淺談防火玻璃特性及分類

杜文修,楊娟，高帥，吳賁華，王銀茂，高國忠

（1.江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇鐵錨玻璃股份有限公司，江蘇 海安 226600）

0 引 言

2015年1月2日13時(shí)14分，哈爾濱市道外區(qū)一倉庫發(fā)生火災(zāi)，造成5名消防戰(zhàn)士犧牲，14人受傷，549戶2000多名居民及部分臨街商戶受災(zāi)。如此嚴(yán)重火災(zāi)的發(fā)生，又一次引發(fā)了人們對防火安全的反思，全社會(huì)對建筑防火問題也愈發(fā)重視。建筑防火是建筑安全設(shè)計(jì)中一個(gè)十分重要的項(xiàng)目，建筑防火分區(qū)的要求往往使建筑師在建筑美學(xué)與建筑防火上進(jìn)退兩難，然而玻璃作為現(xiàn)代建筑的時(shí)尚,它所具有的通透性和華麗的效果，使得防火玻璃成為現(xiàn)代建筑師們樂于追逐的目標(biāo)，用防火玻璃作為防火分隔材料的優(yōu)勢不僅在于提升了建筑美感和采光效果，而且要比傳統(tǒng)的墻體輕，可提高建筑物的有效使用面積，便于施工[1]。因此，開發(fā)新型防火玻璃可以兼顧人們對美觀和安全的要求。

1 防火玻璃特性

1.1 耐火完整性

在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，建筑分隔構(gòu)件當(dāng)其一面受火時(shí)，能在一定時(shí)間內(nèi)防止火焰穿透或防止火焰在背火面出現(xiàn)的能力。即指試件背火面出現(xiàn)火焰，并持續(xù)燃燒10s或10s以上。在試驗(yàn)中，當(dāng)試件有火焰或氣體從孔洞和其它縫隙處出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)行棉墊著火性試驗(yàn)，棉墊被點(diǎn)燃，表明試件失去完整性。如果試件在試驗(yàn)過程中垮塌，表明試件失去完整性[2]。

1.2 耐火隔熱性

在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，建筑分隔構(gòu)件當(dāng)某一面受火時(shí)，能在一定時(shí)間內(nèi)其背火面溫度不超過規(guī)定值的能力。即指試件背火面測溫點(diǎn)單點(diǎn)溫升180℃，平均溫升140℃[2]。

1.3 熱輻射強(qiáng)度

在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，在玻璃背火面一定距離、一定時(shí)間內(nèi)的熱輻射照度值。即指距試件背火面3m處，臨界輻射熱照度達(dá)到0.42 W/cm2及距試件背火面在等于其較小尺寸(長度或?qū)挾?1.2倍的距離內(nèi)，臨界輻射熱照度達(dá)到3.35 W/cm2。如果落在纖維素材料上的輻射強(qiáng)度超過3.35 W/cm2，這些材料就容易燃燒[2]。

2 防火玻璃的種類

防火玻璃是一種在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下能夠保持其完整性和隔熱性的特種玻璃，可以按不同的方法進(jìn)行分類[4]。

3.1 按耐火性能分

2.3.1 A類

同時(shí)滿足耐火完整性、耐火隔熱性要求的防火玻璃。當(dāng)遇到火災(zāi)時(shí)，火焰燃燒產(chǎn)生的極高熱量以熱輻射和熱傳導(dǎo)的方式透過玻璃，使玻璃背火面溫度不斷升高。當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，熱量會(huì)使人或可燃物在沒有碰觸到火焰的情況下，被灼傷或引燃。隔熱型復(fù)合防火玻璃正是為了使逃生和救援人員免遭熱輻射傷害，并將火災(zāi)的破壞性降低到最小而設(shè)計(jì)的[3]。A類防火玻璃為復(fù)合防火玻璃。

此類玻璃具有透光、防火（隔煙、隔火、遮擋熱輻射）、隔聲、抗沖擊等性能，適用于建筑裝飾鋼木防火門、窗、上亮、隔斷墻、采光頂、擋煙垂壁、透視地板及其他需要既透明又防火的建筑組件中。

2.1.2 B類

同時(shí)滿足耐火完整性、熱輻射強(qiáng)度要求的防火玻璃。B類防火玻璃為復(fù)合防火玻璃。此類防火玻璃多為復(fù)合防火玻璃，具有透光、防火、隔煙特點(diǎn)。

2.1.3 C類

只滿足耐火完整性要求的單片防火玻璃。C類防火玻璃又分為硼硅單片防火玻璃，銫鉀單片防火玻璃，高強(qiáng)度單片防火玻璃。硼硅單片防火玻璃是選用含高硼硅經(jīng)浮法工藝生產(chǎn)出的一種原片玻璃，經(jīng)鋼化加工而成。它的防火性能源自于其很低的熱膨脹系數(shù)，僅為4×10-6℃-1(20～300℃)，比普通玻璃(硅酸鹽玻璃)低2～3倍。此外，硼硅單片防火玻璃還具有高軟化點(diǎn)、極好的抗熱沖擊性和粘性等特質(zhì)。因此，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，硼硅單片防火玻璃不易膨脹碎裂，是一種高穩(wěn)定性的單片防火玻璃，其耐火時(shí)限高達(dá)3h。

銫鉀單片防火玻璃是由普通浮法玻璃經(jīng)過特殊的化學(xué)處理及物理鋼化制作而成的。其中，化學(xué)處理的作用是在玻璃表面進(jìn)行離子交換，使玻璃表層堿金屬離子被熔鹽中的其他堿金屬離子置換，從而增加了玻璃強(qiáng)度，提高了抗熱沖擊性能。而特殊的物理鋼化處理，使其達(dá)到安全玻璃的要求。

高強(qiáng)度單片防火玻璃是經(jīng)過特殊的物理鋼化處理(大風(fēng)壓)制造的防火玻璃。此類玻璃具有透光、防火、隔煙、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。適用于無隔熱要求的防火玻璃隔斷墻、防火窗、室外幕墻等。

上述這三類玻璃，其耐火等級分Ⅰ級、II級、III級、Ⅳ級，其相應(yīng)耐火時(shí)間為90min、60min、45min和30 min。

2.2 按結(jié)構(gòu)型式分

防火玻璃按結(jié)構(gòu)型式分主要有4種：夾層復(fù)合防火玻璃、夾絲防火玻璃、中空防火玻璃和高強(qiáng)度單片防火玻璃。

2.2.1 夾層復(fù)合防火玻璃

夾層防火玻璃是一種建筑用安全玻璃，是在兩層浮法玻璃中間用PVB膠片，在一定溫度、壓力下膠合成整體，即使受到?jīng)_擊，玻璃碎了仍然連在一體，防止人員傷亡和其它事故發(fā)生。

灌注型防火玻璃也屬于夾層防火玻璃，灌注固化在隔熱型復(fù)合防火玻璃中間的特殊透明化學(xué)物質(zhì)大量地吸收火焰中的熱量而發(fā)泡膨脹，同時(shí)變成不透明的白色，高效的阻止燃燒產(chǎn)生的熱量從迎火面向背火面的傳遞。在這個(gè)過程中，玻璃整體保持完整，形成了一個(gè)可以阻隔火焰、煙霧和燃燒產(chǎn)生的高溫毒氣擴(kuò)散與蔓延的有效屏障。復(fù)合防火玻璃的隔熱和防熱輻射功能可以使火災(zāi)發(fā)生時(shí)玻璃背火面區(qū)域內(nèi)的逃生或救援人員免遭高溫?zé)崃康那趾蜔彷椛涞淖苽?，同時(shí)防止該區(qū)域內(nèi)的可燃材料和物品如木制品、地毯等在一定時(shí)間內(nèi)被高溫和熱輻射所引燃。

2.2.2 夾絲防火玻璃

夾絲防火玻璃是在兩層玻璃中間的有機(jī)膠片或無機(jī)膠粘劑的夾層中再加入金屬絲、網(wǎng)物，而制成的復(fù)合玻璃體。加入了絲或網(wǎng)后，不僅可提高防火玻璃的整體抗沖擊強(qiáng)度，而且能與電加熱和安全報(bào)警系統(tǒng)相連接起到多種功能的作用。該防火玻璃唯一的缺陷是透光度欠佳。

2.2.3 中空防火玻璃

中空防火玻璃是在多片玻璃的每相鄰兩片玻璃之間，四周用支撐框架密封隔離固定，形成一密封空間，非密封空間用外層密封膠密封填平，其一塊或多塊使用單片防火玻璃。支撐框架與玻璃的接觸表面上用內(nèi)層密封膠粘接；支撐框架呈內(nèi)空結(jié)構(gòu)，填充干燥劑，呈矩形結(jié)構(gòu)，其外邊緣的兩直角制成45°、2mm的倒角結(jié)構(gòu),密封空間可以隔熱、隔溫、降低噪音，支撐框架的優(yōu)化尺寸以及良好的倒角結(jié)構(gòu)使得外層密封膠有良好的固定條件，不易變形受損，密封性能、耐照射性能較常規(guī)玻璃好，充分地保證在長時(shí)間使用時(shí)無結(jié)露、無污跡、無膠條變形現(xiàn)象發(fā)生。

2.2.4 單片防火玻璃

單片防火玻璃是采用物理與化學(xué)的方法，對浮法玻璃進(jìn)行處理而得到的。它在1000℃火焰中能保持80min～120min不炸裂，從而有效地阻止火焰與煙霧的蔓延，有利于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)火情，使人們有足夠長的時(shí)間撤離現(xiàn)場，并進(jìn)行救災(zāi)工作。

單片防火玻璃除了普通的平板玻璃經(jīng)物理、化學(xué)鋼化后得到的，還有一類稱之為特種單片防火玻璃，具體是指采用的玻璃基片為特種成分的玻璃，而非普通平板玻璃成分的玻璃。它主要有硼硅酸鹽防火玻璃、鋁硅酸鹽防火玻璃、微晶防火玻璃及軟化溫度高于800℃以上的鈉鈣料優(yōu)質(zhì)浮法玻璃等。其共同的主要特點(diǎn)是：玻璃軟化點(diǎn)較高，一般均在800℃以上，熱膨脹系數(shù)低，在強(qiáng)火焰下一般不會(huì)因高溫而炸裂或變形，尤其是微晶防火玻璃，除具有上述特點(diǎn)外，還具有機(jī)械強(qiáng)度高、抗折、抗壓強(qiáng)度高及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和物理力學(xué)性能。

2.3 按結(jié)構(gòu)分

防火玻璃按結(jié)構(gòu)可分為復(fù)合防火玻璃和單片防火玻璃。

2.3.1 復(fù)合防火玻璃

由2層或2層以上的玻璃復(fù)合而成或由一層玻璃和有機(jī)材料復(fù)合而成，并滿足相應(yīng)耐火等級要求的特種玻璃。復(fù)合防火玻璃按制作方法，可分為復(fù)合型防火玻璃和灌注型防火玻璃。

復(fù)合型防火玻璃結(jié)構(gòu)如圖1所示：將2片或2片以上的單層平板浮法玻璃由膨脹阻燃膠結(jié)劑粘結(jié)復(fù)合在一起而制成的。其防火原理：火災(zāi)發(fā)生時(shí)，向火面玻璃遇高溫后很快炸裂，其防火膠夾層相繼發(fā)泡膨脹10倍左右，形成堅(jiān)硬的乳白色泡狀防火膠板，有效地阻斷火焰，隔絕高溫及有害氣體。

灌注型防火玻璃結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，2片或2片以上單層平板浮法玻璃在四周先用邊框條密封好，然后由灌注口灌入防火液(如硅酮或聚硫密封膠)經(jīng)膠結(jié)、封口而制成[4]。其防火原理是遇高溫以后，玻璃中間透明膠凍狀的防火膠層會(huì)迅速硬結(jié)，形成一張不透明的防火隔熱板。在阻止火焰蔓延的同時(shí)，也阻止高溫向背火面?zhèn)鲗?dǎo)。適用于防火門窗、建筑天井、中庭、共享空間、計(jì)算機(jī)機(jī)房防火分區(qū)隔斷墻。

圖1 復(fù)合防火玻璃結(jié)構(gòu)圖

圖2 灌注型防火玻璃結(jié)構(gòu)圖

在實(shí)際生產(chǎn)中，復(fù)合防火玻璃尺寸厚度偏差則必須滿足以下國家標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

復(fù)合防火玻璃的尺寸和厚度允許偏差表（單位：mm） 表1

2.3.2 單片防火玻璃

單片防火玻璃是由單層玻璃構(gòu)成，并滿足相應(yīng)耐火等級要求的特種玻璃[5]。單片防火玻璃可以在一定的時(shí)間內(nèi)保持耐火完整性、阻斷迎火面的明火及有毒、有害氣體，但不具備隔溫絕熱功效。單片防火玻璃是將普通浮法玻璃經(jīng)物理、化學(xué)處理工藝鋼化而制成，具有良好的耐溫性和抗熱炸裂性。其缺點(diǎn)是，在火焰高溫情況下遇到水時(shí)容易爆裂。適用于外幕墻、室外窗、采光頂、擋煙垂壁、防火玻璃無框門以及無隔熱要求的隔斷墻。單片防火玻璃尺寸厚度偏差標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

單片防火玻璃的尺寸和厚度允許偏差表（單位：mm） 表2

3 結(jié) 語

自國內(nèi)單片防火玻璃批量生產(chǎn)以來，防火玻璃得到了更加廣泛的應(yīng)用，但使用時(shí)有幾點(diǎn)必須注意：選用防火玻璃前，要先清楚由防火玻璃組成的防火構(gòu)件的消防具體要求，是防火、隔熱還是隔煙、耐火極限要求等；單片和復(fù)合灌注型防火玻璃不能象普通平板玻璃那樣用玻璃刀切割，必須定尺加工，但復(fù)合型（干法）防火玻璃可以達(dá)到可切割的要求；選用防火玻璃組成防火構(gòu)件時(shí)，除考慮玻璃的防火耐久性能外，其支承結(jié)構(gòu)和各元素也必須滿足耐火的需要。但總的來講防火玻璃具有良好的透光性能和防火隔熱性能、耐久性和耐光性能好、具有一定的抗沖擊強(qiáng)度、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、使用環(huán)境溫度范圍寬，可廣泛用于防火門、窗和防火分區(qū)等部分，有很高的推廣使用價(jià)值。

[1]吳從真.防火玻璃系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用[J].門窗，2013(6).

[2]殷李革.建筑防火玻璃的性能與應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2007(3).

[3]紀(jì)毅璞，左巖，成惠峰，等.高透明無微泡復(fù)合防火玻璃研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(22).

[4]馮江.淺談防火玻璃的分類與應(yīng)用[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2005(6).

[5]劉選軍，程金樹，湯李纓.國內(nèi)外單片防火玻璃的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2005(2).