經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 , 需要便捷的交通 , 公路、鐵路和地鐵隧道不斷增多。一些隧道不僅承擔(dān)著交通運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù) , 而且還起著光纖電纜、電力電纜甚至自來水運(yùn)輸通道的功能。由于隧道和地鐵建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)境密閉 , 加上人員密集 , 在有限的隧道空間內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi) , 撲救相當(dāng)困難 , 往往會(huì)造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失 。所以 , 加強(qiáng)隧道和地下鐵道的防火工作顯得非常重要。
隧道火災(zāi)一般是車輛可燃材料燃燒所致 , 如座椅、輪胎、聚合物飾物、油桶和車輛運(yùn)載貨物等。根據(jù)法國 PIARC 和CETU 研究 , 一輛小汽車的釋熱速率為 2. 5 MW , 一輛裝滿可燃貨物的大型卡車釋熱速率為 20 ～ 30 MW 。根據(jù)澳大利亞消防委員會(huì) (AFAC) 估計(jì) , 隧道墻壁最高溫度可達(dá) 1000 ℃ 。因此在對隧道性能進(jìn)行評估時(shí) , 澳大利亞將隧道墻體結(jié)構(gòu)是否耐高溫作為首要的考慮因素
1、隧道的防火保護(hù)措施
隧道砌體是由鋼筋混凝土構(gòu)成。但是鋼筋混凝土是不耐火的 , 未加保護(hù)的裸鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限約為 15 min , 溫度達(dá)到600 ℃ 時(shí) , 材料的屈服應(yīng)力和極限應(yīng)力下降到常溫下鋼材屈服應(yīng)力和極限應(yīng)力的 1/ 3 以下�；炷猎诟邷刈饔孟聲�(huì)產(chǎn)生裂紋和強(qiáng)度喪失而破壞。當(dāng)溫度高于 300 ℃ 時(shí) , 混凝土的強(qiáng)度隨著溫度升高而降低 ; 當(dāng)溫度升到 600 ℃ 左右時(shí) , 混凝土的強(qiáng)度下降約 50 % 。因此 , 要想提高混凝土的耐火等級 , 應(yīng)設(shè)法保護(hù)混凝土的結(jié)構(gòu) , 盡可能地阻止外界的熱量向混凝土制品傳遞。
隧道的防火保護(hù)措施除設(shè)置固定的水噴淋滅火系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)以及配備各類便攜式滅火器外 , 還應(yīng)加強(qiáng)隧道消防管理和交通管理。但是設(shè)置水噴淋、滅火器不僅設(shè)備投入大 , 而且維修費(fèi)用高。所以對隧道內(nèi)所用的材料加以規(guī)定對保護(hù)隧道至關(guān)重要。如美國 NFPA502 《隧道、橋梁、高架橋和天橋等有限通道結(jié)構(gòu)的防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定 : 隧道內(nèi)主體承重構(gòu)件 , 耐火極限應(yīng)為 4 h [3 ] 。我國《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定 : 隧道的建筑材料、主體及附屬結(jié)構(gòu)的耐火極限不應(yīng)小于4. 0 h [4] 。在隧道混凝土表面涂抹隧道防火涂料就能達(dá)到這方面的防護(hù)要求。
2、隧道防火涂料的研制
針對隧道砌體不耐高溫的特點(diǎn) , 及規(guī)范對隧道結(jié)構(gòu)的耐火極限要求 , 我所成功研制了一種耐潮濕環(huán)境的無毒隧道防火涂料。
隧道防火涂料是以無機(jī)材料為主的水硬性涂料 , 高溫時(shí)無任何有毒氣體產(chǎn)生, 能經(jīng)受汽油類高溫火焰長時(shí)間灼燒�；馂�(zāi)
時(shí) , 涂層不龜裂、不脫落 , 不僅適用于隧道和地下構(gòu)筑物 , 還適用于石化工程和高層鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)。其主要成份如下 :
(1) 高溫粘接劑 : 約占涂料總體積的 35 % ～ 40 % 。該粘接劑為無機(jī)膠凝材料 , 可滿足隧道所處的潮濕的環(huán)境 , 固化后粘接強(qiáng)度高。高溫時(shí)該粘接劑強(qiáng)度損失小 , 且耐沖擊、耐冷熱循環(huán)。
(2) 填料 : 是隧道防火涂料的骨架成分之一 , 約占涂料總體積的 35% ～ 38 % 。其主要作用是高溫隔熱和降低熱導(dǎo)率。但填料要有一定的級配 , 使各成份之間填充密實(shí)。填料中不能含有堿金屬離子 , 因?yàn)閴A金屬離子 K + 、 Na + 等在潮濕的隧道環(huán)境中發(fā)生遷移 , 出現(xiàn)返鹵現(xiàn)象或使涂料與隧道壁粘接性降低。同時(shí) , 所用的填料還應(yīng)考慮施工的方便性。
(3) 膨脹劑 : 是隧道防火涂料的另一個(gè)主要成份 , 約占涂料總體積的 8 % ～ 10% 。高溫時(shí) , 涂料成份發(fā)生改變 , 膨脹劑迅速發(fā)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。
(4) 阻燃劑 : 用于涂料的阻燃 , 約占涂料總體積的 12 % ～ 15 % 。它受熱時(shí)吸熱失水 , 協(xié)助膨脹隔熱。阻燃劑選用結(jié)晶水較多的硼化物和鋅化物 , 同時(shí)阻燃劑還有利于涂料的固化。
(5) 防水劑 : 約占涂料總體積的0. 1 % ～ 1 % , 主要用于促進(jìn)涂料的固化和提高涂料的早期強(qiáng)度 , 同時(shí)它還吸收涂料中游離的堿金屬和堿土金屬離子 , 起防水作用。
(6) 其它助劑 : 主要改善涂料的和易性 , 以及施工的方便性 , 約占涂料總體積的 3 % ～ 5 % 。
將隧道防火涂料涂于鋼梁表面 , 養(yǎng)護(hù) 20 d 后 , 經(jīng)國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測 ,20 mm 厚的涂層 , 耐火極限為 3 h ; 將隧道防火涂料涂于預(yù)應(yīng)力混凝土樓板表面 , 再按照標(biāo)準(zhǔn)在樓板上施壓 , 經(jīng)檢測 ,15 mm 厚的該涂料涂層 , 耐火極限為 3 h 。
施工前應(yīng)清除隧道 ( 或鋼柱、鋼板 ) 壁上的浮塵或雜物 , 并用水將隧道壁噴濕 , 表面微干后待用。若用于鋼板或鋼柱 , 可不必灑水。將涂料干料加入適量的自來水中 , 用攪拌機(jī)攪拌均勻 , 水灰比為 0. 75 。將攪拌均勻成糊狀的涂料噴涂于隧道壁和拱頂, 每次噴涂厚度 0. 3 ～ 0. 8 cm , 多次施工至設(shè)計(jì)要求的厚度 , 最后一次可按要求手工抹平。每次施工的間隔時(shí)間不小于8 h 。鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)與此法相同。施工完成后 , 保持涂層處于潤濕狀態(tài) , 若空氣干燥 , 可灑水養(yǎng)護(hù) , 養(yǎng)護(hù) 20 d 后方可投入使用。
隧道防火涂料的特點(diǎn)
(1) 所用粘接劑為耐高溫的無機(jī)粘接劑 , 固化后不溶于水 , 能夠滿足所處環(huán)境的潮濕條件。
(2) 成本低廉 , 約為普通厚型鋼結(jié)構(gòu)涂料的2/ 3 , 并且可以代替厚型鋼結(jié)構(gòu)涂料和預(yù)應(yīng)力混凝土防火涂料。該涂料可按要求調(diào)成各種顏色 , 具有一定的裝飾效果。
(3) 隧道防火涂料沒有添加任何有毒的化學(xué)物質(zhì) , 為非燃燒體 , 火災(zāi)發(fā)生燃燒時(shí) , 無任何有毒氣體產(chǎn)生 , 符合環(huán)保的要求。而且, 該涂料耐候性優(yōu)良 , 克服了薄型和超薄型等有機(jī)防火涂料耐候性差的缺點(diǎn)。另外 , 該涂料施工方便 , 既可機(jī)械噴涂 , 也可手工抹涂。
3、結(jié)語
使用隧道防火涂料可以很好地保護(hù)隧道砌體在高溫時(shí)的燒損作用 , 大大縮短隧道修復(fù)時(shí)間 , 加速隧道恢復(fù)通行 , 避免由此帶來更大的損失。本課題研制的隧道防火涂料與傳統(tǒng)防火涂料相比 , 在性價(jià)比、施工性和性能穩(wěn)定性等方面都向前跨了一大步 , 推廣前景良好。 |
