是最好的涂料,涂层增至 4 mm 时,耐火极限也只有 1h 。而无机防火涂料,由于密度轻,热导率小,耐火性能好,随涂层厚度不同,可满足 1 ~ 2h 甚至更长时间的耐火要求。但纯无机物构成的防火涂料,容易出现硬而脆、产生龟裂脱落等不利情况。因此,在隧道防火涂料的研究中,一般应采用非膨胀型、无污染的水性有机无机复合涂料的研究技术路线。
 
 
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