浅析隧道防火涂料及其配方设计（可编辑）

浅析隧道防火涂料及其配方设计（可编辑） 中国西部科技 2011~IE04月 上旬 第 10卷第10期总第243期 浅析隧道防火涂料及其配方设计 张思清’ 张博思 赵乘寿 赵春霞 1(西南交通大学环境科学与工程学院消防工程系，四川 成都 610051; 2(中国科学院成都有机化学研 究所，四川 成都 610041 摘 要:隧道的钢筋 混凝土结构在火灾发生时容易失去结构稳定而垮塌，容易造成难于估计的人 员 伤亡和财产损失，隧 道防火涂料是隧道火灾保护的有效选择。基于我 国隧道 快速发展的严峻形势、隧道防火设计的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 以及我国经济发展的 具体情况，本 文简析 了隧道防火涂料的分类及其防火隔热原理， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了隧道防火涂料应满足 的基本要求，提 出了隧道防 火涂料配方设计的基本思路，以期望加强隧道防 火涂料的研究。 关键词:隧道 ;防火涂料;配方设计 DOI:1O(5969, j(Jssn(1671―6596(2011(10(01j 1 前言 时间才能达到3h，并且施工复杂，需多次涂刷;粘结强度 随着社会的不断 发展，人们对交通道路建设的要求越 低，不能满足车辆通行时产 生强风和振动的实际情况;耐水 来越高，建造在山岭、河道、海峡及城市地面 以下，供车 性差，容易积水，甚至脱落;耐火性能差，耐火极 限最多在 辆、行人、水流、管线等通过的隧道，作为交通道路建设 20min“。基于我国隧道快速发展的严峻形势、隧道防火设计 的一种重要形式， 具有实现 目标距离最短、占地面积最 的要求以及我国经济发展 的具体情况，需了解隧道防火涂料 少、对 自然环境及景观破坏程度最小、造 价适宜等特点„， 的分类及其防火隔热原理，理解隧道防火涂料 应满足的基本 不仅承担着交通运输的重任，还可作为输油管、输水管、 要求，掌握隧道防火涂料的配方设计，加强对隧道防火涂料 光缆、电缆的通道， 越来越受到世界各国交通道路规划建 的研究，以期提高我国隧 道防火涂料的质量。 设的青睐。特别是现阶段经济快速发展的我国，已建造的 2 隧道防火涂料的分类及其防火隔热原理 隧道数量 已超过8500多座，总长度 高达4500多千米，高居 目前隧道防火涂料常见的分类方法主要有 三种，一种是 世界第一位，并将继续 以500km,年的速度快速发展 。日 按 涂层厚度分类，可分为厚涂型和薄涂型，厚涂型隧道防火 益增长的隧道长度和 日益增多的交通运输量，使得隧道火 涂料的涂层厚度通常为 15~25mm，而薄涂型隧道防火涂料的 灾发生频率也 日益增长，隧道的防火保护 已成为隧道设 涂层厚度为7,lOmm厚 。另一种是按照隧道防火 旖工时的组 计、建设及运营的重点考虑问题之一。通常隧道是由大量 成数量进行分类，有单组分隧道防火涂料和双组分隧道防火 的石料和钢筋混凝 土卷拱而成，由于大多数隧道 自身的管 涂料之分 。第三种是按 隧道防火涂料的防火形式进行分 状结构，隧道内近似密闭状态，一旦发生火灾， 温度上升 类，分为非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料，非膨 胀型防 快 ，在较短 时间 内，迅速达到高温状态 ，而混凝土在 火涂料受热时不燃，通过 自身低的导热系数或发生吸热化学 300?强度开始降 低，500?时强度损失将近一半，800? 反应，延迟热量向保护基体 的传递，从而提高基体的耐火能 强度几乎丧失 ，因此隧道结构在火灾时容易 崩塌，甚至 力;膨胀型防火涂料受热时，形成比涂膜厚度大几 十倍甚至 爆裂，堵塞通道或砸伤人员，为及时救援和疏通带来极大 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 困难。目前提高隧道钢筋混凝土结构的防火措施主要有安 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 装喷淋灭火系统、额外设置混凝土牺牲层、在隧道表面安 较低的温度，阻止基体进入应力临界状态，起到 良好的防火 装防火板材或其他防火材料以及在隧道砌体上喷涂防火涂 隔热保护作用 。 料。每种防火措施各有优缺点，从性能、成本以及施工方 常见隧道防火涂料的防火隔热机理主要有无机阻燃隔热 便性综合考虑，喷涂防火涂料是现阶段隧道防火的最佳选 机理、热膨胀隔热机理及无机阻燃隔热与热膨胀隔热复合机 择 。隧道防火涂料涂覆于隧道侧壁和拱顶，对隧道侧壁 理 。无机阻燃隔热机理主要通过具有 良好热绝缘性的颗粒 和拱项钢筋混凝土结构起隔热防火保护作用，避免隧道内 状多孔隔热材料起作用，如珍珠岩、膨胀蛭石等轻质无机防 钢筋混凝土结构在火灾时强度降低、炸裂及衬内钢筋破坏 火材料，颗粒孔洞、颗粒之间的缝隙及涂层与涂层之间相互 失去支撑能力而崩塌。我国隧道防火涂料研究起步晚，基 交错充满着空气隔热层，与隔热材料一起延迟热量向保 护基 础薄弱，还停留在直接将混凝土防火涂料或厚型钢结构防 体的传递，提高隧道结构的耐火能力，或者通过防火涂料中 火涂料，甚至电缆防火涂料作为隧道防火涂料使用的阶 某些物质受热时发生化学反应吸收大量的热量，减缓温度的 段 。这种方式涂层太厚，一般涂层厚度在20~30mm，耐火 上升速度，其 自身不燃并形成一层釉状保护层隔绝氧气，提 收稽 日期:2011―01―26修回日期:2011一O2―17 基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助 No:SWJTUOgCX057 。 作者简介:张 思清 1986一 ，女，山西高平籍，硕士，研究方向为结构抗火。 厂] 高隧道结构的耐火极限，这种防火涂料主要依靠本身不燃 车辆意外燃烧所致，燃烧物主要为汽油、轮胎 、高分子材 及隔绝热传递和热 辐射 ，受热时不产生有毒有害成分，环 料装饰物等有机物，加 之隧道通常为狭长的结构，隧道内 保效果较好 。热膨胀隔热机理主要依靠防 火涂料受热时， 近似封闭状态，火灾发生时，火灾强度大，温度高且上升 形 成海绵状或蜂窝状膨胀发泡碳层，根据形成膨胀碳层的 快。隧 道结构防火保护的目的在于火灾发生时保持隧道钢 机理不同，可分为P _C膨 胀体系和 自膨胀体系两种„。P― 筋混凝土结构的稳定性和完整性，因此在隧 道防火涂料的 N―C膨胀体系通常由酸源、碳源和气源所组成，受热时酸源 配方设计时一方面应重点考虑防火涂料 长时问耐火和耐高 首先分解产生无机 或者有机酸，催化碳源脱水成碳，形成 温的性能，特别是耐烃 类火的性能;另一方面隧道渗水是 的碳在气源分解产生气体的作用下形成蓬 松、有封闭结构 一 个尚未完全解决的世界性难题，隧道 内湿 度大，容易造 的碳层，该碳层本身不易燃，可阻止热量热源与基材的热 成湿热环境，且通车时会产生强风和振动，在设计隧道防 传导，同时多孔结构 可以阻止气体扩散，从而起隔热隔氧 火涂料重点考虑涂料耐火 性的同时，应兼顾涂料的耐水、 作用，提高隧道的耐火能力。自膨胀体系主要 依靠物质本 耐潮、耐冻性和粘结性。防火涂料的粘结性差足 目 前我国 身的受热膨胀特性，形成隔热隔氧保护层 ，这类物质有物 隧道防火涂料的主要缺陷 “。除应满足隧道防火涂料基本的 理膨胀型的可膨 胀石墨、可膨胀珍珠岩和可膨胀蛭石等物 质量指标要求外，还 应着重考虑防火涂料 的环保性和施工 质，也有化学膨胀型的氨基苯磺酸盐、氨基磺酰对苯胺、P， 方便性，设计 的隧道防火涂料应尽可能无毒、无气味、 受 p一氯化二苯磺酰肼、5一氨基一2一硝基苯 甲酸等化合物。无机 火时不产生浓烟和有毒气体等环境危害，且原料易得，干 阻燃隔热与热膨胀隔热复合机理是通过在膨胀型防火涂料 燥快，既可机械喷涂，也可手工涂抹。 中加入无机隔热材料，涂料受热时，既发挥无机隔热材料 的隔热作用，又发挥其对碳层结构的增强作用，提高膨胀 碳层的隔热隔氧效果„。 3 隧道防火涂料应满足的基本要求 我国隧道防火涂料的研发与应用起步较晚，始于2O世 纪90年代末和21世纪初 ， 目前 尚未有统一的产品国家标 准，鉴于 目前大多数现有隧道防火涂料类似于混凝土防火 涂料，我国现按公安部颁布的公共行业标准GA一2005 混《凝 土结构防火涂料》对隧道防火涂料产品技术指标进行要求 和检验。表1和表2分别是混凝土构件和隧道防火涂 料技术 要求。比较表1和表2可以看出，隧道防火涂料在耐水、耐 表2 隧道防火涂料的技术要求 酸碱性及耐湿热性技术要求方面远远高于普通混凝土防火 隧道防火涂料主要 由粘结剂，或称成膜物、阻 燃剂和 涂料的技术要求，而且还增加了抗冻融性循环次数要求， 助剂所组成。粘结剂有无机物如水玻璃、耐火水泥、磷酸 这是 由于通常隧道所处的环境潮湿 ，而且行车时 ，震感 盐等，有机物如苯丙、醋丙、EVA等。粘结剂的选择应适应 大，风压强劲，冻融造成的破坏大所决定的。在耐火性技 隧道潮湿的环境，粘结性能好 ，强风、振动和高温 时均不 术要求方面，隧道防火涂料要远低于普通混凝土防火涂 脱落。从阻燃隔热机理看 ，隧道防火涂料用阻燃剂有无机 料，这是 由于我 国 隧道防火涂料研发和生产起步晚，技术 阻燃隔热阻燃剂和热膨胀 隔热阻燃剂两类 。无机阻燃隔热 水平低下造成的。因此隧道防火涂料的研 发、 生产和应用 阻燃剂主要是具有 良好热绝缘性的颗粒状多孔隔热 物质， 在我国还有很大的上升空间。 如珍珠岩、 膨胀蛭石等和受热时容易吸热失水的硼化物、 锌化物等物质;热膨胀隔热阻燃剂主要有P―N―C膨胀体系和 塑 掌鬈 墨 i 荏窑曩中的拔鸯 经攫拌后呈均匀 蠹 经嚣群詹呈 氍覃液 c 自膨胀体系两种。P_N―C膨胀体系的碳源通常为含有叔炭原 鸯蛾辅犀液饵 ，无 钵(无结块 结块 子的多元醇，气源主要是含氮量高的物质，因此与 自膨胀 2 千?时涠 ?? 衰苄，h ;l2 2t e 3 耗由吕疆 肿 - t015 005 ^ 体系中可膨胀石墨、可膨胀珍珠岩和可膨胀蛭石相比，燃 I 鲫 c| 一 ，60o c 5 褂水性，h 垤烈嫡 詹 (潦羼 径2lh詹涂 暮 开 B 烧时容易产生有毒有害气体，鉴于隧道近似密闭，烟气难 不开襄、起屡、税 裂、起磨、聃 ?? 蒋，兜许轻鼍蕞 允 许轻徽麓 轴赍 于散发的特点，阻燃剂应尽可能选用 自膨胀体系中的可 膨 椴 色 色 B 捌?蛙，h 垃24蝴 黼 ，添蔗 鬏2让试验后 一涤赓 胀石墨、可膨胀珍珠岩和可膨胀蛭石等燃烧 时不产生有毒 不齐裂、起罄、脱 不并裂、龌 、脱 藩，兜许鞍tlt发舷 藩，兜许轻徽筮纛 有害的物质。隧道防火涂料中的助 剂的作用主要是改善防 和变色 椴 T 嘲冷热 循环试敬，次 经15次试骚岳 ??橡 鹾ls次试验后(海 B 火涂料的和易性和 理化性能，如防水剂、分散剂、辅助粘 屡不并饕，趋器 屡 幂并耄 勰 鼠蘑、囊色 脱落、变色 结剂等， 防火剂应选用能吸收游离的碱金属和碱土金属离 8 霸火蛙麓 醵屡 Ii~J( 704-1o 15~2 ^ 雕火 时闷，h 五l5 乏2O 子，同时还能促进涂料固化，提高涂料早期强度的物质， 表1 混凝 土构件防火涂料的技术要求 以提高涂料的防水性和施工方便 性;分散剂应尽可能采用 4 防火涂料的配方设计 水，以减小生产和施工时对环境的危害;辅助粘结剂应选 隧道防火涂料 的 配方设计应根据隧道及隧道火灾的特 择不含碱金属 的物质 ，因 为在隧道潮湿环境 的作用下，碱 点来选择组份，通过各种组份之间的合理配 比达到隧道防 金属容易发生迁移出现返 卤或者降低涂料粘结 性的现象。 火涂料的质量指标要求。隧道火灾的发生通常是 由于通行 在隧道防火涂料组分选定以后，应从多因素中抓住主 下转 第47页 31 厂_] 壅 撑采用工18，问距为0(5m，5榀，钢架上不布设钢筋网，喷射 设钢筋和提高砼强度等措施。 混凝土240m ; 4 钢架拱腰 以下布设系统锚 杆、锁脚锚 5 制定实施性 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的原则:?贯彻 “不塌就是进度 杆: 5 塌方顶部空区喷射回填混凝土，充满密实; 6 的思想”， 针对软弱围岩的施工方法必须稳妥可靠，在保 塌方区钢架拱腰 以下，每榀钢 架两侧各增 Jfl3组锁定锚杆， 证不坍的原则下考虑施工进度。?在 初支选定参数上贯彻 12根，长度5m，共5榀，其材质同锁脚锚杆;在塌方区 外侧 “宁强勿弱”的原则。?施工纪律 。防坍施工方案确定， 纵向各延伸5榀钢架，于每榀钢架拱顶增加3组锁定锚杆， 操作人员必须严格执行，不得私 自变动，否则无论后果如 6根，长度5m，共l0榀，其材质同锁脚锚杆。 何都要视为严重违章，并对其进行严 肃 处理 。 5(2减小水的影响 6 建议 针对一号隧洞出现的地质情况，施工单位做好安全防 鉴于隧洞施工作业区出现 的片落、冒落和塌方事件， 护措施，施工单位在爆破之后延长进洞清渣等待时间，并 特别是针对水和强风化片麻岩捕虏体相互作用的复杂地质 注意排除积水，尤其在雨季施工期间，防止该强风化片麻 条件对隧洞稳定性的影响(给出以下建议。 岩受渗水软化，使隧洞失稳 。在隧洞掌子面 围岩前方和隧 1 强风化片麻岩和破碎中等风化花 岗岩捕虏体围岩 洞径 向设置疏干减压放水孔，采用钻孔疏干排水降低水对 衬砌段，补强锚杆以提高围岩衬砌的稳定性，有效控制爆 围岩强度的弱化，有效地降低掌子面和隧洞衬砌围岩的水 破对围岩的扰动。 2 掌子面前方围岩超前钻孔勘探与疏 压 。 干减压，采用钻孔疏干排水降低水有效地降低掌子面和隧 5(3施工安全保证措施 洞衬砌围岩的水压，防止衬砌围岩强度降低，对围岩强度 1 隧道洞身掘进采用地震反射波探测法 TPS202超 的弱化。 3 开展监测与检测工作，进行掌子面围岩类别 前地质预报系统 ，分段对掌子面前方的岩性、裂隙、水 动态测试与判定，优化确定支护类型 。开展超前地质预报 系进行探测预报。坚持超前，探明前方地质，根据钻探资 及时掌握围岩特性 ，实现科学判别围岩类别与优化 支护类 料制定 实施方案 关于机房搬迁实施方案高中班级自主管理实施方案公交公司安全生产实施方案成立校园管乐队的实施方案中层管理人员竞聘上岗实施方案 。在施工过程中对围岩及支护结构进行变 型，进一步合理安排施工程序，实现动态设计施工。 形量测 ，根据数据结合 观测情况正确分析和支护的稳定 参考文献: 性，采取正确的 施工方案。 [1]林 宗元(岩土工程 治理手册 [M](沈阳 :辽 宁科 学技术 出饭 社，1993( 2 采用控制爆破，减少围岩扰动。围岩 自稳能力差 [2]铁道部第二勘测设训一院(铁道工程技术手册__隧道 [M](北 的地段采用 超前支护或超前加固前方 围岩，即坚持先护 京:中国铁道 出版社，1999( 顶，后开挖的原则施工。缩短各台阶开挖长度， 使初期支 [3]关宝树(隧道工程 施工要点集 [岫(人民交通 出版社，2003:12, 护尽早封闭成环。 l4( 3 喷砼与围岩密贴并保证喷砼强度，格栅钢架背后 [4] 王岭海，刘 斌(铁路桥梁涵涧隧道紧急抢修及检测养护实用手 不允许有空洞， 不许填片石和木材做到喷射砼将格栅完全 册 [K](北京:北 京科大电子出版社，2005:32~35( 覆盖。格栅钢架问距符合设计，安装位置 正确，保证接头处 [5] 邓 江 (猫 山公 路 隧 道 工 程 技 术 [M](人 民交 通 出版 等强度连接，钢架置于基岩面上，若拱脚为软岩必须 用垫板 社，2002: 26~29( [6]李志厚(公路隧道 特大塌方病害处治方法研究 [C](西安:长安大 加 固。 , 学硕士学位论文，2004:35~40( 4 围岩破碎不稳定，即改为台阶法施 工，并缩短循 环进尺。初期支护变形稳定之后，立即进行二次衬砌，对 稳 定性差的围岩，提前施作二次衬砌，二次衬砌中采用增 上接 第51页 要因 素，以粘结剂为重点，确定一种组分及 [4J张硕生，张庆明，毛朝 君(隧道防火保护的现状及其发展趋势 配 比进行试验 ，分析各试验结果的 差异，通过实践选择和 [M](消防技术与产品信息，2003， 7 : 6,9( 优化，结合大量的科学试验，得到满足隧道防火涂料质量 [5] 罗 昭辉 (隧道 防火 灭 火现 状 及 其发 展趋 势 [M](公路 隧 道，2008， 1 :66~67( 指标要求的最佳配方。 [6]周维鼎(防火涂料在隧道防火设计 中的应用研究 [M](河北交通 参考文 献: 科技，2010，7 2 : 35~37( [1]刘军辉，陈 夙，仲晓林(现今隧道防火涂料的缺陷和发展趋势 [7]杨佳庆 (防火涂料阻燃机理的研究 [M](消防技术与产 品信 [M](涂 料技术与文摘，2008， 8 :11, l3( 息，2007， 5 : 36~37( [2]陈 夙，刘军辉，仲晓林(隧道防火的研究进展 [M](涂料技术与 文摘，2008， 2 :7,9( [3]徐晓楠，周政懋(防火涂料 [^1](化学工业出 版社， 2004( 47