目前我国已成为世界上隧道和地下工程最多、隧道结构最复杂、隧道建设发展速度最快的国家之一。隧道不仅是交通运输的通道，而且还是光纤电缆、电力电缆、输油管、输水管的通道，因此，在各种车辆事故中，隧道火灾事故经济损失最大，抢救最难，中断行车时间最长，并极有可能产生不良的社会、政治影响。20世纪80年代以来，国外对隧道车辆的燃烧特性、隧道衬砌在火灾中的表现、烟气中有害成分生成量分析、消防救援方法与策略，特别是驾驶人员在隧道内的心理与行为、隧道火灾数值模拟技术[2]、隧道通风及烟气控制技术[3-4]等方面做了系统的研究。我国也在隧道烟气数值模拟[5]、通风仿真[6]、衬砌承载能力可靠性评估[7]、隧道内温度场分布、CO浓度设计限值、水消防技术在隧道中的应用及隧道火灾事故发生的成因及预防[8-9]等方面做了大量工作。对于沉管隧道，火灾还可能导致隧道接缝和密封结构的破坏，从而造成隧道漏水甚至完全瘫痪。这是因为在隧道内强大的热流作用下，隧道混凝土衬砌极易爆裂[1]。这不仅损害隧道衬砌结构，而且阻碍隧道内救援车辆通行，威胁救援人员的安全。为解决隧道防火问题，世界各国都进行了多方面的研究和探索。相对于公路隧道而言，我国在铁路隧道消防技术研究方面的工作开展得更具系统性。研究成果在铁路隧道设计、建造和运营中发挥了重要的作用[10]。基于这些研究成果，国内外在隧道防火设计方面颁布了一些技术要求或标准(见表1和表2)。

表1国外有关隧道设计技术规范及标准

表2国内有关隧道设计技术规范及标准
       

构建隧道的钢筋、混凝土虽是不燃体，但其耐火性差。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；在450℃时，抗压强度损失达到40%；当温度达到600℃时，抗压强度损失约为75%。隧道结构防火保护的目的就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，从而大大减少维修费用，缩短工程修复时间。目前，隧道结构的防火保护方法主要是在隧道衬砌上喷涂非膨胀型防火涂料，因为从性价比方面和施工的方便性方面考虑，隧道防火涂料是隧道防火保护的最佳选择[12]。但是，非膨胀型防火涂料难以克服以下问题：首先，非膨胀型防火涂料涂层一般要达15mm以上，涂层自重较大，若在施工时混凝土基层污染没有被彻底清除干净，或者防火涂层与隧道衬砌面接触不足，或者由于车辆运行的强风或震动，都易造成防火涂层脱落；其次，脱落的防火涂层碎块易对隧道内高速运行的车辆和隧道内的人员构成威胁；第三，非膨胀型防火涂料施工速度慢，一般需要喷涂3遍以上才能施工完毕；第四，非膨胀型防火涂料养护期长，因为非膨胀型防火涂料有水泥类粘结剂，至少需要28天以上的养护周期；第五，非膨胀型防火涂料中有颗粒状防火填充料，喷涂时回弹性大，施工时产生较大的损耗。因此，研究出一种涂层薄、施工速度快、施工损耗性小、养护周期短、耐水好、环境友好的膨胀型隧道防火涂料，必将产生极大的经济和社会效益。

1试验

1.1试验材料

1.1.1粘结剂

隧道内空间狭小，结构密闭，不能使用有机溶剂稀释的树脂。易于浆化的树脂是最佳选择，如苯丙乳液胶粉、醋丙胶粉、EVA胶粉、糊精粉、可再分散乳胶粉、PVA胶粉等均是较好的粘结剂。本文选用上述胶粉的混合物作为粘结剂。

1.1.2阻燃剂

隧道空间有限，卤素阻燃剂高温分解产生的卤化氢，有机膦类阻燃剂常温时挥发的有机膦和高温分解产生的有机膦毒性较大，严重威胁隧道内行人和救援人员的安全。本文选用在高温下分解产生水蒸气并吸收大量的热量的氢氧化铝、氢氧化镁阻燃剂。

1.1.3膨胀材料

本文采用对水较稳定的超高相对分子质量聚磷酸铵、蛭石、珍珠岩、微胶囊水合硅酸钠组成的复合膨胀材料。

1.1.4颜填料

高温后，防火涂层中所有的有机材料都要受热分解，此时，残留下的颜填料成为防火涂层的耐火泡沫层，因此，颜填料必须达到耐高温的要求。常用的颜填料有：海泡石、硅藻土、轻质碳酸钙、矿渣棉、超细硅酸铝、粉煤灰、炭黑和白炭黑。本文采用由海泡石、炭黑、白炭黑、膨胀珍珠岩细粉、轻质碳酸钙、超细硅酸铝混合后组成的复合颜填料。

1.2试验方法

首先，在70～80℃温度下，将固体粘结剂干燥24h，再置于氯化钙干燥箱中冷却至室温。将干燥的粘接剂用ACM磨粉机或破碎机粉碎至120目以上。磨粉机或粉碎机的温度不能超过200℃，以防粘结剂热熔结块。将粉碎后的粘结剂、阻燃剂、膨胀材料和颜填料称量后，置于干粉混合机上充分混合，制成流动性粉末。制备300mm×300mm×15mm的混凝土板若干块，并在所有混凝土板表面正中央预埋一支热电偶，养护28天，以备试验。混凝土板养护期满后，称取上述混合物300g，加入240g自来水后，充分搅拌成糊状物，再将其涂覆在预埋有热电偶一面的混凝土板上。在常温下养护3天后，在小型耐火试验炉上按标准碳氢曲线升温，每1min记录一次混凝土板表面的热电偶温度，记录混凝土板背火面温度达到380℃所需时间。同样，称取106-2型隧道防火涂料1300g，加入106隧道防火涂料界面剂135g、自来水1145g，充分搅拌成浆状物，按同样方法涂覆在预填有热电偶的300mm×300mm×15mm的混凝土板上，制成20mm厚的防火涂层，室温条件下养护28天后，在小型耐火试验炉上按标准碳氢曲线升温，每1min记录一次混凝土板表面的热电偶温度，记录混凝土板背火面温度达到380℃所需时间。

2结果与分析

隧道防火涂料最重要的指标是涂料的耐火极限、粘结强度。表3是本文研究的膨胀型隧道防火涂料与非膨胀型隧道防火涂料的耐火性能和粘结性能的试验结果。

表3隧道防火涂料试验结果

由表3试验结果可看出，膨胀型隧道粘结强度和耐火极限均比非膨胀型防火涂料高得多。非膨胀型隧道防火涂料是一种主要由无机材料组成的防火涂料，涂料自身密度大，脆性大，在强风和震动的环境中涂层极易脱落。曾出现隧道防火涂层从隧道内衬脱落的问题。从国内隧道防火涂料的施工实例来看，涂层超过20mm的施工案例很少。即使有涂层达到或超过20mm的工程，都需要加钢丝网加以保护，以保证涂层不脱落。这是因为20mm非膨胀型隧道防火涂料涂层每平方米自重将达13～15kg，防火涂层有丰富的孔隙，易于吸收隧道内的湿汽，吸湿或吸潮的涂层非常重。这么重的脱落涂层一旦脱落，砸到隧道内高速运行的车辆，将会产生严重后果。而且，隧道潮湿或渗水是一个世界难题，钢丝在湿气作用下易锈蚀，锈蚀钢丝网的抗拉强度和张力就会降低，一旦钢丝网因锈蚀失去牵扯作用时，涂层也可能脱落，此时极可能产生灾难性的后果。3.0mm厚的膨胀型隧道防火涂层每平方米自重仅300g左右。而且该涂层韧性大，与隧道内衬表面粘接牢靠，在强风或震动环境中也不会脱落。这么薄的涂层即使脱落，也不会对行人和车辆构成大的威胁。其次，非膨胀型隧道防火涂料由于加有水泥类粘结剂，养护期至少要达28天才能使用，而膨胀型隧道防火涂料加入了乳胶类胶粉，1天左右就可完全固化，养护期仅为3天，养护期满后即可投入使用。这大大缩短了工程工期，加快了工程进度。第三，膨胀型隧道防火涂料，由于涂层薄，施工量少，仅需要一遍就可施工完毕，既减少了施工量，又节约了施工费用。第四，非膨胀型隧道防火涂料由于含有大量的颗粒状填充物，施工时，颗粒状填充料回弹极其严重；而膨胀型隧道防火涂料是一种流动性的细粉末，加水后成为黏稠浆料，喷涂时涂料回弹很少，因此喷涂时的损耗也少。第五，在相同的施工面积和相同的耐火条件下，膨胀型隧道防火涂料用量约为非膨胀型隧道防火涂料用量的四分之一，这大大节约了防火涂料的生产运输成本、包装费用和施工费用。

结语

隧道防火涂料是一种具有市场前途的产品。自2001年国内研制出型号为106-2的隧道防火涂料以来，至今已有近7年的时间。膨胀型隧道防火涂料是非膨胀型隧道防火涂料必要的、有益的补充。因为膨胀型隧道防火涂料与非膨胀型隧道防火涂料相比，用量少、涂层薄、耐火极限高、粘结强度高、施工效率高、养护期短、生产费用、运输费用和施工费用低，更重要的是克服了长期以来非膨胀型隧道防火涂料易开裂、脱落的危险。