建筑材料阻燃技術(shù)研究進(jìn)展

韋志功 王彥成

（黑龍江省建筑材料工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 黑龍江 哈爾濱 150080）

0 引言

隨著城市建設(shè)腳步的不斷推進(jìn)，我國(guó)建筑迅猛發(fā)展，眾多城市地區(qū)各式各樣建筑群拔地而起，并不斷趨向于現(xiàn)代化、大型化以及多功能化發(fā)展方向。在迅速發(fā)展過(guò)程中同時(shí)也凸顯出一系列火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，而這些風(fēng)險(xiǎn)的元兇大多是因?yàn)榻ㄖ诮ㄔO(shè)施工時(shí)應(yīng)用了各式各樣存在極大火災(zāi)隱患的易燃有機(jī)材料[1]。所以，如何從建筑材料源頭上著手，消除建筑物中的火災(zāi)安全隱患已然轉(zhuǎn)變成我國(guó)當(dāng)前亟待解決的一大問(wèn)題。

1 建筑防火的重要性

很大一部分火災(zāi)事故均起源于一些不起眼的原因，例如，2014 年香格里拉火災(zāi)事故便是因?yàn)槿∨O(shè)備使用不合理，造成電腦桌著火，進(jìn)而火勢(shì)迅速蔓延至建筑整體，最終引發(fā)火災(zāi)，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。又如，2016 年哈爾濱市某小區(qū)一棟27 層高樓外墻保溫板著火，火勢(shì)由4 樓迅速蔓延至頂樓，撲救30 余分鐘才將明火撲滅。建筑物火災(zāi)往往引發(fā)于一些細(xì)小部分，最開(kāi)始僅僅會(huì)局限于一些著火點(diǎn)可燃物質(zhì)，局部燃燒結(jié)束倘若沒(méi)有其他可燃物，火勢(shì)便會(huì)伴隨最開(kāi)始可燃物燃燒結(jié)束后自行熄滅，有時(shí)也會(huì)由于可燃?xì)怏w有限而以相對(duì)緩慢的速度燃燒并逐漸西梅，然而倘若在先有良好的通風(fēng)環(huán)境，亦或有諸多可燃物，火災(zāi)則會(huì)迅速向四處蔓延，最終使整個(gè)建筑物燃燒起來(lái)。火災(zāi)燃燒初期通常較為緩慢，這個(gè)過(guò)程中火勢(shì)較小，易于撲滅。然而伴隨燃燒溫度的不斷提升及可燃?xì)怏w的逐步釋放，在建筑物溫度上升至500℃時(shí)，很大一部分可燃物便會(huì)起火燃燒，引發(fā)轟燃，火災(zāi)進(jìn)而轉(zhuǎn)至全面發(fā)展階段，這個(gè)過(guò)程進(jìn)行滅火不僅難度大，而且極為危險(xiǎn)[2]。如果要想將火勢(shì)控制在初始燃燒階段或者自行熄滅，就應(yīng)當(dāng)有效引入建筑材料阻燃技術(shù)。建筑材料阻燃技術(shù)憑借其難燃、不燃等特性，可有效發(fā)揮隔離燃燒源的作用，將火災(zāi)事故扼殺在搖籃之中，或者控制火勢(shì)發(fā)展，為滅火工作爭(zhēng)取最佳時(shí)機(jī)。倘若火災(zāi)引發(fā)初期便受到阻燃材料影響，則可很大程度上降低不必要的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。近年來(lái)，伴隨我國(guó)制造業(yè)技術(shù)水平的提高、國(guó)家相關(guān)部門(mén)阻燃材料法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的制定完善、社會(huì)大眾思想觀念的革新，為建筑材料阻燃技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造了有利契機(jī)，并在諸多行業(yè)領(lǐng)域得到推廣。特別是一些社會(huì)特大型建筑火災(zāi)事故的引發(fā)，公安部消防局多次頒布文件以提高建筑防火的標(biāo)準(zhǔn)要求，由此為建筑材料阻燃技術(shù)發(fā)展帶來(lái)了諸多機(jī)遇，也帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。

2 建筑材料阻燃技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 高分子材料在高層建筑物中的應(yīng)用

近年來(lái)，在高層建筑物中，高分子材料憑借其隔離、冷卻、消除自由基等作用可有效實(shí)現(xiàn)環(huán)保阻燃功能。其中，對(duì)于高分子材料隔離作用來(lái)說(shuō)，在建筑物中，在溫度不斷升高情況下，高分子材料阻燃劑表面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)隔離膜，將熱源阻隔在物質(zhì)之外，進(jìn)一步防止物質(zhì)繼續(xù)燃燒。通常情況下，高分子材料所產(chǎn)生的隔離膜主要表現(xiàn)為兩種方式，一種是在高溫前提下，將高分子阻燃劑分解成難易揮發(fā)的玻璃狀物質(zhì)，覆蓋于物質(zhì)表層，并且覆蓋密度偏高。在這一隔離膜保護(hù)下，熱源無(wú)法進(jìn)入物質(zhì)中，進(jìn)而發(fā)揮阻燃功效。另一種是依托高分子材料中的熱降解產(chǎn)物，高溫情形下于物質(zhì)表面產(chǎn)生脫水炭化作用，進(jìn)一步形成炭化層，發(fā)揮保護(hù)與阻燃相關(guān)物質(zhì)的功效。對(duì)于高分子材料冷卻作用來(lái)說(shuō)，高分子材料在高溫條件下，產(chǎn)生脫水、相變、分解等作用，確保物質(zhì)表面溫度始終在著火點(diǎn)以上，進(jìn)而發(fā)揮阻燃功效。對(duì)于高分子材料消除自由基作用來(lái)說(shuō)，高分子材料在高溫條件下，會(huì)形成大量的自由基，進(jìn)而促使引發(fā)氣相燃燒反應(yīng)，于此期間高分子材料阻燃劑會(huì)迅速捕捉自由基，進(jìn)一步抑制自由基繼續(xù)發(fā)生連鎖反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)揮阻燃功效。將高分子材料應(yīng)用于高層建筑物設(shè)計(jì)中，不僅可增強(qiáng)建筑物整體的防火性能，還可保證建筑物的安全及環(huán)保性能，因而其是當(dāng)前高層建筑物設(shè)計(jì)中的重要設(shè)計(jì)理念之一。在環(huán)保阻燃設(shè)計(jì)實(shí)踐中，高分子材料主要應(yīng)用于下述幾方面內(nèi)容：首先，應(yīng)用于提高建筑建材防火性能。在高層建筑物建設(shè)時(shí)，其內(nèi)部裝修、設(shè)備裝置往往不得不要采用一些易燃材料，由此會(huì)加大建筑物消防安全隱患。所以，依托引入高分子材料對(duì)聚氯乙烯、樹(shù)脂等傳統(tǒng)材料予以取代，可有效提高高層建筑物的防火性能。對(duì)于高分子材料實(shí)際應(yīng)用方式而言，主要包括有對(duì)傳統(tǒng)材料進(jìn)行直接取代、對(duì)材料表面進(jìn)行包裹等。其次，應(yīng)用于提高電氣設(shè)備外包裝防火性能。在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)將高分子材料應(yīng)用于取代保護(hù)開(kāi)關(guān)外殼、儀表箱等傳統(tǒng)產(chǎn)品外包裝，一方面在電氣設(shè)備引發(fā)高溫、火星等安全隱患時(shí)，高分子材料外包裝可有效縮減電氣火災(zāi)引發(fā)概率，進(jìn)一步縮減電氣火災(zāi)事故；另一方在某些微型火災(zāi)事故中，高分子材料外包裝可有效阻隔電子設(shè)備遭受火災(zāi)影響，進(jìn)而防止引發(fā)二次火災(zāi)或電氣事故[3]。最后，應(yīng)用于提高電線點(diǎn)燃防火性能。在高層建筑物引發(fā)火災(zāi)時(shí)，其電線電纜通常是引發(fā)火災(zāi)及傳遞火災(zāi)的重要原因，所以對(duì)于電線電纜的選擇應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)首選由高分子材料制備而成的阻燃型電線電纜。

2.2 阻燃塑料制品在建筑物外墻中的應(yīng)用

一般情況下，建筑物外墻應(yīng)用的隔熱保溫材料均為塑料制品，對(duì)建筑物防火安全性可發(fā)揮至關(guān)重要的作用，因而必須要應(yīng)用燃燒性能達(dá)到相應(yīng)級(jí)別的阻燃塑料制品。近年來(lái)，在建筑物外墻中較為常用的阻燃塑料制品包括有聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等。

其中，對(duì)于聚苯乙烯泡沫塑料而言，作為建筑物外墻保溫材料中最為常用的一種材料，其廣泛推廣的有擠塑聚苯乙烯泡沫塑料、模塑聚苯乙烯泡沫塑料，前者是在塑料擠出設(shè)備中一次性添加進(jìn)原料聚苯乙烯、發(fā)泡劑以及助劑等原料，使聚苯乙烯在發(fā)泡劑作用下發(fā)泡成型，并被擠出，再經(jīng)切割處理，連續(xù)的聚苯乙烯泡沫塑料板材便被切割為可符合要求的尺寸。后者是在預(yù)發(fā)泡設(shè)備中添加進(jìn)聚苯乙烯原料，同時(shí)調(diào)節(jié)好溫度、進(jìn)料速度、蒸汽壓力等參數(shù)，以控制發(fā)泡聚苯乙烯的容量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)預(yù)發(fā)泡，然后對(duì)預(yù)發(fā)泡的聚苯乙烯予以干燥、熟化處理，最后轉(zhuǎn)至成型模具中并借助蒸汽開(kāi)展發(fā)泡處理，再冷卻定型便可獲取最終符合要求的板材。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算而言，擠塑聚苯乙烯泡沫塑料密度為36kg/m3，模塑聚苯乙烯泡沫塑料密度為18kg/m3，相較于后者，前者蜂窩狀結(jié)構(gòu)相互間基本沒(méi)有空隙，表現(xiàn)出更良好的閉孔結(jié)構(gòu)，所以擠塑聚苯乙烯泡沫塑料表面也更為光滑、均勻，應(yīng)用于建筑物外墻可發(fā)揮更理想的保溫性能[4]。對(duì)于聚氨酯泡沫塑料而言，其具備強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)及密度小、隔音效果佳以及易于加工成型等特點(diǎn)，同樣是建筑物外墻保溫材料中性能可靠的一種產(chǎn)品。建筑物外墻聚氨酯泡沫塑料制品所需滿足的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)，見(jiàn)表1。值得一提的是，聚氨酯使用成本偏高，因而

然而與納米材料特殊性能相對(duì)應(yīng)的高昂價(jià)格是限制其在工程應(yīng)用中使用的首要因素，故目前大部分針對(duì)納米材料的研究仍然只停留在理論階段。陳波等人[8]，將含有NS 的摻合料，按照水泥質(zhì)量的5%～15%摻入噴射混凝土拌合物中，從而能夠使?jié)駠娀炷恋幕貜椔省?%、凝結(jié)時(shí)間≤2min、一次噴層厚度≥35cm 的良好效果并已申請(qǐng)專(zhuān)利。

5 結(jié)論及前景展望

關(guān)于特種混凝土的研發(fā)，目前主要是在混凝土的第五組分及第六組分上進(jìn)行創(chuàng)新研究。其原理是通過(guò)改變混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或進(jìn)行表面處理，使得特種混凝土具有特殊性能。例如：在混凝土中添加膨脹劑或緩凝性減水劑，可以起到減少或抵消裂縫的產(chǎn)生制得的抗?jié)B混凝土具有很好的耐久性與整體性，適合大面積澆筑。

雖然特種混凝土由于在某一方面具有特殊的性能，并在近年來(lái)得到廣泛的研究與發(fā)展但由于在工程應(yīng)用中往往需要考慮其經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益，避免資源的浪費(fèi)，故普通混凝土仍是建設(shè)工程的首選，特種混凝土僅需在特定的工作環(huán)境下選用。

隨著我國(guó)建設(shè)工程的不斷增多，建設(shè)難度不斷增大，急需發(fā)展具有不同特殊性能的特種混凝土來(lái)克服環(huán)境難題或建筑結(jié)構(gòu)難題。其次通過(guò)改進(jìn)混凝土的生產(chǎn)和施工工藝，從而使工程項(xiàng)目能夠以更少的時(shí)間與資金完成并在使用期內(nèi)安全可靠。這是現(xiàn)階段我們工程建設(shè)的主要發(fā)展目標(biāo)。