隧道防火塗料

隧道防火塗料是在飾面型防火塗料基礎上結合自身要求發展起來的，因而原料的研究及選用可參考飾面型防火塗料。隧道防火塗料作為特種塗料，除了應具有普通塗料的裝飾作用和對電纜基材提供物理保護外，還需要具有阻燃耐火的特殊功能，這就要求它們在一定溫度下能發泡形成防火隔熱層。因此對其基料有一個特殊要求，要求基料能與整個塗料體系協和，使塗料既有良好的機械理化機能，又能在受火時形成較好的泡沫隔熱層，為了達到一定的阻燃耐火時間，要求發泡層在高溫下也不脫落。另外電纜橡膠類材料是高彈性體，並且電纜需要常常檢驗移動，這就要求塗層應具有足夠的耐伸縮變化的機能，還要求防火塗料對橡膠電纜類材料無侵蝕機能、附著力好、室溫固化性好、塗膜裝飾性好。

基本介紹

• 中文名：隧道防火塗料
• 外文名：Tunnel fire retardant coating

套用範圍

主要適用於公路隧道、鐵路隧道的防火，還適用於石化工程、高層建築、鋼結構、地下車庫的防火需要。

公路隧道一般在山區，隧道洞為陰涼、潮濕、通風性也較差。混凝土內壁容易出現受潮霉變、返鹼、脫落等現象。長隧道多遠離城市，無可靠的消防水源，隧道中的車流量不均衡，車載物品不確定，火災荷載不確定，這些決定了長隧道火災的不可預見性。所以，公路隧道洞內塗裝工程既要考慮其良好的裝飾性，又要考慮其優異的防水性能，防霉變性能和防火性能。

BF隧道專用防火塗料的施工一般採用分層間隔性施工工藝，分基層（防火層）和表層（顏色層）施工。施工期間及施工後的24小時，環境溫度不得低於4℃。

特點

1、隧道防火塗料不含石棉及有害物質，生產、使用和施工後的塗層均無刺激性氣味。火災時不釋放有毒氣體，產煙毒性達到AQ－1級，符合環保的要求。

2、由工廠配製好，單組份包裝，施工現場混和攪拌施工，操作簡便。

3、直接噴塗和抹塗施工，乾燥固化快。

4、塗層輕、粘結牢、強度高，耐老化和防水性能優越。

性能指標

主要性能指標（按GB 28375-2012標準檢測）

項 目	技 術 指 標
容器中狀態	灰白色顆粒、粉料混合物
乾燥時間：表乾≤	24h
乾密度（kg/㎡）≤	650
粘結強度（Mpa）≥	0.15
耐水性	經720h試驗後，塗層不開裂、起層、脫落，允許輕微發脹和變色
耐鹼性	經360h試驗後，塗層不開裂、起層、脫落，允許輕微發脹和變色
耐酸性	經360h試驗後，塗層不開裂、起層、脫落，允許輕微發脹和變色
耐凍融循環實驗	經15次試驗後，塗層不開裂、起層、脫落、變色
耐火性能	塗層厚度12－16mm±2mm，耐火時間為2小時

不同的耐火極限說明

耐火極限/h	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5
塗層厚度/mm	10	18	23	27	30

防火機理

隧道防火塗料的防火機理大致可歸納為以下五點：

(1)本身具有難燃性或不燃性，使被保護基材不直接與空氣接觸，延遲物體著火和減少燃燒的速度。

(2)隧道防火塗料除本身具有難燃性或不燃性外，它還具有較低的導熱係數，可以延遲火焰溫度向被保護基材的傳遞。

(3)隧道防火塗料受熱分解出不燃惰性氣體，沖淡被保護物體受熱分解出的可燃性氣體，使之不易燃燒或燃燒速度減慢。

(4)含氮的隧道防火塗料受熱分解出NO、NH3等基團，與有機游離基化合，中斷連鎖反應，降低溫度。

(5)膨脹型隧道防火塗料受熱膨脹發泡，形成碳質泡沫隔熱層封閉被保護的物體，延遲熱量與基材的傳遞，阻止物體著火燃燒或因溫度升高而造成的強度下降。隧道專用防火塗料分類：飾面隧道專用防火塗料；木材隧道專用防火塗料；鋼結構隧道專用防火塗料。

施工方法

隧道防火塗料的施工一般採用分層間隔性施工工藝，分基層（防火層）和表層（顏色層）施工。施工期間及施工後的 24h 內，環境溫度不得低於 4 ℃ ，以防止遭受凍害。在極度乾燥和炎熱條件下，應創造必要的養護條件，防止塗層失水過快。

施工機具

砂漿攪拌機、專用噴塗設備（擠壓式灰漿泵、空壓機）、塗抹灰漿專用鐵板、清洗用具、運輸工具等。

施工準備

（ 1 ）將隧道砼表面的浮塵、油污等清洗乾淨，並灑水潤濕；

（ 2 ）修補凹凸不平的地方，確保隧道砼表面的平整；同時對砼表面特別光滑的地方，要求用砂漿抹面；

（ 3 ）漏水的地方一定要補漏止水。

基層施工

（ 1 ）水和塗料以（ 0.70 ～ 0.75 ）： 1 的比例混合，用攪拌機攪拌 20min （一定要確保攪拌時間，塗料要隨拌隨用），成稠漿狀；

（ 2 ）用少量的漿料做間距為 2.5m 的橫條狀厚度標誌，作為噴塗施工的參照物；

（ 3 ）用噴塗機從隧道的腰部向頂部（從下而上）進行噴塗，每次噴塗厚度 3 ～ 8 ㎜；

（ 4 ）待第一次噴塗基本乾透後，繼續噴塗第二次，如此循環，直至噴塗到設計厚度；

（ 5 ）因噴塗表面不夠光滑，所以在最後一次噴塗後，要立即用料漿進行手工補填找平、修整，使塗層表面平整光滑，並確保塗層達到設計厚度；

（ 6 ）基層完工後，要求塗層表面平整、光滑、潔淨。

表層施工

在基層基本乾透成型後（約需 3d ），方可進行表層施工（對要求較高的工程，如市政工程等，在表層施工前最好在基層表面刮一層膩子）。表層可以用噴槍、羊毛刷、輥筒等機具進行施工，噴刷要求均勻、平滑、無色差。不同顏色的分界線要求平直、清晰。

養護

常規自然養護 28d ，養護條件與普通混凝土相同，塗層如有損傷，應及時修補。

施工注意事項

（ 1 ）攪拌時漿料太乾，可適當增大水灰比，以適宜施工為準；

（ 2 ）在攪拌、噴塗、塗抹過程中，散落、反彈的漿料可及時收回利用；被污染的和超過 2h 的不能再用；

（ 3 ）塗料包裝袋一經打開應立即使用，受潮結塊的塗料不得使用；

（ 4 ）施工工藝可根據塗層的設計厚度和施工條件，進行適當調整。

包裝與貯運

1 、本產品為內襯塑膠袋的編織袋包裝，每袋 25kg 。

2 、本產品應在陰涼、乾燥的庫房內貯存，有效貯存期為半年。

3 、本產品為不燃、不爆、無毒、無腐蝕之安全產品。貯運中注意密封，防止受潮和雨水浸入，材料受潮即失效。

研製報告

隨著國民經濟的高速發展，城市建設加快，流動人口迅速增加，交通建設及完善顯得尤為重要。而隧道以其實現目標距離最短、占地面積最少、對自然環境及景觀破壞程度最小、造價低的特點受到了規劃建設者的青睞。但是隧道結構一般是由石塊和鋼筋混凝土壘砌而成，溫度升至 60 0 ℃ 時，混凝土強度損失達 50 % 以上，鋼材的屈服應力降到常溫下屈服力 1/3 以下。而隧道發生火災時，溫度一般在 1 00 0 ℃ 以上，隧道砌體難以承受如此高溫，嚴重部分容易燒塌，再加上隧道環境相對密閉，人流密度大，一旦發生火災，疏散和撲救相當困難，容易造成重大人員傷亡和財產損失，因此對隧道進行防火處理顯得十分重要。

《 2005 年中國公路水路交通行業發展統計公報》顯示，截止 2005 年底，全國已建成公路隧道 2 889 處，共 152.7萬m ；其中採用阻燃設計約占 1/10 ，因此對已有隧道防火改性具有較大的市場空間。同時據第三屆鐵路隧道年會發布的訊息，今後 6 年我國將新建 300 萬 m 長的鐵路隧道，並且隨著北京到上海高鐵項目的立項，必將帶動隧道相關產品的需求量，特別是隧道防火塗料的需求量。

組成

隧道防火塗料主要由粘結劑、耐火填料、發泡材料和助劑組成。

粘接劑

約占塗料總體積的 35 %～ 40 %。苯丙、醋丙、 EVA 、 582 樹脂、水玻璃、耐火水泥、磷酸鹽等均為較好的粘結劑。由於粘結劑的用量較多，選擇粘結劑時，需考慮材料的價格、燃燒性能及火災時的煙氣情況。

耐火填料

是隧道防火塗料的骨架成分之一，約占塗料總體積的 35 %～ 38 %，其主要作用是高溫隔熱和降低熱導率。海泡石、膨脹珍珠岩、輕質碳酸鈣、玻璃空心漂珠、高嶺土、礦渣棉、超細矽酸鋁等均是良好的無機輕質隔熱填料。

膨脹劑

是隧道防火塗料的另一個主要成分，約占塗料總體積的 8% ～ 10% 。高溫時，塗料成分發生改變，膨脹劑迅速發生膨脹，從而形成多孔的隔熱層，阻止熱量向隧道砌體的傳遞。膨脹蛭石、重鉻酸銨為無機發泡材料；三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸銨是成熟的有機發泡體系，多在薄型或超薄型防火塗料中使用。

阻燃劑

用於塗料的阻燃，約占塗料總體積的 12% ～ 15% 。它受熱時吸熱失水，協助膨脹隔熱。一般選用結晶水較多的硼化物、鋅化物及氫氧化鋁、氫氧化鎂。

其他助劑

主要改善塗料的和易性及理化性能，約占塗料總體積的 3% ～ 5% 。常用的助劑有可再分散膠乳、高效減水劑等。

缺陷

我國對隧道結構進行防火保護工作始於 20 世紀 80 年代中期，但限於當時的技術、經濟狀況，除了上海延安東路越江隧道等有限的幾個隧道噴塗了防火塗料外，其它隧道的結構都沒有採取防火措施。真正根據有關隧道設計規範設計、建造隧道，還是近幾年的事，而隧道防火塗料的套用，則是從 2001 年前後開始的，當時一些企業將厚型鋼結構防火塗料或混凝土樓板防火塗料甚至電纜防火塗料作為隧道防火塗料使用。因此關於隧道防火塗料研究的基礎比較薄弱，產品參差不齊，給隧道防火塗料施工和性能檢測帶來很大困難。現今國內隧道防火的主要缺陷有以下幾點：

塗層太厚

如按 ISO 834 曲線升溫，耐火性能達到 3h ，一般塗料塗層厚度約需 20 ～ 30 mm ；由於塗層較厚，需要多次噴塗，施工困難。如按碳氫曲線升溫，隧道防火塗料不能承受快速升溫的熱衝擊，可能在幾分鐘內就發生爆裂，不能滿足隧道的特殊防火要求。

粘結強度低

隧道防火塗料的粘結強度一般為 0.1MPa ，車輛在隧道通行時，會產生強風和震動，不能滿足隧道的實際需要。

其他缺陷

未注重塗層毒性研究，一旦發生火災，將影響火災的撲救和隧道的修復。

耐水性較差，塗層長期處於隧道的潮濕環境中，會積水、甚至脫落。

設計原則

國內外就隧道防火塗料研究已開展了大量的工作。如國內學者提出一種以矽酸鹽為主要粘結劑，以氫氧化鋁、膨脹蛭石、三矽酸鎂等為填充料，四硼酸鈉為防火助劑的隧道防火塗料；針對隧道砌體不耐高溫的特點，研製了一種以無機膠凝材料為主的耐潮濕環境的水硬性隧道防火塗料，該塗料可同時套用於鋼結構和混凝土的防火保護；開發了一種新型的物理膨脹阻燃劑，以可膨脹石墨為主，製取了一種無鹵、環保、並具有優良防火性能的物理膨脹型防火塗料。

而國外學者研製出建築物表面的無機防火塗料，由水硬性白水泥、水玻璃、蛭石、膨脹珍珠岩、無機玻璃纖維等組成；推出了以海泡石、鈣矽石、增強纖維、高鋁水泥、無定型矽石為主要組成的防火塗料，該塗料具有很好的絕熱性和防爆裂性，可套用於建築物外牆、隧道等；可用於金屬和混凝土表面的防火塗料，由膨潤土、矽酸鋁、矽灰石、矽酸鎂、玻璃微珠及一些多孔填料組成，粘結劑為水玻璃、波特蘭水泥、石膏、磷酸鹽類中的一種或幾種等。

上述報導的隧道防火塗料製造均是以水玻璃、水泥、白水泥、高鋁水泥、磷酸鹽類等無機物為粘結料，以珍珠岩、膨脹蛭石、微空矽酸鈣、硅藻土、粉煤灰玻璃微珠、海泡石粉、滑石粉等為填充骨料，以玻璃纖維、鋼纖維、聚丙烯纖維等為增強材料，以含結晶水的鋁、鎂、硼、鋅的氧化物等為阻燃劑，以上產品其組分主要由無機材料構成。而從國內外各類防火塗料的文獻專利看出，用於保護不燃性建築結構的塗料包括有機膨脹型厚漿塗料和輕體無機防火塗料兩類。在火災溫度下，有機膨脹塗料的碳質泡沫層，易逐漸消失而降低防火隔熱作用，即使是最好的塗料，塗層增至 4 mm 時，耐火極限也只有 1h 。而無機防火塗料，由於密度輕，熱導率小，耐火性能好，隨塗層厚度不同，可滿足 1 ～ 2h 甚至更長時間的耐火要求。但純無機物構成的防火塗料，容易出現硬而脆、產生龜裂脫落等不利情況。因此，在隧道防火塗料的研究中，一般應採用非膨脹型、無污染的水性有機—無機複合塗料的研究技術路線。