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超薄膨胀型隧道防火涂料的研制

来源:未知 作者:admin 时间:2019-02-24 点击:
导读:通过对现有隧道防火涂料所用原料的分析,结合目前隧道用防火涂料的标准要求,研制成超薄膨胀型隧道防火涂料。该涂料耐火极限高,粘结强度大,施工简单方便,养护周期短,各项技术指标均达到隧道防火涂料的国标要求,市场前景广阔。
超薄膨胀型隧道防火涂料的研制
王军委1,贺少鹏1,贺军会1,张玲1,贺晓辉1,何世家2
(1. 宝鸡市铁军化工防腐安装有限责任公司,陕西宝鸡 721303 ;2. 公安部四川消防研究所,四川都江堰 611830)

0 引言
随着我国经济建设的高速发展,城市建设脚步加快,高速公路、铁路隧道日益增多,截至2015 年,我国公路、铁路交通网络隧道总长度已超过12 000 km。隧道不仅是交通运输的通道,也是输电电缆和输水、输油管的通道,一旦发生火灾,着火点周围温度上升极快,短时间内会聚集大量有毒有害气体,凶猛的火势以及长时间的高温对隧道内部设施、设备的破坏极其严重,实践证明,隧道中火灾持续时间超过60 min,就会使得隧道混凝土结构炸裂,产生塌陷,危及行人和救火人员的生命安全,造成极大的生命财产损失,因此隧道火灾事故是抢救最难、经济损失最大的事故之一。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GB 28375—2012《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,但是其耐火性较差,钢筋混凝土在温度380 ℃时强度开始下降,当温度达到600 ℃时,其抗压强度损失达75%,随时会出现坍塌,采用隧道防火涂料对隧道进行保护,确保其结构稳定性和安全性,减少灾害损失和维修费用,缩短修复时间,是一种最为经济和有效的方法。本研究制备了一种超薄膨胀型隧道防火涂料,适用于公路和铁路隧道、各种地下工程等有防火要求设施的涂装保护,与现行国家标准比较,其具有防火性能优异、涂层薄、粘结强度高、施工简单方便,养护周期短等特点。
 
1 隧道防火涂料的技术要求和现状
隧道多为钢筋混凝土结构,除了要防止烃类火灾之外,同时要考虑到隧道内部湿度大,温度变化大,行车造成震动强烈,烟气、灰尘不易散发,隧道内噪音大等特点,因此隧道防火涂料应具备以下技术要求:
(1) 符合环保要求。涂料在高温下不会分解释放出有毒、有害气体,产烟毒性达到ZA-1 级,符合国标的要求。
(2) 具有优异的耐火性能和优良的耐水、耐碱、耐冻融、耐湿热性,高寒地区的隧道防火涂料还应具有防冻性。
(3) 在潮湿环境下凝固干燥快,与混凝土具有良好的粘结力,自重轻,不易脱落,施工方便,效率高,养护周期短。
目前隧道防火涂料以非膨胀厚型防火涂料为主,一般涂层厚度达15~20 mm,涂层自身重。隧道内行车产生的风速和震动容易造成防火涂层脱落,对高速运行的车辆和车内人员的安全构成威胁;非膨胀厚型隧道防火涂料以水泥为主要粘结剂,施工时需要3~4 道才能达到设计要求,消耗资源多,施工速度慢,效率低,施工完成后养护周期长达28 d。因此研制一种涂层薄、自重轻、耐火性能好、施工养护周期短的超薄膨胀型隧道防火涂料势在必行。
 
2 试验部分
2.1 试验材料
2.1.1 粘结剂
以可再分散胶粉、PVA(聚乙烯醇)胶粉、EVA(乙烯- 乙酸乙烯酯共聚物)胶粉混合物为粘结剂,同时加入一定量的渗透性结晶活性母料,对超薄膨胀型隧道防火涂料的耐水性、抗渗透性和耐久性有很大的提高。
2.1.2 阻燃剂
隧道空间狭小,其结构是密封的,卤素在高温下分解生成的有机磷等毒性较大,严重威胁隧道内行人和救援人员的生命安全。本研究选用氢氧化铝和氢氧化镁作为阻燃剂,一旦发生火灾,达到氢氧化铝的分解温度,其脱水过程中会吸收部分燃烧热量;再则,脱出的水在燃烧温度下变成水蒸气也会吸收热量,大量的水蒸气还能抑制烟气的生成。另外高温反应生成的Al2O3 是无机耐火材料,与燃烧形成的其他碳化合物一起,可在表面形成保护层,达到优异的防火隔热效果。
2.1.3 膨胀剂
本研究采用的膨胀材料有膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、水合硅酸钠和聚磷酸铵。膨胀蛭石是一种充满细小孔隙的优良绝热材料。膨胀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。两者皆具有容重轻、热导率低、阻燃隔热效果显著、无味无毒、耐水等优点。聚磷酸铵是一种优良的膨胀阻燃剂,具有低烟、无毒、水溶性低等优点,其含磷、含氮量高,热稳定性好。本研究选用的超高相对分子质量的聚磷酸铵,聚合度>1 500。
2.1.4 颜填料
经过高温燃烧后,防火涂层中所有的有机材料都会受热而分解,残留的颜填料成为防火涂层的耐火泡沫层,因此,颜填料必须达到耐高温的要求。颜填料既能提高涂料的防火阻燃性能又能降低生产成本,更重要的是能改善防火涂料的物理机械性能和化学性能,提高涂层的耐热性并抵抗气流的冲击。本研究采用的颜填料有钛白粉、轻质碳酸钙、空心微珠、海泡石、煅烧高岭土、滑石粉和云母粉等。空心微珠是一种陶瓷粉末材料,具有极好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。
2.2 基础配方
以GB 28375—2012《混凝土结构防火涂料》技术指标为依据,通过大量试验,最终优选出超薄膨胀型隧道防火涂料的基础配方,见表1。
超薄膨胀型隧道防火涂料的基础配方
2.3 生产工艺
首先把粘结剂用破碎机粉碎研磨至粒径96 μm以下,粉碎时温度不能超过150 ℃,以防止粘结剂受到高温热熔结块。将粉碎后的粘结剂与阻燃剂、膨胀剂和颜填料按照配方量称量后置于干粉混合机内充分分散混合,得到均匀的流动性粉末。
2.4 样板制作
按照GB 28375—2012《混凝土结构防火涂料》标准要求制作样板,耐火性能试验采用地板强度等级符合GBJ 107—1987《混凝土强度检验评定标准》规定的C30 混凝土板,其规格为1 450 mm×1 450 mm×150 mm,地面钢筋保护层厚度为25 mm。称取超薄膨胀型隧道防火涂料6 kg,加入适量的洁净自来水,充分搅拌成糊状物后涂覆在混凝土样板表面,常温养护7 d 后,按照GB 28375—2012 要求进行耐火试验。
 
3 结果与讨论
3.1 耐火性能
隧道防火涂料最重要的检测指标是耐火性能,超薄膨胀型隧道防火涂料的耐火性能试验结果见表2。
超薄膨胀型隧道防火涂料的耐火性能试验结果
由表2 可见,研制的超薄膨胀型隧道防火涂料的耐火时间和粘结强度比GB 28375—2012《混凝土结构防火涂料》中要求的技术指标高得多,且其每平方米自重≤ 3 kg,涂层柔韧性好,与隧道内砼表面粘结牢固,在车流的震动和外力的作用下,涂层稳定性好,不易脱落,极大地提高了行车安全性。
3.2 施工性
非膨胀型隧道防火涂料由于以水泥等为粘结剂,养护期要28 d,而超薄膨胀型隧道防火涂料以可再分散胶粉等为主要粘结剂,一般施工1 道,1 d 即可完全固化,养护7 d 就可以投入使用,大大缩短了工期,加快了工程进度。超薄膨胀型隧道防火涂料涂层薄,在相同的施工面积和耐火条件下,充分节约资源,降低了生产运输成本和施工费用,经济效益显著提高。
3.3 物化性能
经四川省都江堰国家防火建筑材料质量监督检验中心检测,研制的超薄膨胀型隧道防火涂料的物化性能见表3。
超薄膨胀型隧道防火涂料的物化性能
4 结语
我国隧道用防火涂料是从20 世纪90 年代末才逐步开始研究和生产的,多以非膨胀型为主,与其他防火涂料相比,产品生产厂家相对较少,但随着我国隧道建设日益增多,隧道内部防火要求越来越高,其防火涂料的研究、生产和推广应用逐渐进入高峰。本研究制备的超薄膨胀型隧道防火涂料涂层薄、用量少、养护周期短,施工效率高,且具有较高的粘结强度和优异的耐火性能,市场应用前景十分广阔。
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