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1、隧道防火涂料研究进展摘要：随着城市交通的日益紧张，为提高公路交通的通行速度，解决地面拥挤难题，充分利用立体空间资源，越来越多的人考虑采用隧道交通。这也导致隧道火灾数量变多，规模变大，对社会影响更加广泛。因此对隧道防火涂料的研究有重大的价值。木文简要介绍了隧道防火涂料的分类、组成成分及阻燃机理，重点叙述了隧道防火涂料主要性能的研究动态，指出隧道防火涂料现阶段所存在的缺陷，并提出未来的发展方向。关键字：隧道火灾；隧道防火涂料；缺陷；发展方向TheresearchprogressesoftunnelfireproofcoatingWangWen-cheng(CollegeofCivilEnginee
2、ring,FuzhouUniversity,Fuzhou,FujianProvince350108,China)Abstract:Asweknow,trafficinmostofbigcityisverycrowd.Moreandmorepeopleconsiderusingundergroundasatrafficway.Ifweselectedconstructingthetunnelinsteadofroad,itwouldreducethelandoccupancyandpromotetrafficimprovement.Thetunnelfireswillnotonlyhappenb
3、ymorefrequency,butalsothescalesoffirearelarger,whichcancauseinterruptedtrafficforalongtime.So,theresearchabouttunnelfireproofcoatinghasaverygreatvalue.Thisarticlebrieflyoutlinestheclassification,compositionandfireproofprincipleoftunnelfireproofcoating,andfocusesontheresearchtendencyofthemainperforma
4、nces,andpointsouttheproblemsatpresentoftunnelfireproofcoating.Thedevelopmentdirectionoftunnelfireproofcoatingisputforward.Keywords:Tunnelfires;Tunnelfireproofcoating;Problem;Developmentdirection1 .前言随着社会的不断发展，人们对交通道路建设的要求越来越高，建造在山岭、河道、海峡及城市地面以下，供车辆、行人、水流、管线等通过的隧道，作为交通道路建设的一种重要形式，具有实现目标距离最短、占地面积最少、对自
5、然环境及景观破坏程度最小、造价适宜等特点不仅承担着交通运输的重任，还可作为输油管、输水管、光缆、电缆的通道，越来越受到世界各国交通道路规划建设的青睐。特别是现阶段经济快速发展的我国，己建造的隧道数量已超过8500多座，总长度高达4500多千米，高居世界第一位。由于隧道不仅是交通运输的通道，也是光纤电缆、输电电缆及输油、输水的通道。因此，隧道中的火灾是经济损失最大、抢修最难、中断行车时间最长的交通事故网。为了使隧道中的钢筋混凝土结构在火灾发生时免遭破坏，把经济损失降低到最小程度，应采取有效的防火措施。目前提高隧道钢筋混凝土结构的防火措施主要有安装喷淋灭火系统、额外设置混凝土牺牲层、在隧道表面安装
6、防火板材或其他防火材料以及在隧道砌体上喷涂防火涂料。每种防火措施各有优缺点，从性能、成本以及施工方便性综合考虑，喷涂防火涂料是现阶段隧道防火的最佳选择图。本文简要介绍了隧道防火涂料的分类、组成成分及阻燃机理，重点叙述了隧道防火涂料主要性能的研究动态，指出隧道防火涂料现阶段所存在的缺陷，并提出未来的发展方向。2 .隧道防火涂料的分类第一种是按涂层厚度进行分类，可分为厚涂型和薄涂型，厚涂型隧道防火涂料的涂层厚度通常为1525mm,而薄涂型隧道防火涂料的涂层厚度为7Iomm第二种是按施工时的组成数量进行分类，可分为单组分隧道防火涂料和双组分隧道防火涂料IL第三种是按隧道防火涂料的防火形式进行分类,可
7、分为非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料。非膨胀型防火涂料受热时不燃，通过自身较低的导热系数或发生吸热化学反应，延迟热量向保护基体的传递，从而提高基体的耐火能力；膨胀型防火涂料受热时，形成比涂膜厚度大几十倍甚至上百倍的不易燃的海绵状炭化层或釉状保护层。这种保护层具有良好的隔热隔氧作用，能够使基材在一定的时间内保持较低的温度，阻止基体进入应力临界状态，起到良好的防火隔热保护作用同。3 .隧道防火涂料的基本组成(1)主粘接材料主粘结材料应满足隧道所处的潮湿的环境，固化后粘接强度高。高温时该粘接剂强度损失小，且耐冲击、耐冷热循环。(2)辅助粘结材料辅助粘结材料是隧道防火涂料的骨架成分之一，其主要作用是高
8、温隔热和降低热导率。但辅助粘结材料要有一定的级配，使各成份之间填充密实。同时，所用的辅助粘结材料还应考虑施工的方便性。(3)膨胀剂膨胀剂是隧道防火涂料的另一个主要成份，高温时，涂料成份发生改变，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闾。(4)阻燃剂阻燃剂受热时吸热失水，协助膨胀剂隔热。阻燃剂选用结晶水较多的硼化物和锌化物，同时阻燃剂还有利于涂料的固化。(5)防水剂主要用于促进涂料的固化和提高涂料的早期强度，同时它还吸收涂料中游离的碱金属和碱土金属离子，起防水作用。(6)其它助剂主要改善涂料的和易性，以及施工的方便性。4 .隧道防火涂料的阻燃机理从燃烧的条件知道，要使
9、燃烧不能进行，必须将燃烧的三个要素中的任何一个因素隔绝开。如果以难燃或者不燃的涂料将可燃物表面封闭起来，避免与空气接触，就可以使可燃物表面变成难燃或者不燃的表面。例如，防火涂料体系中硼化物在高温时，可以在被保护基材的表面形成玻璃状薄片，起隔绝空气、隔断火焰和隔热的作用【。另一方面硼化物含结晶水，受热时分解成水蒸气，水蒸气作为稀释剂降低了可燃气体的浓度，同时覆盖在被保护基材的表面也起到隔绝氧气，阻止燃烧的作用，从而使涂层有效地阻隔火焰和热量，降低热量向混凝土及其衬内钢筋的传递速度，推迟其温升和强度变弱的时间，提高其耐火极限，达到防火保护的目的W/2J。从燃烧蔓延扩大的途径可知，要阻止燃烧的蔓延扩
10、大，必须隔绝被保护物体的任何形式的热量的传播。如形成膨胀隔热层，利用高导热和高反射性能的涂层排出热量，利用吸热的化学反应抵消外部热源的作用等。从难燃化的原理可知，要实现涂层自身的难燃性或者不燃性，可以把具有难燃化作用的元素连接到有机高聚物分子中去，实现成膜物质的难燃化U31。也可以将难燃剂添加到涂料中去，增加涂层的难燃性。还可以采用无机的粘合剂作为涂层的成膜物质来实现涂层的不燃性。5 .隧道防火涂料主要性能研究动态5.1 耐火性能耐火性能是隧道防火涂料的基本性能,耐火性能以涂覆混凝土板的涂层厚度以及耐火性能实验时间或耐火极限来表示。现有的大多数研究均是在常用的隧道防火涂料组成成分的基础上，通过
11、替换个别阻燃成分或添加外加材料来提高耐火性能。(1)碱激发水泥的应用。碱激发水泥是由碱激发硅铝质材料而形成的胶凝材料，具有快凝早强、密度小、优良的耐火耐高温性、耐化学腐蚀性和耐久性等优点；因此，碱激发水泥具有广阔的应用前景，在耐火材料、耐腐蚀材料、胶凝材料等方面发挥了良好效果，为隧道防火涂料的研究开辟了新方向。近年来，国内学者对碱激发水泥在隧道防火涂料中的应用己有研究。杨广营,赵建敏刈研究表明用氢氧化钠、(钠、钾)水玻璃、石灰、碳酸钠等常用的激发剂，把粉煤灰的活性能激发出来制得的地质聚合物(也称碱激发水泥)应用于隧道防火涂料能够有效提高隧道防火涂料的耐火极限。(2)纳米材料的应用。国内将纳米材
12、料应用于防火涂料的研究也取得了一些进展,。吴亚平【将纳米阻燃剂应用于饰面型防火涂料中，提高了防火涂料各项性能；尹荔松等I成功制备了纳米Sb2O3阻燃微粉并把它应用于防火涂料，有效的提高了防火涂料的耐火性能，而且实验合成的这种纳米阻燃材料可非常方便地应用到工业生产以及日常生活中去若投产应用，具有很好的应用前景。因此，选择合适的纳米材料，再通过配合比的调整与优化，能够有效的提高隧道防火涂料的耐火性能。5.2 粘结强度粘结材料的选择对隧道防火涂料的粘结强度和耐火极限有着重要的影响，尤其是粘结强度。但是单一的高铝水泥远远不能满足性能较高的防火涂料的要求，即使用高铝水泥和普通水泥混合物虽克服了缓凝，降低
13、了部份原料成本，但也未能解决粘结性较差的问题。因此，通过添加辅助粘结材料来改善粘结强度已成为主流。当前学者关于可再分散乳胶粉这种辅助粘结材料的使用对隧道防火涂料粘结强度的影响存在着分歧。一方面，JoaChimSChUIZe【研究指出乳胶粉能提高水泥砂浆的粘结强度，但是过量加入无益，当可再分乳胶粉的外掺量为2%时对粘结性能影响最佳。程小伟【网研究认为通过聚合物乳胶粉对水泥混合物的改性，在保证耐火极限的前提下，能够基本解决防火涂料粘结强度的问题。另一方面，郑美军、刘俊权、代隆军研究认为胶粉可降低隧道防火涂料粘结强度，随着胶粉添加量的增加，粘结强度在某一点突变，急剧下降，随后略有增加。超过1%时，粘
14、结强度小于0.1MPa,对己经成熟的防火涂料产品而言，无需添加胶粉进行性能优化，胶粉添加量越大，反而会起到更大的副作用。5.3 耐久性关于防火涂料耐久性的研究，我国起步较晚，但也取得了一些成就。对于耐久性的含义，至今仍难以制定一个统一的明确的概念。文献四把防火涂料耐久性列为两个问题：一是涂层与基材粘结力的耐久性问题，即防火涂料是否容易随时间的延长、振动、受荷载作用等因素而出现剥落、粉化或自身出现开裂等现象；二是涂料的防火性能是否持久问题。但是有的学者如认为这种定义有失偏颇，不能全面概括耐久性的含义。从广义上讲，防火涂料的耐久性应为，涂料及各涂层组成成分在所处的自然环境和使用条件等因素的长期作用
15、下，在预定的时间内仍能保持自身理化性能和防火性能的能力。防火涂料的耐久能力主要与自身的理化性能有关。国内大多数研究是通过新型材料的应用来提高防火涂料的耐久性。张小玲、邓远名等在隧道防火涂料表面涂覆聚合物基纳米复合材料，能在不影响涂料耐火性能的前提下有效改善涂层的耐腐蚀性。王新钢网利用可膨胀石墨在大气中变化很缓慢、耐候性、耐久性优异等特点，把膨胀石墨应用于防火涂料中，大大提高了防火涂料有效成分的耐久性。5.4 安全毒性隧道防火涂料加入含卤素、氮等元素的阻燃成分后，在火灾不完全燃烧条件下，会分解释放出大量的有毒气体，如一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氯化氢、氨化氢、光气等，这些气体一旦大量累积，对火场
16、人员极其不利。因此，针对隧道防火涂料产烟毒性的研究是十分必要的。研究表明网氧化锌/氧化镁、硼酸镂/氧化睇、钳酸钙/铝酸锌、氧化铝/氧化锌等阻燃体系在许多含卤素聚合物中都取得很好的阻燃消烟效果。此外，防火助剂和阻燃消烟剂的无卤化也成为人们广泛关注的热点。近年来超细粒度阻燃剂的发展迅速，使阻燃消烟剂的生产和应用水平大大提高。由于超细粒度阻燃剂的分散性能好，显著提高了阻燃和消烟效果3)。无机发泡材料燃烧时完全无烟，能够从根源上消除烟雾的产生，对解决防火涂料的消烟问题提供了极好的手段31。6 .隧道防火涂料存在的缺陷虽然近几年国内关于隧道防火涂料的研究比较多，也取得了一定的研究成果，但是国内隧道防火涂
17、料基础研究还是比较薄弱，产品还不够成熟，在研究的过程中依然存在以下方面缺陷26.28：(1)涂层太厚。按ISO曲线(国际标准的温度-时间曲线)升温，涂层需要在2030mm的情况下耐火能力才能达到3h,涂层较厚也不方便施工。如按碳氢曲线升温，在数分钟内混凝土就会爆裂，不能满足隧道防火的要求。(2)粘结强度低。由于隧道防火涂料的粘结强度较低，车辆在隧道内高速通行时会产生强烈震动，可能导致防火涂料剥落，不满足实际工程的要求。(3)耐水性差。涂层长期处于隧道的潮湿环境中，会积水、甚至脱落。(4)对涂层安全毒性的研究没有足够认识。火灾时，涂层冒浓烟，产生有毒有害气体，污染环境，危害人体安全。(5)市场不
18、规范。当前隧道防火涂料市场发展不够健全，不正当竞争现象时有发生，产品质量难以保证。7 .隧道防火涂料发展方向针对国内隧道防火涂料存在的问题，为了满足社会的需要，隧道防火涂料今后的研究方向，将主要朝着以下几方面发展(1)发展超薄型膨胀隧道防火涂料，以解决涂料过厚的问题等。(2)研究高性能增强材料添加在隧道防火涂料中，增强涂层的机械强度，以确保涂层长时间受火能够继续发挥其阻火隔热性能而不至脱落。(3)发展无机轻质膨胀型隧道防火涂料，无机隧道防火涂料节省能源与资源，对健康和环境影响较小。(4)发展防水性较好、抗裂较强、耐火性较高、粘结性较强以及成本较低的隧道防火涂料，确保防火涂料的质量。(5)发展环
19、保型隧道防火涂料。由于环保要求的呼声越来越高，隧道防火涂料应该朝着节能、环保等高性能方向发展，减少施工中的环境污染以及对人身伤害。参考文献：1刘军辉,陈夙,等.现今隧道防火涂料的缺陷和发展趋势J涂料技术与文摘,2008,(8):11-13.陈夙,刘军辉,仲晓林.隧道防火的研究进展J涂料技术与文摘,2008,29(2):7-9.3BerhahlP.BuildingenergyefficiencyandfiresafetyaspectsofreflectivecoatingJ.EnergyandBuilding,1995,(22):187-191.4张硕生,张庆明,毛朝君.隧道防火保护的现状及其发
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