高耐久性防水抗裂环保型隧道防火涂料的研制及工程应用.docx

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1、附件2福建省科技重大项目可行性研究报告高耐久性防水抗裂环保型隧道防火涂料的研制项目名称：及工程应用福建省科学技术厅福建省高校产学合作科技重大项目可行性研究报告一、项目的背景及立项的必要性1 .项目所属产业在我省经济发展中的地位、技术瓶颈以及亟待解决的技术问题；食衣住行是人类赖以生存和繁衍不可或缺的基本需求，人类的出行需要道路、桥梁、隧道和地铁等基础设施的建设。本项目的研究目标是解决福建省公路、铁路隧道和地铁的防火问题，为人们的出行安全提供保障。国务院关于支持福建省加快建设海峡西岸经济区的若干意见出台后，中央财政加大了对福建省的扶持力度。我省投资3300亿元进行高速公路建设，力争年均新开工高速公

2、路10个项目以上，2012年通车里程力争突破3000公里,基本建成“两纵四横”主骨架，2015年力争超过5000公里，争取建成“三纵八横”主骨架，提前5年基本建成海西高速公路网。到2015年左右，福建境内、海峡西岸铁路总里程将达6000公里，总投资将达3500亿元。按照规划，福州城市轨道项目由包括城市地铁1、2号线在内的7条线路构成，全长近200公里,中心城区线网密度将达每平方公里0.62公里。福州地铁一号线已开始动工，线路全长29.2公里，共设24座车站，工程投资约为188亿元，计划于2013年轨道基本贯通，2014年进行线路系统调试后试通车。提高地铁和隧道耐火极限有3种方法：（1）提供不计

3、入结构剖面的额外混凝土厚度。（2）在隧道表面粘结防火板材。（3）在隧道衬体上喷涂防火涂料。第（1）种方法用附加的混凝土作为牺牲层，以维持隧道结构的整体性，从而阻止其在火灾中倒塌。据研究表明：耐火极限为2h时,混凝土的厚度需要达到50mm。这种方法减少了隧道断面，增加了施工强度和难度，造价较高。第（2）种方法所用板材主要为硅酸钙类等轻质材料，由于材料轻，强度较低，粘贴施工工程繁琐，紧固螺栓稍有不慎，板材就会产生裂纹，板材的耐水性较差，工程造价较高。如果防火板材用钢制龙骨固定，高温下龙骨会变软、熔化，板材脱落，将不能达到设计要求的防火效果。第（3）种方法采用隧道防火涂料保护隧道中的钢筋混凝土结构及

4、强度在耐火极限内不被破坏，从而减少维修费用，缩短工程修复时间。在这3种措施中，无论从性能、成本方面考虑，还是从施工的方便性方面考虑，隧道防火涂料均是隧道防火保护的最佳选择。因此，国家相关部门对使用隧道防火涂料作为隧道结构防火保护的要求也日益增加，因而隧道防火涂料的研究、生产和推广应用正在逐渐步入高潮。隧道和地铁结构复杂，环境相对密闭，在封闭空间内热量不易消散，隧道火灾具有燃烧后周围温度升高快、持续时间长、着火范围较大、消防扑救与进入困难等特点。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，往往会造成重大的人员伤亡和财产损失，其间接损失也是巨大的

5、。预应力楼板和钢结构的防火涂料与隧道防火涂料的使用环境不同，隧道防火涂料应用于潮湿环境中，且车辆通过时会产生强风及强烈震动。预应力楼板和钢结构的防火涂料主要由有机树脂和有机乳液等组成，如在隧道潮湿环境中使用容易脱落，使用寿命短，且影响行车安全。此外，由于预应力楼板和钢结构防火涂料不能承受烧类火灾，因此预应力楼板和钢结构防火涂料不能代替隧道防火涂料。我国对隧道结构进行防火保护工作始于20世纪80年代中期，限于当时的技术、经济状况，除了上海延安东路越江隧道等有限的几个隧道喷涂了防火涂料外，其它隧道的结构都没有采取防火措施。真正根据有关隧道设计规范设计、建造隧道，是近几年开始的，而隧道防火涂料的应用

6、则是从2001年前后开始的，当时一些企业将厚型钢结构防火涂料或混凝土楼板防火涂料甚至电缆防火涂料作为隧道防火涂料使用。因此，关于隧道防火涂料研究的基础比较薄弱，产品参差不齐，给隧道防火涂料施工和性能检测带来很大的困难。在20世纪90年代末，公安部四川消防科研所联合四川大学的尹光福教授开展了“隧道防火涂料”研究，并由成都大地岩土工程开发公司生产，厦门海沧蔡尖尾山隧道工程就使用了这种防火涂料。2005年，公安部四川消防研究所编制了中华人民共和国公共安全行业标准混凝土结构防火涂料(GA98-2005),该标准替代预应力混凝土楼板防火涂料通用技术条件(GA98-1995),在该标准中增加了隧道防火涂料

7、的性能要求和试验方法。然而，通过文献检索和工程调研发现，目前隧道防火涂料还存在如下问题：(1)耐久性不足，现有隧道防火涂料大都以有机树脂等为基材配制而成，易脱落，使用寿命短。虽然尹光福教授采用高铝水泥等无机粘结剂配制“隧道防火涂料”，来提高其耐久性，但由于没有对抗震、抗风等问题开展研究，研究成果没有很好产业化。(2)缺乏防水性方面的研究。混凝土结构防火涂料(GA98-2005)只给出耐水性指标，没有给出防水性指标，而隧道防火涂料长期处于有水压力的潮湿环境中，会反卤、结水、渗水，如果没有很好的防水性，会使其在火灾来临前失效。(3)缺乏抗裂性方面的研究。混凝土结构防火涂料(GA98-2005)没有

8、给出隧道防火涂料抗裂性方面的指标，较差的抗裂性会导致隧道防火涂层开裂、空鼓、脱落，隧道防火涂料在火灾来临前失效。(4)可喷射施工性研究不足、这影响了其在工程中的推广应用。(5)缺乏抗震性和抗风性能研究。车辆在隧道内高速通行时会产生强烈震动，可能导致隧道防火涂料剥落，这成为工程推广应用的瓶颈。由于这些问题的存在，目前在实际隧道工程中，很多情况下取消了隧道防火涂料的设计和施工(如高速公路沈海复线隧道等)，或者象征性涂一下防火性能达不到承受煌类火灾要求、以有机树脂等为基材、耐久性不佳的钢结构薄层涂料，这为隧道安全埋下了隐患。本课题结合地方原材料和区域特点，致力于解决目前隧道防火涂料存在的问题，研发出

9、设计和施工单位急需的耐久性、防水性、抗裂性、可喷射施工性、抗风性和抗震性良好的环保型隧道防火涂料，为消除现有隧道建设的安全隐患，为保障人民生命财产安全做出贡献。因此具有非常好社会和经济效益，其产业化前景广阔。2 .国内外相关技术研究开发现状和发展趋势；国外对隧道防火涂料的研究有几十年的历史，早在六十年代，美国Monsanto公司和VanderSan实验室研发出聚磷酸铁，致使隧道防火涂料获得良好成膜性、耐洗刷，从此步入快速发展的轨道上，在美国、英国、德国，隧道防火涂料已经普遍运用到地下工程中，显现出优越的防火性能。例如德国HerbertS生产的uWaterBased38320”防火涂料以及英国a

10、Nu11ifirew生产的防火涂料能够在较薄涂层的情况下达到较好的耐火强度。在上世纪九十年代国内上海延安东路越江隧道就有使用隧道防火涂料，同时在90年代末四川大学进行了隧道防火涂料的研究，并研制出环保型无卤素的隧道防火涂料，该涂料在涂层为20mm时耐火极限为3h,并在多项工程中得到应用，公安部四川消防研究所编制了中华人民共和国公共安全行业标准混凝土结构防火涂料(GA98-2005),替代预应力混凝土楼板防火涂料通用技术条件(GA98-1995),在该标准中明确规定了隧道防火涂料的性能要求和试验方法，对隧道防火涂料各种性能指标做出严格的要求。从国内外的研究情况来看，在隧道防火涂料研究中，一般应采

11、用有机一无机复合涂料的技术路线，今后的发展方向为：发展超薄型膨胀隧道防火涂料，以解决涂料过厚的问题等；发展无机轻质膨胀型隧道防火涂料，无机隧道防火涂料节省能源与资源，对健康和环境影响较小；发展环保型隧道防火涂料，属于“绿色建材”，适用性较广。由于环保要求的呼声越来越高，隧道防火涂料应该朝着节能、环保等高性能方向发展，减少施工中的环境污染以及对人身伤害；研发出防水性较好、抗裂较强、耐火性较高、粘结性较强以及成本较低的隧道防火涂料，确保防火涂料的质量。同时需要满足五点要求：即提高涂膜质量、方便施工、节省资源、节省能源、生态平衡。隧道防火涂料与其他防火涂料相比，其生产的产量与厂家较少。但是作为一种低

12、廉、对隧道保护作用明显的新型涂料，在火灾预防、提高隧道结构的耐火极限方面将产生巨大的社会效益与经济效益。随着各国相关研究部门的积极工作，将会有更多更好的隧道防火涂料得到应用，从而推动隧道工程健康良性的发展。3 .项目技术研发的必要性；近十几年来，由于不断增长的交通流量以及运输物品的复杂性，引发的隧道火灾不计其数，特大火灾就有几十起。1999年3月24日，位于意大利阿尔卑斯山的勃朗特隧道失火，消防车15分钟后赶到现场，隧道火势异常凶猛，温度高达IOOo摄氏度，持续燃烧55个小时。烧坏结构达600m,修复花费1000万奥地利先令。1969年11月，北京地铁五棵松至万寿路路段发生火灾，大火持续约6小

13、时，中度窒息人数约200人，并烧毁2辆机车。1984年9月，北京地铁电客车发生火灾，导致约300人烧伤以及4辆电车报废。1993年6月，西延线蔺家川隧道内一货车发生火灾，造成桥梁损坏、8人死亡、10多人重伤。2002年1月，我国浙江省猫狸岭隧道发生火灾，破坏区间200米，隧道内各种设施均被烧毁。2008年5月，受汶川大地震影响，宝成铁路线上的一列列车发生脱轨，机头发生火灾，列车上油罐箱燃起熊熊大火。火灾持续近12小时，部分人员受伤。2011年1月，沪渝高速恩施往宜昌方向长阳渔泉溪隧道内（全长5.2公里）,一载有16辆面包车和7辆轿车的商品车专用运输车发生火灾，造成随后的26台车辆被困隧道内，火

14、势迅速在拖车上蔓延开，在相对封闭的隧道内聚集大量的浓烟，造成巨大的经济损失。目前隧道防火涂料存在耐久性、防水性、抗裂性、可喷射施工性、抗震抗风性不足等问题，防火效果不理想，且影响行车安全。在实际隧道工程中，基本上取消了隧道防火涂料的设计和施工，或者只是应付检查，采用没有真正的防火效果防火涂料，这为隧道的安全埋下了隐患。因此，非常急需研发高耐久性防水抗裂环保型隧道防火涂料，使建设方、设计和施工单位觉得好用、敢用、有必要用，从而达到保障人们出行安全的目的。4、项目对产业技术的支撑作用。随着国内的经济快速发展，国家在公路隧道、铁路隧道等基础交通设施的建设力度逐渐加强，据统计，截止到2008年初，我国

15、公路隧道超出4673座，同比增长23.36%,总长度为2555.5公里，同比增长38.75%。福建、甘肃、陕西等多山丘林地带，为减轻交通压力，各种隧道建设蓬勃发展，例如甘肃大坪里隧道、麻崖子隧道；陕西秦岭终南山隧道、米溪梁隧道；福建厦门海底隧道、金鸡山隧道、罗汉山隧道等，这些隧道的建设对当地的经济发展起到不可估量的作用。然而，由于缺少有效的隧道防火措施，世界各地隧道火灾事故频发，已引起人们的高度重视。隧道防火不仅关系到国家经济发展问题，而且与人们的生活安全息息相关，因此，隧道防火已经成为当今世界各国面临的一大难题，同时，也是消防部门探索和研究灭火救援技战术的重要课题。本项目研发的耐久性、防水性

16、、抗裂性、可喷射施工性、抗震抗风性的环保型水泥基隧道防火涂料是隧道防火的难点和核心技术，它必将带动与公路、高速公路、铁路、高速铁路隧道及地铁相关的设计、施工、材料供应商在隧道防火领域的飞速发展，推动整个隧道防火产业技术的发展，保障人民的生命财产安全。二、研究内容、关键技术和创新点1 .研究与开发内容；本项目在前期实验室制备的耐火性、耐久性、粘结性和防水性满足要求隧道防火涂料基础上，着重对下列内容开展研究：（1）隧道防火涂料的抗裂性研究抗裂性不足会导致隧道防火涂料空鼓、脱落，影响行车安全和隧道防水、防火，因此有必要对隧道防火涂料的抗裂性开展研究。（2）隧道防火涂料的可喷射施工性能研究隧道和地铁呈半圆形，常规的刮和抹的施工工艺速度慢，因此有必要对隧道隧道防火涂料的可喷射施工性开展研究。（3）隧道防火涂料的抗震性和抗风吸力研究高速列