板材防火

1.1研究背景近年来随着国内经济稳定增长及科技进步，建筑业蓬勃发展，促使建筑物向规模大型化、集中化、立体化、构造特殊化、设备复杂化的趋势发展，工业、商业和民用建筑业中大量使用木材及易燃的材料，各种新材料、新结构也在建筑工程上大量使用，因此，建筑物内部不仅有动力、燃料、电源、火源等众多火险隐患，而且可燃材料分布广，预防火灾的要求愈来愈高，难度愈来愈大。由于各种原因引发的火灾，如果控制不及时，火势蔓延迅猛，扑救困难，使人民生命财产造成巨大损失。据报道[1-2],近年我国火灾事故频繁且呈上升趋势，1999年全国发生火灾39571起，死265．2人，伤5977人，直接经济损失11．2亿元：而2000年的火灾约为40000起，死约2800人，伤约4000人，直接经济损失约12亿元。由此可见，一旦发生火灾，往往造成严重的人员伤亡和财产损失，其后果影响很大，因而预防火灾也越来越引起人们的重视。鉴于此，专家们呼吁要尽量采用不燃、难燃的建筑装饰材料，如采用易燃和可燃材料，则应对材料进行阻燃处理。为了防止火灾事故的发生，切实贯切消防工作“预防为主，防消结合”的方针，国家制定了相应的法规，应用防火涂料和阻燃材料以防止火灾发生，显得越来越重要，越来越迫切。从我国现阶段建筑防火的水平来看，绝大多数易燃建筑材料均未经过难燃化处理，如公共娱乐场所建筑由于内部装饰材料选用不当，过多采用木材及易燃材料，其表面未经阻燃防火处理，因而在实际的建筑种存在着大量的火灾潜在威胁。木结构建筑在我国历史中源远流长，时至今日，仍在我国建筑中占有较大比例，尤其是少数民族的聚居地。木结构具有结构轻、施工工期短、防震性能好等优点，但其火灾隐患也非常大。[8]木结构古建筑的建筑构件大多采用松、杉柏香樟等含油木质材料制作，木材用量多，火灾荷载大，而且年代久远，特别是寺庙建筑常年香火缭绕，木构件极为干燥，加之表面涂刷油漆，火灾时，燃烧猛烈，火场中心温度可达1200度以上。木结构古建筑发生火灾时，火势发展快，由于古木建筑本身的构造特征和环境及建筑本身原因，极易造成全面燃烧。同时，由于大多数木结构古建筑相互毗邻，通廊相连，火势一旦突破着火建筑门窗会引起延烧，强烈的热辐射也能导致毗邻建筑着火。木结构古建筑发生火灾后，其倒塌的规律一般是屋顶首先倒塌，墙柱后塌。这是由于古木建筑火灾首先是垂直向上蔓延，且其屋顶的屋架、桁、檩等构件截面积较小，而柱、梁截面积较大。火灾时，古木建筑整体倒塌的时限持续时间较长。木结构古建筑不仅自身价值无法估量，而且其室内通常还珍藏有大量经典、书画、匾额等各类古代艺术珍品。火灾时，木结构古建筑本身及室内文物极易受到破坏，甚至直接被大火烧毁，而且用水扑救还会使木构件加速腐朽，忌水的文献史料、泥塑、唐卡、壁画等也会遭受损坏。[9]对现代建筑发展而言，木材作为一种可持续供给的自然资源，凭借其绿色环保和节能减排等对环境友好的优势，在建筑结构设计中获得越来越多的青睐。而新的建筑方法和设计工具的使用，更使木结构成为一种高效的建筑方式，能提供良好的性价比。木结构的应用范围，正在从传统的低层、单（双）户为主的型式，向多层（甚至高层）和多户的型式发展和转化。然而，木材是可燃的，火灾危险性始终是制约木结构在多层建筑中应用的最主要原因。[10]对木结构的防火保护，其实质是木结构构件的防火保护。从古至今，人们在一直研究和探求有效地保护木结构建(构)筑物免受火灾侵扰的途径。曾采用过的主要方法有粘土饰面防火保护、板条抹灰或钢丝抹灰饰面防火保护、采用水泥砂浆或混凝土防火保护、防火板材对木构件的防火保护等。为了进行古木建筑的防火保护，同时兼顾建筑形象及方便火灾后的维护修复，有关专家建议选用防火板材作为古木建筑和一般有防火要求的室内装饰用防火材料，而不用防火涂料这种保护方式。1.2国内外防火板材研究现状采用耐火防护材料将建筑构件包封屏蔽，是一种最早采用且行之有效、因而发展极快的防火手段。这种包封材料由最初的混凝土、耐火砖或钢丝网抹耐火砂浆等重质、结构笨拙的材料，发展为石膏板、蛭石板、珍珠岩板等轻质建材，防火板材由此产生。近几十年来，国内外在防火板材方面做了许多研究工作，有一定的研究基础，有些方面已取得了较大的进展。国外对防火装饰板的研究和应用始于20世纪60年代早期。60年代中期，日本、美国等国家的有关防火及限制噪声法规的出台，进一步促进了防火装饰板产品的发展。1966年，日本岩棉吸声材料国家标准（JISA6303—1966）颁布，标志着矿物棉防火装饰板生产技术已趋于成熟。在美国、日本、瑞典及前苏联等国家，传统的吊顶材料绝大部分被防火装饰板所取代。美国的Armstrong、USG、Celotex、占土公司，日本的Nittobo、Daiken、松下公司，瑞典的Jungers公司，由于研制、生产防火装饰板时间长，生产规模大，产品性能稳定，成本低廉，其产品远销世界各国，代表了当今世界先进的防火装饰板生产技术，它们主要生产石膏类、蛭石类、硅酸钙类、纤维增强硅酸钙类、矿物棉类等几类材质的防火板。20世纪90年代末，国外防火装饰板进入中国市场并得到应用，代表性的产品有：新加坡的硅钙装饰板（ProminaCalciumSilicateBoards）、英国的多功能复合材料防火板（masterboard）、比利时的埃特板材、保全防火板PROMATRN等。国内防火装饰板的研制和应用晚于国外。20世纪80年代，国内许多厂家、研究单位开始了防火装饰板的研究工作，如南京玻纤研究院、中国新型建材工业杭州设计研究院、江苏恒达矿棉板厂、北京建材制品总厂等。在很长一个时期内，人们虽然研制和生产出许多防火板材，但一直都很不理想，许多防火板都或多或少地存在一些问题，如防火效果差、防水性能差、质脆、强度低而影响其应用性能；并且由于生产工艺复杂、生产周期长、造价高、施工方法繁琐以及环境污染大等原因，使得防火板没有能够得到大面积的推广应用。近年来，随着国内建设事业的不断发展，各种建筑场所对使用防火板作防火保护的要求也日益增加，需求量也越来越大，再加上公众对消防安全意识的加强，防火装饰板又掀起了发展高潮。我国防火装饰板从最初的混凝土、耐火砂浆材料，考虑解决好材料的防火性能和物理性能，基于这一思路，以改性特种水泥为基材的各种防火板相继问世。但是许多这种类型防火板的最大缺陷是普遍存在返卤问题，即一遇阴雨天，板材表面就出现潮湿现象，使得产品难以推广应用。国内也有单位正在致力于这方面的研究，较好地解决了返卤问题。我国矿物棉防火装饰板的研制则较早，如北京建材制品总厂和国家建委建材研究院合作于1975年建成了国内第一条矿物棉防火装饰板生产线。1997年公安部四川消防研究所开展了不燃矿物棉防火装饰板的研究，将我国矿物棉防火装饰板的燃烧等级由难燃（B1）级提高到不燃（A）级，满足了GB50222—1995《建筑内部装修设计防火规范》的要求，为建筑防火安全提供了一项新产品，填补了国内空白，但在产品的耐湿性、低密度等方面还有待提高。近几年来，建筑物的内装修都采用钙塑板、铝塑板、PVC泡沫塑料、胶合板、纤维板、刨花板、纸面石膏板等。其中，各种类型的无机防火板以其优良的防火性能、高温抗变形性能，防虫蛀、成本低廉等优势，成为该领域的主要产品，发展至今，已成为建筑材料产品中的主要部分，在防火建材产品中占有相当大的比例。国内目前研究、生产和使用比较广泛的防火板主要可分为以下几类：（1）矿棉板、玻璃棉板。该类板材主要以矿棉、玻璃棉为隔热材料，其本身不燃、耐高温性能好、质轻，但不足之处有：①短纤维对人体呼吸系统会造成危害；②板材强度差；③板材对火灾烟气蔓延的阻隔性能差；④装饰性差；⑤安装施工工作量大。因此，该种板材现已大部分演变成以无机粘结材料为基材，矿棉、玻璃棉作为增强材料的板材。（2）水泥板材类。水泥板材强度高，原料来源广泛，过去常用它作防火吊顶和隔墙，但其耐火性能较差，在火场中易炸裂穿孔导致失去保护作用而使其应用受到一定限制。加气混凝土出现后，不仅使水泥混凝土构件本身质量变轻，并且其隔热、隔声性能显著提高，不但可作为隔墙，还可作屋面板。近年来，陆续出现了纤维增强水泥板等改进品种，具有强度高、耐火性能好的优点，但韧性较差、碱度大、装饰效果较差。（3）珍珠岩板、漂珠板、蛭石板材。这类板材是以低碱度水泥为基材，珍珠岩、玻璃微珠、蛭石为加气填充材料，再添加一些助剂复合而制成的空心板材。具有自重轻、强度高、韧性好、防火隔热、施工方便等特点，可广泛应用于高层框架建筑物分室、分户、卫生间、厨房、通讯管等非承重部位。（4）防火石膏板材。从石膏的防火性能被广泛接受以来，以石膏为基材的防火板材发展很快。该板材原料来源丰富，便于工厂定型化生产。在使用中，它自重较轻，可以减轻建筑承重，可用作隔墙、吊顶和屋面板等，且加工容易，可锯可刨，施工方便，可缩短施工工期，装饰性能较好。但它的抗折性能较差。该板材主要成分是不燃的，并且组成中含有结晶水，有助于提高提耐火性能，所以其总的耐火性能较好。但除了组成成分，使用方式也会对石膏板的耐火性能造成影响：如板的类型、龙骨种类、拼装方式、拼缝处理、板的厚度、空气层中有无填料等。最近几年又出现了硅钙石膏纤维板、双面贴纸石膏防火板等新品种。（5）硅酸钙纤维板。这种板材是以石灰、硅酸盐及无机纤维增强材料为主要原料的建筑板材，不含石棉，板材质量轻、强度高且隔热性、耐久性、隔音性能好、可任意锯断或切割，加工性能与施工性能优良、可在板材上任意进行涂刷涂料、粘贴装饰面等特点，板材在高温中生成的晶体结构，与非晶体结构的建材相比，不会随时间的推移而发生变质或变形。主要用于制作天花板、隔墙以及作为钢柱、钢梁的防火保护材料。但板材强度和弯曲性能还有待提高。（6）氯氧镁防火板材。这种板材属于氯氧镁水泥类制品，是一种被称为镁质不燃性无机复合板或玻镁平板的新型防火装饰建材，以氯氧镁水泥为主体胶凝材料、网状玻璃纤维布为增强材料、轻质保温材料为填充物复合而成，能满足不燃性要求。具有良好的机械强度，可塑性、粘和性、弹性较好、耐酸碱、防蛀，且能有效地阻隔音波和保湿而得到广泛重视，是一种新型环保型板材。自20世纪60年代起，国内就将菱镁矿作为原材料制得氯氧镁水泥防火板，但板材存在强度低、易弯曲变形、返卤泛霜、渗水吸潮等问题，未能得到广泛运用。近年来随着复合材料的推广应用，已有人开发出氧化镁复合板，如以多层纤维布与经过改性镁质胶凝材料粘结复合而成等。优质改性氧化镁复合板具有如下优点：防火阻燃、防水防潮；防腐、耐酸碱；隔热性极佳，吸音效果好；轻质高强；表面平整，可再进行表面装饰；可随意切割，施工方便。但是板材价格较高，弯曲性能不好，防水性能很差，遇到高湿天气时，这种材料表面会吸湿，而返卤返霜、翘曲变形严重影响它的装饰性能和使用范围。该类防火板主要用于钢结构防火保护板、防火封堵等。1.3防火板材的基本要求和防火原理及发展趋势防火板又名耐火板，学名为热固性树脂浸渍纸高压层积板，英文缩写为HPL是表面装饰用耐火建材。对于无机防火保护板材来说，除了保持板材整体的完整性和不炸不裂之外，关键还应具有良好的高温隔热性能。要获得良好的隔热性能，应合理地选择材料的组成，控制好材料的容重，并尽可能使材料结构内部形成封闭的微气孔，以增强隔热能力。此外，增强板材的蓄热能力，对板材结构进行合理的设计等都有利于增强防火隔热性能。无机防火板材是一种新型防火保护材料，除了具有优异的防火性能外，近年来朝着质轻，高强度，高耐火性能方向发展。目前市场上出售的防火板，一般都属于B1级，即难燃性。按照防火规范要求，住宅楼和办公楼的内部装修，其吊顶、墙面、地面、隔墙等，都应当采用B1级即难燃性建材，不应当采用B2级可燃性建材，更不应采用B3级易燃性建材。在建筑内部装修中，采用A级的不燃性建材和B1级难燃性建材，可以有效的预防火灾。过多的采用可燃性或易燃性建材，则容易发生火灾，而且万一发生火灾时，火势凶猛，燃速极快，生成大量的浓烟毒气，危及生命财产安全。可一些可燃建材或难燃建材中，虽然阻燃较好，但不防水。例如矿渣棉板、石膏板等。这种建材，常