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新型隧道防火涂料的研制及其施工与应用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

2021年07月23日 山西机械设备网

新型隧道防火涂料的研制及其施工与应用,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

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8 000 km。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90 min,温度高达1 000℃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涂料在线coatingol.com。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。

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GA 98—2005《混凝土结构防火涂料》、GB 14907—2002《钢结构防火涂料》、GBJ 16—1987《建筑设计防火规范》、JPJ 026—1990《公路隧道设计规范》等。

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。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GA 98—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GB 9152 制备样板,养护后进行性能检测。

1.4.2 性能检测

依据GA 98—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。经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。

新型隧道防火涂料的性能指标

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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GA 98—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1 200℃,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

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

可再分散胶粉用量对隧道防火涂料性能的影响见表3。

可再分散胶粉用量对隧道防火涂料性能的影响

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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]。蛭石是一种充满细小孔隙的优良绝热材料。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。

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。

耐火隔热材料对隧道防火涂料性能的影响

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注:a—海泡石;b—硅酸铝棉;c—蛭石;d—珍珠岩;e—空心微珠。

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。

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8~10 min,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2.5 m 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5 mm 左右。

(4) 每隔24 h 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

研制的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87 000 m2。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19 mm 时,耐火极限超过215 min,大大超过了目前国家标准要求的120 min 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。

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)

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