浅析隧道防火涂料及其配方设计

浅析隧道防火涂料及其配方设计 浅析隧道防火涂料及其配方设计 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 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 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 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,已建造的 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,并将继续以500km/年的速度快速发展.日 益增长的隧道长度和日益增多的交通运输量,使得隧道火 灾发生频率也日益增长,隧道的防火保护已成为隧道设 计,建设及运营的重点考虑问题之一.通常隧道是由大量 的石料和钢筋混凝土卷拱而成,由于大多数隧道自身的管 状结构,隧道内近似密闭状态,一旦发生火灾,温度上升 快,在较短时间内,迅速达到高温状态,而混凝土在 300?强度开始降低,500?时强度损失将近一半,800? 强度几乎丧失,因此隧道结构在火灾时容易崩塌,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 困难.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 装防火板材或其他防火 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 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.隧道防火涂料涂覆于隧道侧壁和拱顶,对隧道侧壁 和拱项钢筋混凝土结构起隔热防火保护作用,避免隧道内 钢筋混凝土结构在火灾时强度降低,炸裂及衬内钢筋破坏 失去支撑能力而崩塌.我国隧道防火涂料研究起步晚,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 火涂料,甚至电缆防火涂料作为隧道防火涂料使用的阶 段.这种方式涂层太厚,一般涂层厚度在20~30mm,耐火 时间才能达到3h,并且施工复杂,需多次涂刷;粘结强度 低,不能满足车辆通行时产生强风和振动的实际情况;耐水 性差,容易积水,甚至脱落;耐火性能差,耐火极限最多在 20min".基于我国隧道快速发展的严峻形势,隧道防火设计 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 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 要求,掌握隧道防火涂料的配方设计,加强对隧道防火涂料 的研究,以期提高我国隧道防火涂料的质量. 2隧道防火涂料的分类及其防火隔热原理 目前隧道防火涂料常见的分类方法主要有三种,一种是 按涂层厚度分类,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15~25mm,而薄涂型隧道防火涂料的 涂层厚度为7,lOmm厚.另一种是按照隧道防火旖工时的组 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 涂料之分.第三种是按隧道防火涂料的防火形式进行分 类,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. 常见隧道防火涂料的防火隔热机理主要有无机阻燃隔热 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 理.无机阻燃隔热机理主要通过具有良好热绝缘性的颗粒 状多孔隔热材料起作用,如珍珠岩,膨胀蛭石等轻质无机防 火材料,颗粒孔洞,颗粒之间的缝隙及涂层与涂层之间相互 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 体的传递,提高隧道结构的耐火能力,或者通过防火涂料中 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 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. 高隧道结构的耐火极限,这种防火涂料主要依靠本身不燃 及隔绝热传递和热辐射,受热时不产生有毒有害成分,环 保效果较好.热膨胀隔热机理主要依靠防火涂料受热时, 形成海绵状或蜂窝状膨胀发泡碳层,根据形成膨胀碳层的 机理不同,可分为P_C膨胀体系和自膨胀体系两种….P— N—C膨胀体系通常由酸源,碳源和气源所组成,受热时酸源 首先分解产生无机或者有机酸,催化碳源脱水成碳,形成 的碳在气源分解产生气体的作用下形成蓬松,有封闭结构 的碳层,该碳层本身不易燃,可阻止热量热源与基材的热 传导,同时多孔结构可以阻止气体扩散,从而起隔热隔氧 作用,提高隧道的耐火能力.自膨胀体系主要依靠物质本 身的受热膨胀特性,形成隔热隔氧保护层,这类物质有物 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,也有化学膨胀型的氨基苯磺酸盐,氨基磺酰对苯胺,P, 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 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 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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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 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 涂料的技术要求,而且还增加了抗冻融性循环次数要求, 这是由于通常隧道所处的环境潮湿,而且行车时,震感 ,冻融造成的破坏大所决定的.在耐火性技 大,风压强劲 术要求方面,隧道防火涂料要远低于普通混凝土防火涂 料,这是由于我国隧道防火涂料研发和生产起步晚,技术 水平低下造成的.因此隧道防火涂料的研发,生产和应用 在我国还有很大的上升空间. 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 鸯蛾辅犀液饵,无钵.无结块 结块 2千?时涠?衰苄,h;l2{2te 3耗由吕疆肿-t015005^ I}鲫c|)一,60oc 5褂水性,h垤烈嫡詹.潦羼径2lh詹涂暮开B 不开襄,起屡,税裂,起磨,聃? 蒋,兜许轻鼍蕞允许轻徽麓轴赍 椴色色 B捌?蛙,h垃24蝴黼,添蔗鬏2让试验后一涤赓 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 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 屡不并饕,趋器屡幂并耄勰 鼠蘑,囊色脱落,变色 8霸火蛙麓醵屡Ii~J.704-1o15~2^ 雕火时闷,h五l5乏2O 表1混凝土构件防火涂料的技术要求 4防火涂料的配方设计 隧道防火涂料的配方设计应根据隧道及隧道火灾的特 点来选择组份,通过各种组份之间的合理配比达到隧道防 火涂料的质量指标要求.隧道火灾的发生通常是由于通行 厂] 车辆意外燃烧所致,燃烧物主要为汽油,轮胎,高分子材 料装饰物等有机物,加之隧道通常为狭长的结构,隧道内 近似封闭状态,火灾发生时,火灾强度大,温度高且上升 快.隧道结构防火保护的目的在于火灾发生时保持隧道钢 筋混凝土结构的稳定性和完整性,因此在隧道防火涂料的 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 温的性能,特别是耐烃类火的性能;另一方面隧道渗水是 一 个尚未完全解决的世界性难题,隧道内湿度大,容易造 成湿热环境,且通车时会产生强风和振动,在设计隧道防 火涂料重点考虑涂料耐火性的同时,应兼顾涂料的耐水, 耐潮,耐冻性和粘结性.防火涂料的粘结性差足目前我国 隧道防火涂料的主要缺陷".除应满足隧道防火涂料基本的 质量指标要求外,还应着重考虑防火涂料的环保性和施工 方便性,设计的隧道防火涂料应尽可能无毒,无气味,受 火时不产生浓烟和有毒气体等环境危害,且原料易得,干 燥快,既可机械喷涂,也可手工涂抹. 表2隧道防火涂料的技术要求 隧道防火涂料主要由粘结剂,或称成膜物,阻燃剂和 助剂所组成.粘结剂有无机物如水玻璃,耐火水泥,磷酸 盐等,有机物如苯丙,醋丙,EVA等.粘结剂的选择应适应 隧道潮湿的环境,粘结性能好,强风,振动和高温时均不 脱落.从阻燃隔热机理看,隧道防火涂料用阻燃剂有无机 阻燃隔热阻燃剂和热膨胀隔热阻燃剂两类.无机阻燃隔热 阻燃剂主要是具有良好热绝缘性的颗粒状多孔隔热物质, 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 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 子的多元醇,气源主要是含氮量高的物质,因此与自膨胀 体系中可膨胀石墨,可膨胀珍珠岩和可膨胀蛭石相比,燃 烧时容易产生有毒有害气体,鉴于隧道近似密闭,烟气难 于散发的特点,阻燃剂应尽可能选用自膨胀体系中的可膨 胀石墨,可膨胀珍珠岩和可膨胀蛭石等燃烧时不产生有毒 有害的物质.隧道防火涂料中的助剂的作用主要是改善防 火涂料的和易性和理化性能,如防水剂,分散剂,辅助粘 结剂等,防火剂应选用能吸收游离的碱金属和碱土金属离 子,同时还能促进涂料固化,提高涂料早期强度的物质, 以提高涂料的防水性和施工方便性;分散剂应尽可能采用 水,以减小生产和施工时对环境的危害;辅助粘结剂应选 择不含碱金属的物质,因为在隧道潮湿环境的作用下,碱 金属容易发生迁移出现返卤或者降低涂料粘结性的现象. 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 撑采用工18,问距为0.5m,5榀,钢架上不布设钢筋网,喷射 混凝土240m;(4)钢架拱腰以下布设系统锚杆,锁脚锚 杆:(5)塌方顶部空区喷射回填混凝土,充满密实;(6) 塌方区钢架拱腰以下,每榀钢架两侧各增)Jfl3组锁定锚杆, 12根,长度5m,共5榀,其材质同锁脚锚杆;在塌方区外侧 纵向各延伸5榀钢架,于每榀钢架拱顶增加3组锁定锚杆, 6根,长度5m,共l0榀,其材质同锁脚锚杆. 5.2减小水的影响 针对一号隧洞出现的地质情况,施工单位做好安全防 护措施,施工单位在爆破之后延长进洞清渣等待时间,并 注意排除积水,尤其在雨季施工期间,防止该强风化片麻 岩受渗水软化,使隧洞失稳.在隧洞掌子面围岩前方和隧 洞径向设置疏干减压放水孔,采用钻孔疏干排水降低水对 围岩强度的弱化,有效地降低掌子面和隧洞衬砌围岩的水 压. 5.3施工安全保证措施 (1)隧道洞身掘进采用地震反射波探测法(TPS202超 前地质预报系统),分段对掌子面前方的岩性,裂隙,水 系进行探测预报.坚持超前,探明前方地质,根据钻探资 料制定实施 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 .在施工过程中对围岩及支护结构进行变 形量测,根据数据结合观测情况正确分析和支护的稳定 性,采取正确的施工方案. (2)采用控制爆破,减少围岩扰动.围岩自稳能力差 的地段采用超前支护或超前加固前方围岩,即坚持先护 顶,后开挖的原则施工.缩短各台阶开挖长度,使初期支 护尽早封闭成环. (3)喷砼与围岩密贴并保证喷砼强度,格栅钢架背后 不允许有空洞,不许填片石和木材做到喷射砼将格栅完全 覆盖.格栅钢架问距符合设计,安装位置正确,保证接头处 等强度连接,钢架置于基岩面上,若拱脚为软岩必须用垫板 加固. (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 配比进行试验,分析各试验结果的差异,通过实践选择和 优化,结合大量的科学试验,得到满足隧道防火涂料质量 指标要求的最佳配方. 参考文献: [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 [M].涂料技术与文摘,2008,(8):11,l3. [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. 厂_]壅 设钢筋和提高砼强度等措施. (5)制定实施性方案的原则:?贯彻"不塌就是进度 的思想",针对软弱围岩的施工方法必须稳妥可靠,在保 证不坍的原则下考虑施工进度.?在初支选定参数上贯彻 "宁强勿弱"的原则.?施工纪律.防坍施工方案确定, 操作人员必须严格执行,不得私自变动,否则无论后果如 何都要视为严重违章,并对其进行严=肃处理. 6建议 鉴于隧洞施工作业区出现的片落,冒落和塌方事件, 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 条件对隧洞稳定性的影响.给出以下建议. (1)强风化片麻岩和破碎中等风化花岗岩捕虏体围岩 衬砌段,补强锚杆以提高围岩衬砌的稳定性,有效控制爆 破对围岩的扰动.(2)掌子面前方围岩超前钻孔勘探与疏 干减压,采用钻孔疏干排水降低水有效地降低掌子面和隧 洞衬砌围岩的水压,防止衬砌围岩强度降低,对围岩强度 的弱化.(3)开展监测与检测工作,进行掌子面围岩类别 动态测试与判定,优化确定支护类型.开展超前地质预报 及时掌握围岩特性,实现科学判别围岩类别与优化支护类 型,进一步合理安排施工程序,实现动态设计施工. 参考文献: [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]铁道部第二勘测设训一院.铁道工程技术手册__隧道[M].北 京:中国铁道出版社,1999. [3]关宝树.隧道工程施工要点集[岫.人民交通出版社,2003:12, l4. [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 册[K].北京:北京科大电子出版社,2005:32~35. [5]邓江.猫山公路隧道工程技术[M].人民交通出版 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 学硕士学位论文,2004:35~40. [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 [M].消防技术与产品信息,2003,(7):6,9. [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. [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 科技,2010,7(2):35~37. [7]杨佳庆.防火涂料阻燃机理的研究[M].消防技术与产品信 息,2007,(5):36~37. 47 /