第2章 防火材料(2014.3.17)

建筑防火材料主讲：戎志丹2014.03.17•教学目的与要求：了解：常见材料类型、未来发展趋势熟悉：火灾特性掌握：燃烧原理、防火机理、常规检测项目•难点与重点：燃烧原理、防火机理•讲授课时安排：2课时章节要求•学习要求：»笔记（重点和难点）»阅读最新文献节能减排是中国政府近年来的工作重心之一。外墙保温层改造就是在此背景下为实现建筑减排而上马的措施。有机保温材料虽然极易燃烧引起火灾，但由于良好的节能效果，仍被推到了前台。EPS和XPS仍易着火易滴溶。PU材料可自熄，但温度达到一定程度后就难以熄灭。更为要命的是，PU泡沫材料着火，还有烟雾大、毒性大的弊端，人吸入几口就会死亡。即便是加入了阻燃剂，当遇到大火高温的时候，阻燃剂自己也会被烧掉，聚氨酯（PU）毒性也就被释放了出来。上海大火的多数死者，都是因为吸入大楼外立面上大量聚氨酯泡沫保温材料燃烧所产生的氰化氢气体。有机保温致命缺点：易燃！国内的多宗大型建筑物火灾，都与有机保温材料不无关系。其中包括哈尔滨双子星大厦大火、济南奥体中心体育馆大火等。而最著名的2009年央视大火——当时“大裤衩”使用的外墙保温材料正是挤塑板（XPS）目前中国的建筑设计施工中，90％以上都采用了挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）、模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、硬质聚氨酯泡沫塑料（PU）等有机质绝热材料，作为外墙的外保温材料。有机材料优势明显在于造价较低，一般每平方米50元到80元，且保温性能好。保温产品如果不是无机材料，其防火性能就不会好。在保温材料上，有个两难困境：防火性能好的东西，保温性能就不好；保温性能好，很软、很松的东西，阻燃性就不好。建筑外保温系统采用：无机保温砂浆、无机干粉涂料等防火保温材料构成A级不燃无机活性墙体隔热保温系统，从根本上解决了外墙保温和防火的两难问题。解决方案物质的燃烧原理•燃烧Combustion：通常伴有火焰或生烟现象的物质的放热氧化反应。（i.e.有焰/无焰，生热/发光，化学过程）•火Fire：以放热为特点并伴随烟和火焰的燃烧过程。火的三要素热度氧气燃料火的四要素燃料热度氧气链反应RH+0.5O2R•+OH•建筑材料的火灾特性•燃烧性能•耐火极限•燃烧时的毒性•燃烧时的发烟性材料燃烧或遇火时所发生的一切物理、化学变化着火的难易程度火焰传播速度燃烧时的发热量在标准耐火条件下，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，通常用小时（h）来表示决定建筑物在火灾中的稳定性和火灾发展速度材料热分解产物对人体的毒害作用材料的燃烧产物对人体的毒害作用材料在燃烧或热解作用中所产生的悬浮在大气中可见的固体和液体微粒（固体微粒：碳粒子；液体微粒：焦油状液滴）燃烧性能按《建筑材料燃烧性能分级方法》GB86-1997级别名称分级标志A不燃材料GB8624(A)B1难燃材料GB8624(B1)B2可燃材料GB8624(B2)B3易燃材料GB8624(B3)建筑物构件的耐火等级：4级高层民用建筑的耐火等级：2级装修材料燃烧性能等级：4级娱乐场所、图书资料库和档案库内部各部位装修材料的燃烧性能等级有何异同？为什么？铺地材料热塑性塑料不燃性建筑材料：在空气中受到火烧或高温作用时不起火、不微燃、不碳化。如花岗石、大理石、水磨石、水泥制品、混凝土制品、石膏板、石灰制品、粘土砖、玻璃、陶瓷、马赛克、钢材、铝合金制品等。难燃性建筑材料：在空气中受到火烧或高温作用时难起火、难微燃、难碳化，当火源移走后，燃烧或微燃立即停止。如纸面石膏板、水泥刨花板、难燃胶合板、难燃中密度纤维板、难燃木材、硬质PVC塑料地板、酚醛塑料等。可燃性建筑材料：在空气中受到火烧或高温作用时，立即起火或微燃，而且火源移走以后仍继续燃烧或微燃。如天然木材、木制人造板、竹材、木地板、聚乙烯塑料制品等。易燃性建筑材料：在空气中受火烧或高温作用时，立即起火，且火焰传播速度很快。如有机玻璃、赛璐珞、泡沫塑料等。耐火极限的判定条件（三）失去绝热性1.标志：下列两个条件之一（1）试件背火面测温点平均温升达140℃；（2）试件背火面测温点任一点温升达180℃.2.建筑构件耐火极限三个判定条件：（1）分隔构件（隔墙、吊顶、门窗）：失去完整性或绝热性；（2）承重构件（梁、柱、屋架）：失去稳定性；（3）承重分隔构件（承重墙、楼板）:失去稳定性或完整性或绝热性（一）失去稳定性构件在试验过程中失去支持能力或抗变形能力（1）外观判断：如墙发生垮塌；梁板变形大于L/20；柱发生垮塌或轴向变形大于h/100（mm）或轴向压缩变形速度超过3h/1000（mm/min）；（2）受力主筋温度变化：16Mn钢，510℃。（二）失去完整性标志：出现穿透性裂缝或穿火的孔隙不燃？难燃？可燃？易燃？•氧指数oxygenindex•续燃时间continued-burningtime•阴燃时间hidden-burningtime•损毁长度charlength•平均燃烧时间•平均燃烧高度B1•平均燃烧范围B2……定性定量是在规定条件下，试样在氧、氮混合气流中，刚好维持发焰燃烧所需的最低氧气浓度，以氧所占混合气体的体积百分数表示。•氧指数＜22，易燃材料•氧指数22-27，可燃材料•氧指数＞27，难燃材料织物阻燃性能测试仪（垂直法）在规定的实验条件下，移开火源后材料持续有焰燃烧的时间在规定的实验条件下，当有焰燃烧终止后，或者移开火源后，材料持续无焰燃烧的时间在规定的实验条件下，材料损毁面积在规定方向上的最大长度不燃材料的火载为0材料的分级从不燃到可燃（A级和B级）(asperDIN4102part1.)建筑材料的分级在许多国家通常是将材料安装在构件上进行试验，然后根据试验结果进行分级B3B2B1A建筑材料燃烧性能分级另外有的情况下还附加毒性试验日本没有单独制定材料燃烧性能分级标准将材料燃烧性能划分为材料燃烧性能要求分布在《建筑基准法》中不燃、准不燃和阻燃（难燃）三个等级三个等级均可用锥形量热计测得的材料总热释放量和最大热释放量予以确定（不燃级也可用ISO1182试验方法替代，准不燃级和阻燃[难燃]级也可用ISOCD17431试验方法替代）考察材料的火焰传播指数和发烟指数，根据指数值分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级美国主要采用ASTME84试验方法国外材料燃烧性能分级情况材料燃烧性能分为A1、A2、B、C、D、E、和F七个等级欧盟颁布统一的分级标准前欧洲分为M0、M1、M2、M3、M4和M5六个等级法国分为不燃和可燃的0、1、2、3、4级英国分为A1、A2、B1、B2和B3五个等级德国虽然都是分为0、1、2、3、4五个等级，但所用的试验方法和判据完全不同荷兰和意大利欧盟颁布统一的分级标准后EN13501-1：2002《建筑制品和构件的火灾分级第一部分：用对火反应试验数据的分级》防火阻燃措施（防火机理）•降低聚合物的分解程度•减少从材料中高温分解出来的能够助燃的气体凝聚相阻燃气相阻燃中断热交换阻燃防火阻燃措施（防火机理）凝聚相阻燃气相阻燃中断热交换阻燃防火阻燃措施（防火机理）•加速聚合物的软化，流动，隔离膜，降低可燃性•涂层涂覆或在聚合物表面能形成碳化层，热屏障作用凝聚相阻燃气相阻燃中断热交换阻燃常用的防火材料防火板木质防火门防火木制窗框防火卷帘防火贮物箱防火玻璃防火涂料防火封堵材料（一）纤维增强硅酸钙板以粉煤灰、电石泥等工业废料为主，采用天然矿物纤维和其他少量纤维材料增强，以圆网抄取法生产工艺制坯，经高压釜蒸养而制成的轻质、防火建筑板材特点1.纤维分布均匀、密实性好2.较好的防火、隔热、防潮性能、不腐烂变质，不变形，耐老化3.表面平整光洁，加工方便适用范围：广泛用于工业和民用建筑的吊顶、隔墙级墙裙装饰，也可用于列车箱、船舶隔舱、隧道、地铁和其他地下工程的吊顶、隔墙、护壁等硅钙板（二）泰柏板强化钢丝焊接而成的三维笼为构架，阻燃EPS泡沫塑料芯材组成特点1.重量轻、强度高2.防火、抗震、隔热、隔音、抗风化，耐腐蚀的优良性能3.组合性强、易于搬运，适用面广，施工简便适用范围：广泛适用于高层多层工民建筑物泰柏板（三）矿棉防火装饰吸音板以不燃材料矿棉（岩棉）为主要原料，加入适当的粘结剂。防潮剂、防腐剂、增加剂等，采用湿法生产，经烘干加工而成特点1.化学稳定性好，无毒2.防虫蛀，不易腐蚀，不吸潮3.保湿隔热，阻止火灾蔓延适用范围：广泛适用于工业与民用建筑需要安装吊顶的场所矿棉防火装饰吸音板（四）膨胀珍珠岩装饰吸声板以珍珠岩为原材料，进行单独膨化，加入氟硅酸、水玻璃等添加剂，然后加压、干燥制成特点1.质轻、吸音2.耐水耐火，经久耐用3.憎水、防潮、施工方便适用范围：广泛适用于影剧院、礼堂、多功能厅、舞厅、客厅、写字楼、教室、车站、码头、候机楼、商场、宾馆、电子机房等建筑吸声吊顶膨胀珍珠岩装饰吸声板建筑防火涂料定义：施用于可燃性基材表面，用以降低材料表面燃烧特性、阻止火灾迅速蔓延，或是施用于建筑构件上，用以提高构件耐火极限的特殊涂料。分类按基材组成：按分散介质：按保护对象：按涂层厚度：按应用环境：按防火机理：无机（无机盐）、有机（合成树脂）水性、溶剂型钢结构、混凝土、饰面型防火涂料厚涂、薄涂、超薄涂室内、室外非膨胀型、膨胀型防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触而延迟物体着火和减小燃烧的速度。防火涂料除本身具有难燃或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。防火涂料受热分解出不燃的惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢。防火涂料的防火机理含氮的防火涂料受热分解出N0、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层，封闭被保护的物体，延迟热量向基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。阻燃剂的阻燃机理捕捉自由基吸收热量覆盖作用稀释作用转移效应增强效应防火封堵材料无机防火堵料有机防火堵料防火包阻火圈材料本身对于火的反应(易燃材料或不燃材料)材料是否可用作防火封堵材料是不同的两个概念水泥?是不燃材料，但用普通水泥遇火会收缩并产生裂缝，不能避免火和烟雾的穿过矿棉?是不燃材料，但是无法防止烟的穿过金属?是不燃材料，但遇火会迅速变形/失稳，用金属板封闭一个洞口显然不能起防火填塞的作用只有经过严格测试的材料才可以用作防火封堵材料！不燃材料不等于防火封堵材料！常见理解误区主动和被动防火系统的概念•被动防火就是用建筑材料阻止火灾的蔓延•防火分隔构件•防火门•防火封堵系统•…•主动防火定义为主动发现并扑灭火灾•消防员•水喷淋等灭火系统•火灾探测系统•…主动防火系统包含哪些主动防火系统火灾探测系统火灾自动报警及联动系统室内外消火栓系统自动喷水灭火系统防排烟系统消防广播电话系统消防事故照明系统疏散及逃离系统被动防火系统建筑防火分隔构件防火封堵材料防火涂料防火门窗，防火卷帘墙体，楼板阻燃装修装饰材料防火包覆材料被动防火系统包含哪些被动防火系统越来越受到重视•许多人认为被动防火系统在建筑上的应用被重视始于上世纪80年代中期北美洛杉矶米高梅大酒店（MGMGRANDHOTEL）的大火之后。火灾中85人死亡。大火从1层烧起，却导致68人窒息死于23层。原因是有毒的烟气通过幕墙接缝、电缆贯穿口和各种管道向上蔓延。•人们越来越认识到被动防火系统与主动防火系统互为补充，是完整的防火设计不可或缺的部分。•被动防火系统比主动防火系统更可靠。•被动防火系统比主动防火系统成本低。完整的建筑防火设计防火金三角火灾探测系统被动防火系统防火封堵系统灭火系统什么是防火封堵系统？一个全球通用的火灾安全原则——防火分区墙体处防火楼板处防火FW=防火要求的墙FF=防火要求的楼板FWFWFWFWFFFFFFFF使用具有一定耐火极限的楼板和墙体将建筑物分隔成若干的独立区间来限制火灾的蔓延，为火灾中的人员赢得更多的逃生时间和机会。建筑物要实现其功能，就不可避免的要从防火分隔构件上穿越管道、线缆或设计出结构接缝，这样就破坏了防火分隔构件的耐火极限。所以需要