1 引言
随着国民经济的发展、对交通需求日趋增长，在交通枢纽的城市和江海纵横地域势必兴建隧道和地铁。而隧道具有其他建筑类型没有的非常特殊的特点，即狭窄的空间、与外界有限的出入口，导致有限的排烟、散热条件，一旦发生火灾，造成着火点周围升温极快、短时间内能积聚大量有毒有害烟气，当车流高峰时，火势还容易快速蔓延。另一方面外部消防力量难以进入救援，隧道内人员逃生困难、为时一久、隧道衬砌和结构破坏，进一步加重灾情。为此，国内外在隧道防火方面颁布了一系列技术规范、标准和要求，国内相关隧道规范和标准有：GB 50157—2003地铁设计规范、TBJ 3—1985铁路隧道设计规范、JPJ 026—1990公路隧道设计规范、GBJ 16—1987 建筑设计防火规范、GA 98—2005 混凝土结构防火涂料、GB 14907—2002钢结构防火涂料、GB 50016—1996石油化工企业设计防火规范等。
构筑隧道的钢筋混凝土虽是不燃体，但耐火性有限。美国国家标准和测试协会（NIST）指出：高强混凝土（HSC）在温度达到380℃时，强度开始下降，其抗压强度在450℃时，损失40%，600℃时损失75%，800℃时无强度，而且当温度超过250℃，隧道的连接件、密封件相继破坏，导致漏水（1）（2）（8）因此对隧道结构必须采取防火措施，当发生火灾时，确保其稳定性和完整性，以减少灾情和维修费用，缩短修复时间。现研制出一种专用于隧道的环保型防火涂料和工程应用实例进行介绍，不妥之处谨请同行专家不吝指正。
2 隧道防火涂料的技术要求和现状
2.1 技术要求
隧道是钢筋混凝土结构，作为交通通道、尤其是长度大于500m的隧道，充斥大量机动车。主要防止烃类火灾，同时考虑狭窄空间、温度变化快、噪音大、振动大的环境特点，对研制的防火涂料应具备下列技术性能：
A、水性、符合环保要求、减少生产、运输、施工、应用污染；
B、与混凝土有较好的粘结强度；
C、在高温下，不产生涂料因分解而释放出有毒有害烟气；
D、涂料耐碱、耐水、耐潮湿、耐冻融、耐湿热性好；
E、最最重要的是涂料具有较长的耐火极限，符合ISO 834（或 RSW）C—H标准曲线，提高标准要符合GA/T 714—2007构件用防火保护材料快速升温耐火试验方法中耐火材料RABT曲线试验技术指标要求；
F、其他技术指标应符合GA98中表2隧道防火涂料要求。
2.2 现状
目前国内外主要防火涂料的品种和性能列于表1（3）（4）
表1 国内外防火涂料主要性能比较
序号 国别 涂料品种 主要性能 应用部位
干膜厚度
mm 耐火极限
min 粘结强度
Mpa
1 中国 106—2遂道防火涂料 20 165 0.15 混凝土
2 中国 膨胀型遂道防火涂料 3 188 0.45 混凝土
3 中国 LG SCB 24 120 钢结构
4 俄罗斯 2.0~2.5 30~60 混凝土
5 美国 Alliclad 33.7 180 钢结构
6 英国 Nullfire 2.24 106 钢结构
7 德国 HerBerts 38320 2.42 124 钢结构
3 试验研制
3.1 选材
3.1.1 粘结剂
主要从三方面考虑：其一隧道内空间狭窄，尽量避免使用有机材料，以免发生火灾时，有机物分解出有毒气体；其二隧道结构为混凝土、高碱性材料、应选用与混凝土附着力好又耐碱的材料；其三最主要的应具有较高耐温性。而硅酸盐水泥具有不燃、耐水、耐碱、耐久、耐候、水溶性等优越性，且在600℃下一定时间内仍具有一定强度和结构完整性，如果采用高铝矿渣水泥铝矾土熟料，成型后混凝土耐温性可达1300℃以上，但机械强度不如硅酸盐水泥。综合考虑粘结剂选用以硅酸盐水泥为主体，添加适量高铝矿渣水泥，使混凝土具有{zj0}耐温性和强度。
3.1.2 耐温隔热骨料
作为防火涂料的骨料，需具备耐高温、导热率低、相对密度小、粒径分布合理，使配制成的涂料能防火、隔热、吸音，正常情况下，能减弱隧道内噪音，火灾时能在较长时间内保护混凝土结构的稳定性和完整性，经试验选择膨胀珍珠岩和蛭石，其主要指标如表2。
表2 耐火骨料物理性能（3）（5）
材料名称 岩重
kg/m3 导热系数
w/m？k 粒径
mm 使用温度
℃ 吸湿率
24h %
水泥膨胀珍珠岩粉 300~400 0.05~0.075 0.15~5.0 ≥600 110~130
膨胀蛭石粉 80~200 0.047~0.070 0.15~3.0 ≥600
3.1.3 其他耐温隔热材料
A、岩棉纤维具有密度低（150 kg/m3），导热系数小（0.07w/m？k），化学稳定性好（耐酸、碱），而且岩棉纤维质地柔软，细而富有弹性，经加工成合适长度后添加到防火涂料中，可防止减少涂层干燥过程中收缩龟裂和高温下开裂，增加涂层的机械强度。
B、海泡石：是一种低密度、低导热率的不燃性材料，具有悬浮功能，选为涂料的助剂，改善涂料的稳定性。
C、其他：为改善涂料施工性能，适量加入一些助剂。
3.2 配方的筛选和确定
配方筛选以CA98—2005混凝土结构防火涂料中表2隧道防火涂料的技术指标为衡量依据，通过大量试验，{zh1}确定如表3
表3 HX—SF 701 隧道专用防火涂料配方
干 粉 序 原料名称 比例% 功能
1 硅酸盐水泥 25~35 粘结剂
2 膨胀珍珠岩 10 ~15 耐热隔热料
3 膨胀蛭石 35~45 耐热隔热料
4 岩棉纤维 5~10 抗裂填料
5 助剂1 1~5 改善施工性
6 助剂2 0.5~3 改善施工性
湿 料 水 按一定干：湿比例 调成均匀浆状料
3.3 生产工艺
经小试和检测，确定涂料生产配方和工艺，流程如图1
图 1 涂料生产工艺流程
施工应用前，将干料与水按一定比例搅拌均匀成浆料，测粘度（符合施工要求），达标后即可。
3.4 防火涂料技术性能指标
按GA 98—2005《混凝土结构防火涂料》中5.2.2隧道防火涂料的技术要求经相关质量监督检验中心检测，结果如表3。
表4 隧道防火涂料HX-SF701检测报告（6）
序号 检验项目 技术指标 检验结果 试验方法
1 耐火性能 涂层厚度20mm±2mm；按碳氢升温曲线升温，耐火极限≥2.0h。对于混凝土板底面上的任一测温点温度≤380℃；对于混凝土板内25mm保护层钢筋网底面上的任一测温点温度≤250℃ 涂层厚度21mm；耐火性能试验时间2.0h。混凝土板底面上{zg}温度271℃；混凝土板内25mm保护层钢筋网底面上{zg}温度193℃
符合要求 按GA 98中6.13
C-H标准曲线
2 在容器中的状态 经搅拌后呈均匀稠厚液体，无结块 符合要求 GB 14907中6.4.1
3 干燥时间，表干/h ≤24 6 GB/T 1728 中2.2乙法
4 粘结强度/Mpa ≥0.1 0.3 JG/T 24中6.14.2.2
5 干密度/kg/m3 ≤800 633 GB 14907中6.4.7
6 耐水性/h 经720h试验后，涂层不开裂、起层、脱落，允许轻微发胀和变色 720
符合要求 GB/T 1733中9.1
7 耐酸性/h 经360h试验后，涂层不开裂、起层、脱落，允许轻微发胀和变色 360
符合要求 GA 98中6.8
8 耐碱性/h 经360h试验后，涂层不开裂、起层、脱落，允许轻微发胀和变色 360
符合要求 GA 98中6.9
9 耐冻融循环试验 经15次试验后，涂层不开裂、起层、脱落、变色 15
符合要求 GA 98中6.11
10 耐湿热性/h 经720h试验后，涂层不开裂、起层、脱落、变色 720
符合要求 GB14907中6.4.11
11 挥发有机物VOC/g/l ≤200 19 GB 18582
根据JPJ -026公路隧道防火设计规范和有关消防安全研究部门建议，当隧道长度（L）大于1500m的一，二类隧道，承重结构的耐火极限试验采用RABT升温曲线，时间为≥120min 。
为了进一步提高并验证研制的新产品的防火的可靠性，公安部于2007年12月1日颁布了GA/T 714《构件用防火保护材料快速升温耐火试验方法》，即RABT升温曲线，与目前ISO 834 H-C升温曲线（标准烃类火灾曲线）相比，区别二点，其一升温速度快，≤6min（标准曲线12min）其二温度高1200℃（标准曲线1100℃）。RABT升温曲线试验方法更接近隧道全封闭、空间狭、火灾时急剧升温的状况。HX-SF701产品经国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验中心检测结果如表4
表5 HX-SF701隧道专用防火涂料RART耐火极限试验
检验项目名称 标准要求及标准条款号 实测结果 本项结论
耐火极限 对于混凝土板底面上的任一测温点温度≤380℃；对于混凝土板内25mm保护层钢筋网底面上的任一测温点涂层厚度；20mm±2mm温度≤250℃；耐火极限≥2.0h 实测涂层厚度20mm；耐火试验进行到200min时，混凝土板底面上测温点单点{zg}温度332.4℃；混凝土板内25mm保护层钢筋网底面上测温点单点{zg}温度181.9℃。
耐火极限大于3.3h。 合格
于09年3月初通过公安部消防总局等相关部门对HX-SF701产品抽检型式检验。
4 结果与分析
从表3、表4检测结果表明HX-SF701隧道专用防火涂料、耐火极限高于GA98标准要求，其他指标均符合要求，隧道防火涂料最重要的性能耐火极限、粘结强度也高于国内质量较好的同类产品，比较如表5。
表6 不同品种防火涂料主要指标比较（7）
产品名称 干膜厚度mm 粘接强度Mpa 耐火极限min
GA 98 标准 20.0 0.10 120
106-2隧道防火涂料 20.0 0.15 165
HX-SF701 20.0 0.30 ≥200
较高的粘结强度，较长时间的耐火极限，隧道在车流动态震动和外力作用下，涂层的稳定性好，发生火灾时，使遂道结构完整性保持时间长，利于消防和减轻灾情，缩短修复。
5 应用
5.1 首用工程
HX-SF701隧道专用防火涂料产品，2007年底首次涂装在浙江甬金高速公路沿线及杭金高速公路隧道内衬10万㎡、施工质量正常，经一年多来运行情况良好。图2展示隧道顶及壁喷涂HX-SF701涂料20±1mm，以HX028面漆100μm罩面,照片如图2。
图2
5.2 上海上中路隧道工程
5.2.1 工程概况
上中路越江隧道工程是上海市中环线南段穿越黄浦江的一个关键节点工程，起点西接中环南段道路工程，终点东接浦东段华夏西路工程，线路总长约2.8km。道路横断面采用双向八车道主线和双向四车道的地面辅道；道路等级；城市快速路；设计时速；主线为80km/h，匝道、辅线等为40km/h。原设计工程效果见照片图3及竣工通车的上中路隧道口图4。
图4
上中路隧道防火内衬包括浦东、浦西暗埋段和江中圆隧道段三大部位，防火施工面积约为78800㎡。暗埋段和圆隧道段的防火内衬详细设计见图5和图6。
图5
图6
5.2.2 工程特点
中上路遂道工程（以下简称工程），与国内外其他隧道工程相比，具有下列特点：
A 工程难度高。该工程是目前世界上横断面孔径（Φ13m）{zd0}的隧道，采用上面为双向八车道主线和地面四车辅线的双层隧道。
B 工程量大。工程线路总长2800m，防火涂层施工面积78800㎡。
C 工程防火等级高。要求防火材料燃烧性能达到A级标准，要求在隧道环境条件下使用25年，不产生结卤、粉化、绕曲、开裂，确保防火效果稳定性。
5.2.3 应用
工程于2008年3月开始进行防火涂层施工，先对隧道下层的24m长作试涂，产品出具型式试验报告、环境影响试验和粘接强度等专项检测报告，同时由监理公司进行实地测量和施工质量验收。经业主项目部、设计、消防、监理、涂料供应企业等有关方共同配合、认可后，工程全面铺开，于2009年1月15日南线全部竣工，共使用HX-SF701隧道专用防火涂料700多吨，并于2009年1月20日作为上海2008年三大重点工程之一，举行了试通车典礼，施工面积39000㎡。经二个月运行情况良好。整个工程将于2009年4月中旬全线竣工通车。
5.2.4 HX-SF701涂料的新颖性
现将市场上同类产品与HX-SF701比较如表6，显示出该产品的新颖性和优越性，主要是耐火极限时间长、粘结强度高、环保型、施工适应性好、xxx高。
表7 几种隧道防火涂料各项指标比较表
序 项目 HX-SF701隧道专用防火涂料 目前隧道防火涂料
膨胀型混凝土结构防火涂料 非膨胀型混凝土结构防火涂料
1 材料组成 98%以上为无机材料 粘结剂、阻燃剂、助剂均为有机物 含有阻燃剂、助剂等有机物，部分产品粘结剂也为有机物
2 与混凝土粘结强度Mpa 0.3 0.1 0.1~0.2
3 耐化学稳定性 耐碱性好 一般 一般
4 耐火极限min* （按RABT曲线）≥200
高 （按C-H曲线）≥120
良 （按C标准曲线）≥200
一般
5 火灾中分解产生有毒气体 极少 产生NH、HCN、NOx 有毒气体 释放出一定量的有毒气体
6 VOC含量g/L 19
大大低于GB18582 VOC 200指标 超过GB18582 VOC 200指标 当粘结剂采用有机材料超标，应用无机粘结剂接近GB18582指标
7 抗污染 喷涂面漆后抗污染性改善 良 一般
8 装饰性 喷涂面漆后装饰性良好 优 良
9 施工性 适应性好、养护时间长（28d）涂层厚 湿度大≤5°≥40°不宜施工
养护时间短，涂层薄 二者之间
10 使作寿命a ≥25 8~10 10~15
11 xxx 高 中 低
综合评价 优 良 一般
*RABT试验曲线要求高于C-H曲线，C-H试验曲线要求高于C标准曲线。
6 结语
火灾温度大多在800℃～1200℃，火灾发生10min火场温度即超过700℃，对建筑造成破坏，尤其是“9？11”事件中，美国世贸中心大厦在大火作用下，由于大厦未采取有效的防火措施，使主楼仅仅经30min便倒塌、造成了死亡279人，损失360亿美元的惨案，引起了全世界对建筑物（含隧道）防火措施的重视。若车流如梭的隧道一旦因火灾而塌，灾情也难以估计。因此，我国GA98标准，对隧道防火涂料指标专列一项，且提出耐火极限RABT曲线试验方法，当前能超过RABT曲线极限时间的防火涂料尚未见报导。随着三江（长江、珠江、松花江）四河（黄河、淮河、海河、辽河）及海底隧道工程的增加和大城市地铁的兴建，环保型隧道专用防火涂料的市场前景十分广阔。
2009.3.24
