涂料及粘结剂标准规范：隧道火灾和隧道防火涂料

隧道火灾和隧道防火涂料 何世家(公安部四川消防研究所 四川成都 都江堰市 611830) 摘要：本文不完全统计了近年来特大隧道火灾。针对隧道砌体不能耐高温的特点，研究出了一种耐潮湿环境的隧道防火涂料。该涂料施工方便，可喷可涂，而且成本低廉。可用于钢结构和混凝土的耐火保护。关键词：隧道，隧道防火涂料，隧道火灾 Tunnel fire & fire resistant coating for tunnelHorsecar(Sichuan fire research institute of public security, Dujiangyan, Chengdu city, Sichuan, 611830, China)Abstract: The article sets out the tunnel fire in the last 50 years roughly. To solve the endurance of tunnel construction in high temperature, we developed a kind of fire resistant coating for tunnel. The coating can be used in moisture environment with low cost. It is easy to be spayed and smeared. It can also be applied to steel and concrete construction for fire protection.Keywords: tunnel, fire resistant coating for tunnel, tunnel fire 前言城市在繁荣，大城市地价在飞涨，隧道施工技术在进步。为缓解城市交通的压力，城市地铁便应而生。城市间物资的流通和人们之间的联系，需要便捷的交通，公路和铁路隧道便产生了。一些隧道不仅承担着交通运输的任务，而且还起着光纤电缆、电力电缆甚至自来水运输通道的功能。在有限的隧道空间内一旦发生火灾，电话和互联网就会中断，交通处于停滞状态，城市照明系统就会受到破坏，甚至一些地方的自来水变得不可饮用。 隧道火灾 隧道是交通的咽喉要道。无论是公路、铁路或地铁隧道火灾都是极其危险的。隧道火灾一般是车辆可燃材料燃烧所致，如座椅、轮胎、聚合物饰物、油桶和车辆运载货物等。根据法国PIARC和CETU研究，一辆小汽车的释热速率为2.5MW，一辆装满可燃货物的大型卡车释热速率为20-30MW。根据澳大利亚消防委员会（）估计，隧道墙壁最大温度可达1000C。因此在对隧道性能进行评估时，澳大利亚将隧道墙体结构是否耐高温作为首先考虑因素。 近年来，隧道火灾不计其数，特大火灾就有几十起，现将不完全统计的隧道火灾列于下。 我国列车隧道火灾重大事故时间地点隧道编号事故原因隧道损失中断行车时间1976年3月23日丰沙线旧庄窝东46罐车脱轨隧道严重烧损线路损坏220m,修复费40万元 1976年10月18日宝成线白水江140#罐车破裂引起燃烧爆炸 19987年8月23日陇海兰州十里山货物列车火灾直接经济损失万元201h56min1990年7月3日襄渝线梨子园隧道 爆炸火灾隧道损失m,洞内上部建筑全部烧坏550h54min1992年9月15日青藏线岳家村隧道18货物列车脱线起火直接损失132.6万元82h19min1993年6月12日西延线蔺家川隧道 货物列车火灾严重破坏隧道280m,烧损31.1m钢筋混凝土曲线桥梁孔 瑞士圣哥达隧道重大火灾事故 年10月24日上午10点左右，两辆载重卡车在瑞士圣哥达隧道南端一公里处相撞并起火。这条最重要的南北通道无限期被迫关闭，交通顿时陷入瘫痪。圣哥达大隧道全长16.9公里，是世界第二大隧道。车祸引发的大火使部分隧道的温度达到了1000摄氏度，造成出事地段顶部塌陷。大火造成的死亡人数上升到11人，多达128人失踪。10月27日圣哥达隧道内的火情已经解除。但由于车祸引起的大火将隧道内部分路段烧毁，所以圣哥达隧道将被迫关闭进行维修。为缓解意大利北上过境的交通状况，连接意法边境的勃朗峰隧道将重新开放。勃朗峰隧道1999年因发生严重的火灾事故被关闭，维修改造工作至今仍未结束。 其它列车隧道火灾年月日下午，美国霍华德城市隧道发生火灾，列车上装的是纸、木材、盐酸、三聚丙烯和一些其它化学药品。火灾小时后，横贯隧道顶部直径一米的铸铁给水干管破裂。2.5亿升的自来水奔涌而出。许多商店被淹没，电话设施遭破坏，交通处于停滞状态。城市照明和铁路系统受到损害，设备被破坏。隧道被严重破坏。其直接经济损失有好几亿美元。年月日时分，英国萨米特（Summit）隧道内，列车油罐脱轨引起隧道火灾，英国政府为修复该隧道花了近万英磅。年月日，日本北陆隧道内列车餐车起火灾，引起火灾，这次火灾死亡人，轻重伤人。年月日，日本生驹山隧道火灾，死亡人，伤人，隧道内衬砌部分被烧毁崩落，供电线被烧断。其它列车火灾有：年月日本高野线号隧道列车火灾，年月日本石北线奥白瀑布石北隧道列车火灾，年月美国区次列车火灾，纽约市运输局（）的次地铁列车火灾，宾夕法尼亚运输局（）的隧道列车火灾事故。1996年月日英法海峡隧道发生隧道火灾，人受伤，幸亏防火措施完善，才避免更大的灾难。年月日宾夕法尼亚州火车站隧道发生小型火灾，但小时内就将大火扑灭。2.4 世界公路隧道火灾年份隧道名称长度/m国家地区火灾持续时间隧道结构破坏程度1949Holland2250美国纽约h隧道严重损坏m1974Mont Blanc11600法国意大利min 1976Crossing BP - A6430 法国巴黎1 h隧道严重损坏m1979Nihonzaka2 045 日本Shitzuoka159 h隧道严重损坏1 100 m1980Kajiwara740 日本 隧道严重损坏280 m1982Caldecott1 028 美国Oakland2h 40min隧道严重损坏580 m1983Pecorila Galleria662 m意大利Gnes Savone 受损较轻1986LArme1 105 m法国Nice 隧道设备严重损坏1987Gumefens343 m瑞士伯尔尼2 h损坏较轻1990Rldal4 656 m挪威Rldal50 min略微损坏1993Serra Ripoli442 m意大利Bologne-Florence2h 30损坏较轻1993Hovden1 290m挪威Hyanger1h111 m隔热材料被毁1994Huguenot3 914 m南非1h严重损坏1995年10月Pfander6 719 m澳大利亚1h严重损坏1996年3月18日Isola delleFemmine148 m意大利Palermo 严重损坏，被迫关闭2.5天1999年3月24日Mont Blanc11 600 m法国意大利 严重损坏1999年5月29日Tauern6 401 m奥地利A10 Salzburg-Spittal 严重损坏2000年7月14日Seljestad1 272挪威 E 134 Drammen - Haugesund45 min 2001年5月28日Prapontin4 409 m意大利A 32 Torino - Bardonecchia 关闭7天2001年8月6日Gleinalm8 320 m奥地利A 9 near Graz 2001年10月24日St. Gotthard16 918 m瑞士A 23d严重受损，关闭2个月2001年10月17日Guldborgsund460 m丹麦E 47海底隧道Falster - LollandNykbing 25 19701987年重大地铁火灾地点时间原因及损失加拿大的蒙特利尔1971年12月12日火车与与隧道端头相撞引起电路短，引起座椅起火，36辆车被毁，司机死亡。德国东柏林1972年10月4日车站和四辆车被毁.瑞典斯德哥尔摩1972年人为纵火 巴黎 1973年3月27日第7节车厢人为纵火，车辆被毁，2个乘客死亡。加拿大蒙特利尔 1974年1月23日车辆内废旧轮胎引发电路短，9辆车被毁，300米电缆烧断。莫斯科1974年车站平台引发大火。波士顿1975年7月2日隧道照明线路被炼断，引发大火。里斯本（葡萄牙首都） 1976年5月25日火车头牵引失败，引发火灾，毁车4辆。加拿大多仑多 1976年10月15日纵火造成4辆车被毁。巴黎1977年3月9日天花板坠落引发火灾。Kln1978年10月24日丢弃的未熄烟头引发火灾，8名乘客受伤。旧金山1979年1月17日一名收藏家的过失电路短路引发大火，一名乘客死亡，56人受伤。巴黎1979年3月25日一名乘客车厢电路短中引发大火，毁车1辆，26人受伤。费城1979年9月6日变压器火灾引起爆炸，148名乘客受伤。纽约1979年 9月8日丢弃的未熄烟头引燃油箱，2辆车燃烧，4名乘客受伤德国汉堡1980年4月8日车厢座位着火，2辆车被毁，4名乘客受伤。伦敦 1980年6月21日丢弃的未熄烟头引发大火，1人死亡。纽约1980年1981年1980年6月1981年7月,纽约地铁共发生8次火灾， 50人受重伤。莫斯科1981年6月电路引起火灾，7名乘客死亡。德国波恩1981年9月11日操作失误火灾，没有人员伤亡，但车辆报废。纽约1982年3月16日传动装置故障引发火灾，86人受伤，1辆车报废。纽约1982 年6月2日大火燃烧了6小时，4辆车被毁。伦敦1982年8月11日电路短中引起火灾，15人受伤，1辆车被毁。Mnchen1983年9月5日电路着火，2辆车被毁，7名乘客受伤。德国汉堡1984年9月30日列车座位着火，2辆车被毁，1名乘客受伤。伦敦1984年11月23日车站月台引发大火，车站损失巨大。巴黎1985年4月12日垃圾引发大火，1名官员和5名乘客受影响。比利时的布鲁塞尔1987年6月自助餐厅引起火灾。莫斯科1987年火车燃烧伦敦1987年11月18日售票处大火，死亡31人。 隧道防火涂料 高温下钢材的物理、力学性能在高温下钢材的力学性能显著下降，这是由于钢结构耐火性能差的缘故。国内外在进行钢结构和构件的防火设计计算时，均采用标准升温曲线，其表达式如下：T-T。log(8t)式中t时的火焰温度，； T。试验开始时的环境温度，； T试验经历的时间，min。 通过标准耐火升温曲线，可以求得钢材的耐火等级。根据研究已有的试验数据，我们可以求得钢材在高温下的物理、力学性能。未加保护的裸钢结构的耐火极限约为min。温度达到时，钢材抗拉强度提高，而塑性和冲击韧性降低，出现“蓝脆”现象；温度达时，钢材的弹性模量、弹性极限急剧降低，屈服平台消失；温度达到时，钢材的屈服应力开始急剧下降；温度达到时，材料的屈服应力和极限应力降到常温下钢材屈服应力和极限应力的以下，此时，结构已遭破坏。 水泥石的耐火性能 水泥制成的混凝土在高温作用下会产生裂纹和强度丧失而破坏。下面是高温下混凝土的强度与温度关系。 由上图可知，以下的温度，混凝土强度变化不大。当温度高于时，混凝土的强度随着温度升高而降低。当温度升到左右时，混凝土的强度下降约。因为温度升高，水泥石和其集料等发生物理和化学的变化，其体积发生了改变。水泥石受热初期，自由水和结合水开始脱出，同时发生热膨胀。当温度升至左右，水化硅酸盐胶体的结晶水开始脱出，体积产生收缩。但混凝土整体膨胀和收缩达到相对平衡状态。当温度升至，铝酸三钙的结晶水开始脱出，水泥石的收缩进一步扩大，当温度长到左右，水合氧化钙开始脱水，从而混凝土的收缩加剧。这些变化都会有损水泥石的强度。在水泥制品中，要想提高混凝土的耐火等级，是要尽可能地保持构件在火灾中的强度。因此为提高水泥的耐火等级，应设法保护混凝土的结构，尽可能地阻止外界的热量向混凝土制品传递。在混凝土制品表面涂抹隧道防火涂料就能达到这方面的防护要求。 隧道防火涂料的耐火性能隧道防火涂料是专门针对隧道墙壁和拱顶在火灾中免受烧损而专门设计的一种专用防火涂料。公路和铁路隧道的结构一般是由石块和钢筋混凝土垒砌而成。石块的主要成分碳酸钙温度达到就热解成氧化钙和二氧化碳。氧化钙的强度远远不及碳酸钙。混凝土温度升至时，其强度已损失已达以上。左右，钢材的屈服应力一般降至常温下钢材屈服应力的以下。隧道发生火灾时，温度一般在以上。隧道的砌体很难承受得住如此高的温度。上千度的高温烤得洞内外石头四下飞崩，严重地方拱部坍塌，甚至将车辆掩埋于其下。而隧道内砌体的修复时间较长。特别是交通要道，其间接经济损失更为巨大。为解决隧道砌体不能忍受高温的特点，我们研究了一种保护隧道砌体的隧道防火涂料。我们将隧道防火涂料涂于钢板表面，厚度为17.2mm，养护天后，利用大板燃烧法测防火涂料的防火性能。在比标准升温曲线温度平均高近条件下，隧道防火涂料在炉内烧了3.5h，涂隧道防火涂料钢板的背火面温度仅为。而且，高温区温度越高，钢板温升越慢。经国家防火检测中心检测，15mm厚的该涂料涂层，耐火极限为小时。 隧道防火涂料的特点 本隧道防火涂料所用粘接剂为耐高温的无机胶体，该粘接剂为非水溶性粘剂，能够满足所处环境的潮湿条件。该涂料成本低廉，约为普通厚型钢结构涂料的，并且可以代替厚型钢结构涂料和预应力混凝土防火涂料。该涂料为非燃体，火灾发生燃烧时，无任何有毒气