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 ；其中采用阻燃設計約占 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消息，今后 6 年我國將新建 300 萬 m 長的鐵路隧道，并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，特別是隧道防火涂料的需求量。
隧道防火涂料的組成
隧道防火涂料主要由粘結劑、耐火填料、發泡材料和助劑組成。
(1) 粘接劑：
約占涂料總體積的 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。由于粘結劑的用量較多，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。
(2) 耐火填料：
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率。海泡石、膨脹珍珠巖、輕質碳酸鈣、玻璃空心漂珠、高嶺土、礦渣棉、超細硅酸鋁等均是良好的無機輕質隔熱填料。
(3) 膨脹劑：
是隧道防火涂料的另一個主要成分，約占涂料總體積的 8% ～ 10% 。高溫時，涂料成分發生改變，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涂料中使用。
(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。
(5) 其他助劑：
主要改善涂料的和易性及理化性能，約占涂料總體積的 3% ～ 5% 。常用的助劑有可再分散膠乳、高效減水劑等。
現今隧道防火涂料的缺陷
我國對隧道結構進行防火保護工作始于 20 世紀 80 年代中期，但限于當時的技術、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涂了防火涂料外，其它隧道的結構都沒有采取防火措施。真正根據有關隧道設計規范設計、建造隧道，還是近幾年的事，而隧道防火涂料的應用，則是從 2001 年前后開始的，當時一些企業將厚型鋼結構防火涂料或混凝土樓板防火涂料甚至電纜防火涂料作為隧道防火涂料使用。因此關于隧道防火涂料研究的基礎比較薄弱，產品參差不齊，給隧道防火涂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：
(1) 涂層太厚
如按 ISO 834 曲線升溫，耐火性能達到 3h ，一般涂料涂層厚度約需 20 ～ 30 mm ；由于涂層較厚，需要多次噴涂，施工困難。如按碳氫曲線升溫，隧道防火涂料不能承受快速升溫的熱沖擊，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。
(2) 粘結強度低
隧道防火涂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。
(3) 其他缺陷
未注重涂層毒性研究，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，涂層長期處于隧道的潮濕環境中，會積水、甚至脫落。
隧道防火涂料的設計原則
國內外就隧道防火涂料研究已開展了大量的工作。如國內學者提出一種以硅酸鹽為主要粘結劑，以氫氧化鋁、膨脹蛭石、三硅酸鎂等為填充料，四硼酸鈉為防火助劑的隧道防火涂料；針對隧道砌體不耐高溫的特點，研制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涂料，該涂料可同時應用于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，制取了一種無鹵、環保、并具有優良防火性能的物理膨脹型防火涂料。
而國外學者研制出建筑物表面的無機防火涂料，由水硬性白水泥、水玻璃、蛭石、膨脹珍珠巖、無機玻璃纖維等組成；推出了以海泡石、鈣硅石、增強纖維、高鋁水泥、無定型硅石為主要組成的防火涂料，該涂料具有很好的絕熱性和防爆裂性，可應用于建筑物外墻、隧道等；可用于金屬和混凝土表面的防火涂料，由膨潤土、硅酸鋁、硅灰石、硅酸鎂、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。
上述報道的隧道防火涂料制造均是以水玻璃、水泥、白水泥、高鋁水泥、磷酸鹽類等無機物為粘結料，以珍珠巖、膨脹蛭石、微空硅酸鈣、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涂料的文獻專利看出，用于保護不燃性建筑結構的涂料包括有機膨脹型厚漿涂料和輕體無機防火涂料兩類。在火災溫度下，有機膨脹涂料的碳質泡沫層，易逐漸消失而降低防火隔熱作用，即使是最好的涂料，涂層增至 4 mm 時，耐火極限也只有 1h 。而無機防火涂料，由于密度輕，熱導率小，耐火性能好，隨涂層厚度不同，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涂料，容易出現硬而脆、產生龜裂脫落等不利情況。因此，在隧道防火涂料的研究中，一般應采用非膨脹型、無污染的水性有機—無機復合涂料的研究技術路線。 |
