胶粉掺量对隧道防火涂料密度和黏结强度的影响

郑美军1， 2，刘俊权1，代隆军1
（1.山西省交通科学研究院，山西太原030006；2.黄土地区公路建设与养护技术国家交通行业重点实验室，山西太原030006）

十一五期间，伴随着我国高等级公路的快速发展，我国已成为世界上隧道和地下工程最多，隧道建设发展速度最快的国家之一。隧道防火涂料是专门针对隧道内壁及拱顶在火灾中免受烧损而专门设计的一种特种涂料，它主要由黏结剂、耐火填料、发泡材料和助剂等多种材料组成。黏结剂是防火涂料中的重要组成部分，其用量约占涂料总体积的35%～40%，常用的黏结剂有苯丙、醋丙、EVA、582 树脂、水玻璃等；黏结剂的选择关系着防火涂料成本、阻燃性能及发生火灾时涂料本身烟气散发状况等多种因素。文章以胶粉作为黏结剂，重点分析了胶粉添加量对防火涂料性能及成本的影响，为今后胶粉在防火涂料中的应用研究提供指导。

1.1 原材料
隧道防火涂料：本实验采用山西省文远建筑技术有限公司生产的JKSH25 型隧道防火涂料，其性能指标见表1。胶粉：采用山西三维集团生产的可再分散性胶粉，该胶粉在与水接触后能迅速还原成乳液，并保持与初始乳液相同的性质，水分蒸发后形成的膜具有高柔韧性、高耐候性和黏结性能强的特点。

1.2 实验方案
黏结剂主要影响防火涂料的密度和黏结强度。本实验所采取的隧道防火涂料，以胶粉为黏结剂主要成分之一。因此重点考察胶粉添加量对防火涂料密度和黏结强度的影响。
（1）向涂料添加一定量的胶粉，加水搅拌均匀。加到事先准备好的70×70×70 mm 模具中，用小铲捣弄均匀，并抚平表面。常温下养护7 天，拆掉模具，在60 ℃烘箱中加热5~6 h，称量其质
量，并计算出密度。
（2）将配好的涂料均匀涂抹在40×40×40 mm 的模块表面上，涂层厚度为3 mm，在常温下养护1 天，用对接接头接好，测定其黏结强度。

2 实验结果与分析
本实验设定的胶粉掺量分别为：0.5%、1%、1.5%、2%。每组实验历时1 周。
2.1 胶粉掺量对密度的影响
黏结强度是隧道防火涂料最重要的几个性能之一，黏结强度的大小直接影响到防火涂料在隧道中的应用，对隧道安全具有重要作用。

由表2 中数据可以看出，添加胶粉之后，密度大大增加，且随着胶粉掺加量的增加，密度呈现递增趋势。规范中规定防火涂料密度上限是800 kg/m3，表2 中数据只有第一组符合标准。其原因在于胶粉具有可再分散性，加水之后胶粉迅速溶解，形成乳液，与防火涂料搅拌均匀之后，乳液均匀分布，形成一个涂料———胶粉- 水的稳定体系，导致水分较难蒸发，从而增大了密度。

2.2 胶粉掺量对黏结强度的影响
表3 中数据说明，加入胶粉之后，防火涂料的黏结强度随着胶粉掺加量的逐渐增加而下降，且在1.0%处发生突变，黏结强度急剧下降。根据规范中对黏结强度指标的要求，表3 中第1、2 组实验结果符合要求，其原因是胶粉的主要成分为醋酸乙烯和乙酯的共聚物，当添加量在0.5%~1.0%时，胶粉溶于水中可以均匀分散到其他不溶组分的周围，等水分蒸发后可以很好地把不溶组分包裹从而达到黏结的效果；当胶粉量在继续增加的过程中，加水后，胶粉在其他不溶组分周围的含量就会增加，导致其他不溶项的距离增大，而醋酸乙烯和乙酯共聚物的分子链段比较柔软，在水分蒸发后胶粉的柔韧性恢复，使得随着胶粉量的增加出现了其黏结强度下降的现象。

3 结论
通过胶粉添加量对隧道防火涂料的密度和黏结强度的影响分析，得出结论如下：
（1）胶粉作为主要黏结剂成分之一，配制而成的隧道防火涂料具有较好的性能，符合国家标准。
（2）胶粉可提高隧道防火涂料的密度，且增加幅度较大；随着胶粉添加量的增加，密度呈递增趋势，超过0.5%时，密度超过800 kg/m3。
（3）胶粉可降低隧道防火涂料黏结强度，随着胶粉添加量的增加，黏结强度在某一点突变，急剧下降，随后略有增加。超过1%时，黏结强度小于0.1 MPa。
（4）4 组试验中，胶粉最佳添加量应为0.5%；由于添加的胶粉可提高隧道防火涂料密度，降低黏结强度，因此对已经成熟的防火涂料产品而言，无需添加胶粉进行性能优化，胶粉添加量越大，反而会起到更大的副作用。