摘要：近年来，随着我国隧道建设数量增加，交通流量逐年增长，隧道运输物品不断复杂多样，导致隧道火灾时有发生，隧道结构防火已是重要研究课题。目前涂抹隧道防火涂料成为重要的防火措施，文章通过总结我国隧道防火涂料发展历史，分析其组成和防火阻燃机理，针对不同地域隧道环境和用途，提出隧道防火涂料改良方向与试验方法，展望其发展趋势。
1 隧道防火涂料的历史
20 世纪80 年代中期我国隧道结构防火保护工作才起步，少数隧道使用防火涂料，随着隧道的设计和建造规范得到发展，逐步普及隧道防火涂料在地下工程中的应用。起初用钢结构防火涂料或混凝土楼板防火涂料代替隧道防护涂料，甚至使用电缆防火涂料。由于涂料种类不同，防护对象不一样，防火性能有较大差别，特别是电缆防火涂料，耐火极限最多才20min，无法承受隧道火灾。此外，电缆防火涂料火灾时会产生大量有害物质，厚型钢结构防火涂料或混凝土楼板防火涂料耐火性能好，但存在涂层厚、粘结强度低、耐水性差、涂层毒性研究没有足够认识等问题。因此，上述涂料都不能代替隧道防火涂料，研制隧道专用防火涂料已成为需要解决的课题。
2 隧道防火涂料组成与防火机理
2.1组成
隧道防火涂料主要由粘结剂、耐火填料、发泡材料和助剂组成。
①粘结剂：耐火水泥、磷酸盐等均为较好的粘结剂。因用量大，需综合考虑燃烧性能、火灾时烟气和价格等选择粘结剂。粘结剂体积含量约为35%～40%。
②耐火填料：具有高温隔热和降低热导率作用，构成涂料的骨架。膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙等常见的无机轻质隔热填料。约占涂料总体积的35%～38%。
③膨胀剂：约占总体积的8%～10%，具有高温速膨胀隔热性能。常用膨胀剂有膨胀蛭石、重铬酸铵、三聚氰胺等。
④阻燃剂：具有受热膨胀隔热阻燃性能，如含结晶水的硼化物、锌化物等。约占总体积的12%~15%。⑤其他助剂：可改善涂料和易性和理化性能，约占涂料总体积的3%～5%。高效减水剂等为常用助剂。
2.2防火机理
从燃烧条件可以看出，切断燃烧三个要素中任一因素可阻止燃烧。在可燃材料的表面覆盖有不可燃或难燃的涂层，以防止与空气接触，使可燃材料的表面变成不可燃。例如，当遇到高温时，涂有硼化物的基材表面玻璃化，可隔离空气、火焰和热量；另一方面，硼化物含结晶水，受热分解成水蒸气，稀释并降低可燃气体浓度，从而推迟温升，提高耐火极限，达到防火目的。从燃烧蔓延方式可看出，防止燃烧蔓延，必须隔离被保护对象的传热途径。在涂料中加入铝的氢氧化物等无机添加剂，当火灾达到添加剂分解温度时，会急剧分解，在脱水过程中吸收部分燃烧热量，降低系统温度，同时，大量的水蒸气也能抑制烟气的形成。从阻燃原理可知，为了实现涂层本身的阻燃性或不燃性，可在涂层中加入阻燃剂，以提高涂层的阻燃性。还可以将具有阻燃性能的元素与有机高分子分子连接起来，实现成膜材料的阻燃。无机胶粘剂也可用作成膜材料，以达到涂层的不燃性。
3 隧道防火涂料改良方向与试验方法
为满足不同环境和用途需要，对隧道防火涂料进行改进，使其系列化。
3.1改良方向
①高强抗裂隧道防火涂料：通过改变隧道防火涂料中粘合剂、干燥剂和分散剂的含量，制备出粘结强度高、抗裂性好的隧道防火涂料。
②防水隧道防火涂料：隧道渗水是至今没有得到很好解决的难题。因此，隧道防火涂料的研制中还需兼顾涂料耐水性能。
③抗冻性隧道防火涂料：在高纬度、高原和高山地区的隧道中，对隧道防火涂料的抗冻性要求更高。④超长耐火极限隧道防火涂料：涂层厚度为20mm 的隧道防火涂料的耐火极限为120min，但在如海底隧道等特殊隧道对防火涂料的耐火极限要求更高，因此有必要开发更高效的阻燃体系。
⑤绿色环保隧道防火涂料：针对隧道环境下通风差和疏散难特点，有毒有害气体释放量是国标中一项严格的指标要求。
3.2试验方法
①粘结强度测试：依据《混凝土结构防火涂料》（GB28375- 2012）规定，按照JG/T24- 2000 标准，在70mm×70mm×20mm砂浆块上铺设塑料框架，用防火涂料填充40mm×40mm 框架，抹平去框后室温养护14d，并沿试件表面垂直方向放置在拉力试验机上，按拉伸速度5mm/min 测定粘结强度，每组5 个试样。②耐火性能测试：将涂料涂覆在200mm×140mm×10mm的水泥石棉板上，涂层厚度10mm。常温28d 养护后，按标准碳氢曲线在GJL- 2 型小型耐火试验炉上升温，对水泥石棉板背火面温度每隔1min记录1 次，直至温度达到250℃。由于水泥石棉板背火面温度与耐火极限存在一定的关系，即升温至相同温度所需的时间越长，涂料耐火极限越高。因此，根据水泥石棉板背火面温度，可推断涂料的耐火极限。③XRD 测试：将水泥燃烧前水化样品及燃烧后冷却样品研细制样，利用日本理学DMAX- RB 型X-射线衍射仪对其进行XRD 分析。
4 隧道防火涂料的发展趋势
涂料行业正朝着“五个E”方向发展，即提高涂料质量、施工方便、节约资源、节能、生态环保[8]。因此，今后隧道防火涂料发展方向为：①开发超薄膨胀型或无机轻质膨胀型隧道防火涂料，以避免涂料设计厚度过大的缺陷；②研制水性和环保型隧道防火涂料，在生产、施工或燃烧过程中，力求减少或避免环境污染和人身伤害；③水性隧道防火涂料初凝时间和粘结性能受水冻结的影响，需要进一步完善；④在涂料中添加高性能增强材料，保证涂层能长期耐火隔热，膨胀后不脱落，在地下工程防水、装饰、降低成本等方面不断发展；⑤应重视隧道防火涂料性能研究，同时应关注施工工艺的改进；⑥进一步拓展隧道防火涂料应用范围，例如大型地下停车场、车库等场所。
