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详解环保型隧道防火涂料的研究应用及其前景
发布者:baishg 发布时间:2013/3/27 9:16:19 阅读:442

建筑学中把横截面积超过30m2的地下人工建造的通道定义为隧道。从最近报道来看,我国的铁路隧道已超过6875座,总长度3700多km,公路隧道超过1780座。总长度近800 km,均为世界第一。隧道不仅承担着交通运输的任务,还起着光缆、电缆甚至是输油管、输水管通道的功能。虽然作为隧道内主体建筑的钢筋混凝土构件是不燃性材料,但隧道火灾具有燃烧后周围温度升高较快、持续时间长,着火范围较大、消防扑救与进入困难等特点,在火灾发生的短时间内,隧道内着火现场的局部温度会迅速升至1000℃ ,随着温度的持续升高,混凝土内结合水变成蒸汽膨胀,产生压力,导致混凝土表层发生炸裂,产生大的塌陷,隧道衬砌和结构也受到破坏,加剧了疏散和救援人员的生命危险,其直接损失和间接损失巨大。随着我国长隧道及特长隧道的不断增多,隧道的结构防火保护已经是一个重要的研究课题。
隧道结构防火保护的目的是:采取一定措施,使隧道的钢筋混凝土结构在火灾发生时保持完整性与稳定性,从而大大减少火灾事故造成的生命财产损失,缩短工程修复时间。在隧道消防技术中,主要有以下结构防火措施:即提供不计入结构剖面的额外混凝土厚度、在混凝土中添加聚丙烯纤维、安装喷淋灭火系统、在隧道衬体上粘贴隧道专用防火板材、在隧道衬体上喷涂防火涂料等。每种措施各有其特点,从性价比和施工的方便性考虑,隧道防火涂料均是隧道防火保护的最佳选择。
2 环保型隧道防火涂料的研制
2.1 主要原材料介绍
2.1.1 黏结剂及耐火隔热材料
隧道防火涂料宜选用无机黏结剂,如水玻璃(硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂等)、磷酸盐、硅溶胶、硅酸盐等,在此选用硅酸盐作主要黏结剂,因硅酸盐黏结剂的密度大,所以再配以其他轻质无机黏结剂和适量有机黏结剂以增加强度和降低干密度。对硅酸盐黏结剂的性能要求是强度高,硬化快,硬化物密度低。
耐火隔热材料要求具有相对密度低、导热率低、粒径适宜、高温稳定性好等特点。在隧道防火涂料中常用的耐火隔热材料有以下几种。(1)膨胀珍珠岩。膨胀珍珠岩是白色或灰白色的多孔状物质,由天然珍珠岩经破碎、预热、瞬时高温(1200左右)煅烧,使内部所含的结晶水及挥发性成分急剧挥发而成,具有质轻、绝热、吸音、无毒、不燃、无味等特点,是一种很好的超轻质高效能的隔热保温材料(见表1)。
表1 膨胀珍珠岩的分类及性能要求
指标项目
产品分类
密度/kg·m-3
<80
80~150
150~250
粒度/%
粒径大于2.5mm的不超过5%,粒径小于0.15mm的不超过8%
粒径小于0.15mm的不超过8%
粒径小于0.15mm的不超过8%
带温导热系数(25℃)/W(m·K)-1
<0.042
0.052~0.064
0.064~0.076
含水率/%
<2
<2
<2
(2)膨胀蛭石。膨胀蛭石是由金云母或黑云母变质而成的,是一种复杂的铁、镁含水硅酸盐类矿物。外形像云母,但性脆而无弹性,表面光泽差,不能分剥成薄片,每层间含有结晶水,因此加热到850~1000℃时,由于结晶水变成气体,使体积膨胀15~20倍,薄片间形成空气夹层,形成层状碎片,其中有着无数细小的孔隙,是一种良好的无机保温隔热材料(见表2)。
表2 常见膨胀蛭石的物理性能
项目
指标与说明
密度/kg·m-3
80~200
导热系数/W(m·K)-1
0.17~0.25
吸声系数(512Hz)
0.53~0.63
隔音
性能
密度<200kg/m3
密度>200kg/m3
N=13.5LgP+13
N=23LgP-P
耐热耐冻性能(-20~100
本身质量不变
吸水性(95%~100%相对湿度;24h后吸湿率为1.1%)
很大,与密度成反比
变形性
膨胀蛭石压实后,有的弹性很好,有的则被压成一团。一般好的膨胀蛭石,在0.03MPa下,仍有10%~15%的弹力恢复
脆性
膨胀蛭石煅烧时,如超过一定的膨胀温度即变脆,不宜使用
注:N表示隔声能力(dB);P表示密度(kg/m3)。
(3)岩棉纤维。岩棉是人造轻质硅酸盐非连续的絮状纤维材料,质地松软,密度约为150kg/m3,导热系数在0.07 W/(m·k)左右。其化学稳定性好,耐酸,耐碱。岩棉纤维虽细,但不脆,有弹性,经剪断加工成合适长度的纤维后,用来生产防火涂料,可增强涂层的机械强度。
(4)其他耐火隔热材料。除上述几种耐火隔热材料外,还有海泡石、硅藻土、石棉等。海泡石可作为涂料的增稠剂、触变剂和悬浮剂。硅藻土密度约为500kg/m3 ,导热系数约为0.17 W/(m·k) 在防火涂料中可用作悬浮剂,但用量不能太大,否则影响涂料的干密度。石棉因其污染环境和危害人体健康,不推荐采用。
2.1.2发泡材料
发泡材料可以在涂料受热时膨胀,填满涂层填料间的细小空间,减慢热量传递速度。
(1)聚磷酸铵。聚磷酸铵(APP),又称多聚磷酸铵,是白色(结晶或无定形)粉末,系无分枝的长链聚合物,是一种优质、高效、无毒的发泡材料。
(2)三聚氰胺。三聚氰胺俗称蜜胺,常用于防火涂料中的发泡组分,由于它不含卤素,无毒,不会污染环境,因此在防火涂料中广泛采用。
2.1.3助剂
(1)硅酸盐促固剂。一般情况下,硅酸盐黏结剂固化速度较慢,为满足GB 14907—94规定干燥时间的要求,还需要加入适量的促固剂,要求促固剂在涂料粉料未加水混合前,不会造成粉料结团、水泥强度降低或失效。所以常选用不含水的粉状促固剂。
(2)增稠剂或悬浮剂。由于涂料中分别含有密度较大的微细粉料和密度较小的隔热材料,如不使用增稠剂或悬浮剂,则不易混匀,加水搅拌时易分层以及稠度不适合刷涂要求。
2.1.4 生产工艺
(1)将发泡材料、耐火隔热材料等原料过筛,除去粗颗粒,以避免喷涂施工时粗颗粒堵塞管道、喷枪。
(2)将助剂加入到发泡材料、耐火隔热材料中,在高速搅拌机中充分搅拌,混合均匀。
(3)在以上混合物中加入黏结剂,充分搅拌,混合均匀。
(4)产品须防潮,包装时内衬塑料袋,外套编织袋。
 
 
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