防火材料介绍.doc

这是一篇对防火材料在幕墙设计中的应用有深度研究的论文，既有实用价值，也可供相关规范修订时参考。作者是位有心人。 1 前 言 在建筑幕墙设计中根据建筑消防的需要会使用到很多种防火材料，如防火玻璃、防火涂料、防火铝塑板、防火密封胶等。虽都称为防火材料，但各自的防火作用与防火能力却是大不一样，如防火玻璃可做防火隔断并起到防火的作用，如采用防火铝塑板单独作为面板材料做成防火隔断，耐火时间可能不会超过30分钟。这是因为防火铝塑板只是一种难燃的装饰材料，没有很好的耐火性。 因此，正确地理解各种材料防火的意义，全面地了解防火的作用，是我们正确地选用防火材料的关键。本文将就建筑幕墙设计中常选用的防火材料作探讨。 2 防火材料的几种分类 2.1 几条消防术语 在选用防火材料的过程中，容易混淆“防火”的第一个原因是我们对消防的术语不清楚，往往此“防火”并非彼“防火”。下面是几个应注意的消防术语： 防火：防止火灾发生和（或）限制其影响的措施。 表明防止火灾的发生可称为“防火”，限制火灾造成影响的措施也可称为“防火”。可见“防火”这一概念在消防中的范围是极其广泛，单从防火两字很难表明其防火作用。 阻燃：对材料添加物质或进行处理以抑制其燃烧、或显著减弱或延缓其在燃烧时火焰的扩展。如防火涂料的防火作用就是阻燃。 防火性能：是指暴露于火中的材料、产品和（或）构件，发生物理和（或）化学变化或保持原有的性能。 燃烧性能：是指材料和（或）制品遇火燃烧时所发生的一切物理和（或）化学变化。也就是对火反应特性。 材料对火反应特性主要包括：不燃性、着火（点着）性、火焰蔓延性、放热性、发烟性、烟气毒性等。我国采用ISO/TC92制定的对火反应试验方法标准。对火反应试验方法是一种人为的设计模型，测试参数单一，不能与实际火灾等同；实际火灾的燃烧情况是一种复杂的综合作用，有多种因素的影响，包括材料数量、所处部位及环境等因素。所以评价材料的燃烧性能不能直接反映火灾实际危险性。 耐火性能：是指建筑构件、配件或结构在一定时间内满足标准耐火试验的稳定性、完整性和（或）隔热性的能力。 耐火极限：指在标准耐火试验条件下，建筑构件，配件或结构从受到火的作用时起，到失去稳定性、完整性或隔热性时止的这段时间。 2.2 防火材料的分类 从对“防火”这一消防术语的理解，防火材料可分为两大类，一类是防火型防火材料，即以防止火灾的发生为目的的防火材料，一般以材料的燃烧性能进行评价，如防火板、防火铝塑板。另一类是措施型的防火材料，即以限制火灾造成影响措施为目的的防火材料，常以阻燃性或耐火性能进行评价，如防火涂料、防火玻璃等。 防火型的防火材料，按照建筑材料燃烧性能分级方法(GB8624-1997)，根据材料对火反应的程度分为，如表1： 1不燃材料； 2难燃材料； 3可燃材料； 4易燃材料。 防火型的防火材料燃烧性能分级 表1 级别 名 称 材料特性描述 A 不燃材料 它们在火中不会燃烧，大部分不会产生塑料形变，不会释放出有害的烟和气体。它们具有最好的防火性能。 B1 难燃材料 指不容易被点燃和产生持续燃烧的材料。在火灾初期，它们的燃烧量较小，会出现一些烟和气体，但不会很大影响人员的避难逃生。 B2 可燃材料 在燃烧时发生的烟和气体较多，材料会出现部分融溶现象。但只要适当限制它们的使用面积，则它们产生的危害是有限度的。 B3 易燃材料 它们极易被点燃，并且燃烧速度十分快，可释放出大量的浓烟和有毒气体，它们产生的危害是很大的。 措施型的防火材料，根据不同的防火材料产品，有着相对应的试验分级标准，如建筑用安全玻璃 防火玻璃（GB15763.1-2001）是专门针对玻璃防火的评价标准，防火封堵材料性能要求和试验方法（GA 161-1997）是针对封堵材料的而编制的，钢结构防火涂料通用技术条件（GB14907-2002）则是钢结构用防火涂料的专用规范等。 3 防火玻璃 防火玻璃，其在防火时的作用主要是控制火势的蔓延或隔烟，是一种措施型的防火材料，其防火的效果以耐火性能进行评价。 3.1 防火玻璃的分类 防火玻璃是一种在规定的耐火试验中能够保持其完整性和隔热性的特种玻璃，按耐火性能等级分为三类，如表2。 防火玻璃耐火性能分类 表2 类别 特 性 主要用途 A类 同时满足耐火完整性、耐火隔热性要求的防火玻璃。 此类玻璃具有透光、防火（隔烟、隔火、遮挡热辐射）、隔声、抗冲击性能适用于建筑装饰钢木防火门、窗、上亮、隔断墙、采光顶、挡烟垂壁、透视地板及其他需要既透明又防火的建筑组件中。 B类 同时满足耐火完整性、热辐射强度要求的防火玻璃。 此类防火玻璃多为复合防火玻璃具有透光、防火、隔烟特点。 C类 只满足耐火完整性要求的防火玻璃。 此类玻璃具有透光、防火、隔烟、强度高等特点。适用于无隔热要求的防火玻璃隔断墙、防火窗、室外幕墙等。 从结构上分，防火玻璃分为复合防火玻璃与单片防火玻璃。 3.2 复合防火玻璃 复合防火玻璃是一种在两片透明夹层玻璃之间灌注一种可遇火发泡膨胀的无色透明的特殊耐火化学物质，经硬化后制成。根据灌注化学物质的不同，复合玻璃可做成A类或B类防火玻璃。 当火灾发生时，灌注固化在防热辐射型复合防火玻璃中间的特殊透明化学物质大量地吸收火焰中的热量而发泡膨胀，同时变成不透时的白色，从而阻止玻璃迎火面火焰的热辐射向背火面传递，并在一定程度上降低迎火面向背火面传递热量。在此过程中玻璃整体保持完整，形成一个可以阻隔火焰、烟雾和燃烧产生毒气扩散与蔓延的屏障。 复合防火玻璃在紫外线长期照射下会变成乳白色及产生汽泡，失去玻璃的透明功能。因而不太适合在外墙上使用，但对于有耐火隔热性要求和防热辐射要求的防火隔断中采用。 3.3 单片防火玻璃 单片防火玻璃是将普通浮法玻璃经物理、化学处理工艺钢化而制成，因此具有良好的耐温性能和抗热炸裂性。遇到火灾时，在一定的耐火时间内不会炸破，从而可以隔断火焰和烟气。从这个意义上说，它具有防火功能，属C类防火玻璃。但是，它受热同时具有的较高的热辐射照度，着火的一侧的热量会很快地辐射到背火的一侧，直接影响到背火侧的防火，使它的应用受到较大的限制。严格地讲此类防火玻璃称为“隔烟玻璃”要更恰当些。 3.4 防火玻璃的应用 自国内单片防火玻璃批量生产以来，防火玻璃得到了更加广泛的应用，但使用时有几点必须注意： 1选用防火玻璃前，要先清楚由防火玻璃组成的防火构件的消防具体要求，是防火、隔火还是隔烟，耐火极限要求等。 2防火玻璃的耐火极限与板块的大小关系密切，不能简单地以供应商的资料进行简单地认定。防火玻璃的耐火极限是根据建筑用安全玻璃 防火玻璃（GB 15763.1-2001）标准，测试样件的最小规格为1100600mm。防火玻璃属于刚性脆质材料，其耐火性能很大程度上取决于玻璃尺寸。尺寸越大，耐火性能越低。 3防火玻璃不能象普通平板玻璃那样用玻璃刀切割，必须定尺加工。 4选用防火玻璃组成防火构件时，除考虑玻璃的防火耐久性能外，其支承结构和各元素也必须满足耐火的需要。 4 防火铝塑板 防火铝塑板金属幕墙中常用的一种建筑材料，其防火主要是材料本身难燃烧，是防止火灾发生的防火材料，即防火型的防火材料。燃烧性能是其评价指标，常用的防火铝塑板可达到GB8624-1997B1级标准。 4.1 火铝塑板的生产工艺 防火铝塑板是由阻燃型塑料（聚乙烯）芯材两面复合表面施加装饰层或保护层的铝板构成。主要采用的热贴工艺生产，生产时采用高分子膜或其他胶结材料作粘结材料，通过加热共挤加工，将铝板和塑料复合在一起形成，该工艺能保持生产连续，自动化程度高，产品质量稳定性好，为目前国内绝大多数企业采用。 4.2 防火铝塑板的阻燃机理 普通的铝塑板目前绝大多数板材都是以聚乙烯塑料为芯材，在高压、放热、放电等条件下极易引发火灾，为了使铝塑复合板成为难燃或不燃装饰材料，就必须对塑料芯材进行高效阻燃，才能制成防火安全性较高的防火铝塑板。提高铝塑板芯材阻燃的方法常用的有如下三种： 1提高材料芯材本身的氧指数。建筑材料的氧指数一般随温度的升高而下降，氧指数OI26的建筑材料为可燃性材料，氧指数OI26的材料为难燃性材料。普通聚乙烯氧指数仅为17.4，属可燃材料。提高其氧指数可达阻燃目的。 对聚乙烯芯材的阻燃可以采用共聚法即在聚乙烯树脂的分子链上通过共聚反应引入X、P、N等原子，在塑料燃烧分解时产生的HX、NH3等能稀释断链产生的小分子烯烃、烷烃的密度，抑制燃烧反应的进行；接枝法即将阻燃性好的单体通过接枝反应与易燃塑料的分子链上以提高其阻燃性；交联法即将呈线性分子链的聚乙烯(PE)塑料通过交联反应在分子链间形成网状结构来达到提高材料OI的目的。 2混入阻燃添加剂，使其燃烧产物能起到隔绝空气与可燃气体的作用，提高产品的整体阻燃性能。目前普遍的阻燃添加剂为卤系添加剂。 3添加金属氢氧化物阻燃剂。该方法是目前铝塑复合板芯材的一种最有效阻燃技术。金属氢氧化物如A1(OH)3、Mg(OH)2添加在树脂中，在200C以上的温度下吸热脱水，可以带走产生的燃烧热，其脱水生成的氧化物在材料表面形成一道坚固致密的阻燃屏障，起到绝热防护作用，从而降低燃烧速度、防止火焰蔓延，达到抑制燃烧的目的。 4.3 防火铝塑板的应用 防火铝塑板作为一种难燃的装饰材料，具有外表美观、颜色持久、重量轻、强度高、适温性强、防火性好、耐酸性强、隔音性好、易保养、清洁简便等特点在建筑内外装饰中得到了广泛的应用。 根据现行国家标准建筑内部装修设计防火规范（GB5022295）表3.2.1“单层、多层民用建筑内部各部位装修材料的燃烧性能等级”，表3.3.1“高层民用建筑内部各部位装修材料的燃烧性能等级”，表3.4.1“地下民用建筑内部装修材料的燃烧性能等级”中规定，防火铝塑板可用于规范规定的采用A级以外的装饰装修部位。 值得注意的是，防火铝塑板仅为装饰材料，可从一定程度上防止火灾的发生，一旦火灾发生其耐火性能并不能满足较高消防的需要。因此，防火铝塑板不可作为具有耐火极限要求的建筑构件材料使用，如有耐火要求的防火隔断等。 5 防火涂料 防火涂料的防火是利用涂料在火灾时的化学反应,对所涂覆的结构或构件起到隔热保护作用,从而保持结构的完整性。防火涂料是一种措施型的防火材料。 5.1 防火涂料分类与特性 防火涂料的种类繁多，根据其对火的反应分为膨胀型防火涂料与非膨胀型防火涂料；根据涂料的特性分为水性防火涂料与溶剂型防火涂料；根据涂料使用的基材不同分为钢结构防火涂料、饰面型防火涂料、电缆防火涂料、水泥、混凝土基材的防火涂料等。 5.2 防火涂料的防火性能与机理 防火涂料涂覆在基材表面后，一般可对基材的耐火能力得到很大的提高。如在钢结构构件中使用防火涂料后，可使钢结构构件的耐火能力从15分钟提高到2小时；在木结构构件中使用防火涂料后，可大大提高抗烧性能，当涂层厚度为1mm时，耐火极限可达30分钟；电缆喷刷防火涂料后，提高了电缆的抗烧能力。 防火涂料通过其对火的反应提高基材的耐火能力，主要采用如下三种方法： 1隔绝可燃基材与空气的接触； 2释放惰性气体抑制燃烧； 3膨胀形成碳质泡沫隔热层。 5.3 防火涂料的应用 防火涂料具有上述优越的防火性能，受到了广大用户的欢迎，在很多的工程中得到了广泛的应用。但由于防火涂料品种多，性能各异，在使用上如不全面了解很易造成错误而达不到预期的效果。下面是防火涂料选用应注意的几个问题，供大家选用防火涂料时参考： 1注意防火涂料适用的基材。如不能将用于木结构的防火涂料用于钢结构上。 2区分水溶性涂料与溶剂性防火涂料的应用。钢结构防火涂料有两种：溶剂型防火涂料和水性防火涂料。从附着力角度比较，溶剂型大于水性，因此，对用于室外的钢结构应采用溶剂型防火涂料，室内钢结构可使用溶剂型或水性防火涂料。 3注意防火涂料的毒性。有些防火涂料在与火反应时产生毒气，应谨慎选用。 4对有隔热要求时，应选用膨胀型的防火涂料。如钢管中穿电缆时，对钢管的耐火能力提高的同时不能忘记隔热的需求。 5耐久性问题，国产防火涂料选用的成膜剂大多为丙烯酸乳液、过氧乙烯树脂、氨基树脂等，这些成膜剂与防火组份构成防火涂料后导致防火涂料防火性能耐久性差。 6装饰性问题，现在的饰面型防火涂料涂层较薄且具有一定装饰效果，但从室内装修的角度看，其装饰性有较大的距离。 6 防火密封胶 防火密封胶是一种封堵用的密封材料，具有密封与防火的双重性能，属于措施型防火材料。 6.1 防火密封胶的防火评价 防火密封胶是一种高分子的塑胶材料，因而对其防火等级的评价常采用塑料燃烧性能试验方法氧指数法（GB/T2406-93）、塑料燃烧性能试验方法水平法和垂直法（GB/T2408-1996）。 氧指数指在规定条件下，固体试样在氧、氨混合气流中，维持平衡燃烧所需的最低氧含量，以氧所占的体积百分比数值表示。采用氧指数（OI）评价时，应用GB/T2406-93进行样品试验，计算确定氧指数。材料的氧指数(OI)与其阻燃性的对应关系如下：OI23可燃，OI在2428之间稍阻燃，OI在2935之间为阻燃，OI36为高阻燃。 采用GB/T2408-1996进行评价时，密封胶一般采用垂直法进行试验，按试验效果从高到低分为FV-0，FV-1，FV-2三级。 对密封胶的燃烧性能定级，虽有两个标准可选用，是同时采用还是只选用其一尚未明确规定。但建筑内