節(jié)能耐火窗檢測(cè)中遇到的問題探討

胡乃冬 張喜臣 王俊洋 宋丹 焦東興 趙威

【摘要】隨著GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的實(shí)施，在門窗行業(yè)里逐漸興起了“耐火窗”的叫法，本文根據(jù)GB31433-2015《建筑幕墻、門窗通用技術(shù)條件》中對(duì)窗性能的分類，對(duì)耐火窗進(jìn)行了定義，總結(jié)分析了耐火窗實(shí)驗(yàn)過程中遇到的主要問題，并提出了解決問題的方法，為耐火窗的應(yīng)用提供了試驗(yàn)支持，為耐火窗產(chǎn)品的推廣提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】耐火窗;耐火完整性;節(jié)能性

GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》于2015年5月1日正式實(shí)施，首次對(duì)建筑外門、外窗提出耐火完整性要求。其目的之一，旨在解決我國(guó)超高層建筑發(fā)展越來越迅猛，建筑高度越來越高，發(fā)生火災(zāi)時(shí)無法完全依靠外部救援的問題，著重加強(qiáng)了建筑物自身防御火災(zāi)技術(shù)措施的規(guī)定[1]。

該規(guī)范中，與建筑外門窗相關(guān)的規(guī)定總結(jié)如下：1）建筑高度大于54米的住宅建筑，每戶所設(shè)計(jì)的避難間應(yīng)有一間房靠外墻設(shè)置可開啟的外窗，且其耐火完整性不應(yīng)低于1.0小時(shí);（這個(gè)地方是防火門，和文章無關(guān)）;2）除采用A1級(jí)保溫材料，或B1 級(jí)保溫材料且建筑高度不大于24m的公共建筑，或采用B1級(jí)保溫材料且建筑高度不大于27m的住宅建筑外，建筑外墻上門、窗的耐火完整性不應(yīng)低于0.50 h;3）上下層開口之間設(shè)置玻璃墻的時(shí)候，外窗的耐火完整性不應(yīng)低于防火玻璃墻的耐火完整性要求[2]。

隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能要求的不斷提升，例如河北地區(qū)從原來65%節(jié)能變?yōu)橐?5%節(jié)能，天津的“四步節(jié)能”等等，使建筑外窗節(jié)能成為了基本要求。節(jié)能外窗在日常生活中發(fā)揮非常重要的作用，能夠降低能耗，提高室內(nèi)舒適度，增加人民生活的幸福感。同時(shí)，賦予建筑外窗一定的耐火性能，一旦火災(zāi)發(fā)生時(shí)，有耐火完整性能的建筑外窗可以為建筑防火救援贏得寶貴時(shí)間，保障生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，建筑外窗既節(jié)能又耐火逐漸成為了一種趨勢(shì)。

1、 耐火窗定義

根據(jù)GB31433-2015《建筑幕墻、門窗通用技術(shù)條件》[3]中對(duì)窗性能的分類，我們可以知道耐火完整性是屬于建筑門窗的安全性范疇內(nèi)的一項(xiàng)性能，與抗風(fēng)壓性能、耐撞擊性能、抗風(fēng)攜碎物沖擊性能、抗爆炸沖擊波性能等一樣，都屬于建筑門窗的安全性。GB31433-2015中3.3條對(duì)耐火完整性進(jìn)行了定義：在標(biāo)準(zhǔn)耐火實(shí)驗(yàn)條件下，建筑門窗某一面受火時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)阻止火焰和熱氣穿透或者在背火面出現(xiàn)火焰的能力。

根據(jù)GB31433-2015《建筑幕墻、門窗通用技術(shù)條件》中對(duì)節(jié)能性的要求，建筑門窗的氣密性能、保溫性能、遮陽(yáng)性能屬于建筑門窗的節(jié)能性。

綜上所述，耐火窗首先在具有建筑外窗最基本的物理性能要求的基礎(chǔ)上，需滿足耐火完整性的要求。而節(jié)能耐火窗則要兼具節(jié)能性能和耐火完整性的要求。 耐火窗不一定要有遇火自閉的熱敏感元件，并且耐火窗不像防火窗一樣區(qū)分A類（隔熱型）和C類（非隔熱型）。因此只要能同時(shí)滿足耐火完整性和節(jié)能性要求的窗都可以稱為節(jié)能耐火窗。

2、節(jié)能耐火窗檢測(cè)中遇到的問題

2.1節(jié)能耐火窗的耐火完整性檢測(cè)遇到的問題

節(jié)能耐火窗是在節(jié)能窗的基礎(chǔ)上增加了耐火材料改造而成，其耐火完整性只有通過不斷的實(shí)驗(yàn)才能證明其具有耐火0.5h、1.0h的性能。在大量的試驗(yàn)過程中，總結(jié)出耐火窗經(jīng)常會(huì)遇到的試驗(yàn)失效情況，并對(duì)失效原因加以分析，總結(jié)如下：

（1）防火材料使用問題

吸熱型灌注料、防火插條、或者防火膠液等防火材料使用不合格產(chǎn)品，或者防火材料配比問題，或者防火材料還處于固化期等未達(dá)到耐火等級(jí)要求。這種情況下，往往防火材料強(qiáng)度、剛度不夠，更有甚者在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，防火材料還會(huì)發(fā)生爆炸，直接將型材腔體炸開，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，失去耐火完整性，如圖1、圖2所示。因此使用合格的、成分穩(wěn)定的、對(duì)型材沒有腐蝕的并通過檢驗(yàn)的防火材料至關(guān)重要。

圖1 ?中梃背火面被炸開狀態(tài)圖

圖2 防火材料爆炸時(shí)狀態(tài)圖

（2）玻璃使用問題

防火玻璃安裝過緊，沒有膨脹空間，導(dǎo)致玻璃受熱后溫度應(yīng)力和擠壓應(yīng)力共同作用，或者玻璃自身防火處理不到位，玻璃未達(dá)到耐火等級(jí)就突然破碎;對(duì)于復(fù)合玻璃向火面破碎掉落時(shí)帶走大量防火膠片或灌注料，導(dǎo)致剩余的防火膠片和防火液過少起不到耐火的作用，如圖3、圖4所示。對(duì)于另一種說法，冬天天氣冷玻璃受熱就會(huì)炸裂，這種情況一般出現(xiàn)在普通玻璃上，而常見的單片防火玻璃強(qiáng)度是普通鋼化玻璃強(qiáng)度的2～3倍[4]， 所以防火玻璃炸裂跟天氣寒冷沒有關(guān)系。因此使用高品質(zhì)的防火玻璃，比如使用復(fù)合防火玻璃，則向火面玻璃內(nèi)側(cè)可以使用脫模劑防止防火液的缺失，同時(shí)安裝時(shí)玻璃墊塊不能卡太緊，玻璃墊塊硬度不能太大，玻璃與框之間要有供膨脹的空間。

圖3耐火9min時(shí)玻璃突然炸裂圖

圖4 防火液被向火面玻璃帶走掉落圖

（3）中梃強(qiáng)度不夠問題

耐火窗框材料很多是斷橋鋁合金，鋁合金在高溫作用下的抗彎剛度不夠常常會(huì)導(dǎo)致中梃變形。中梃變形嚴(yán)重時(shí)，框扇搭接處產(chǎn)生縫隙，膨脹膠條不能填補(bǔ)過大的縫隙，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，如圖5所示。為了提高中梃強(qiáng)度，可以增加鋼襯或者使用的穿條、灌注料等要有一定的強(qiáng)度，能夠抵抗中梃變形。

圖5 中梃變形導(dǎo)致耐火失敗圖

圖6玻璃卡件失效圖

（4）玻璃卡件問題

玻璃卡件直接與玻璃接觸導(dǎo)致防火玻璃從卡件處碎裂，此種破碎容易辨認(rèn)，表現(xiàn)為玻璃在與卡件接觸的點(diǎn)成放射狀碎裂，或者玻璃卡件不能固定住玻璃，導(dǎo)致玻璃向一側(cè)傾倒。有的卡件是L型的，能防止玻璃向爐內(nèi)傾倒，但有時(shí)候，比如塑料窗則需要U型的，還要防止玻璃向背火面傾倒，如圖6所示。塑料窗玻璃卡件要固定到鋼襯上，而對(duì)于鋁合金窗，卡件要與室內(nèi)側(cè)型材連接牢固，所有的玻璃卡件都不應(yīng)與玻璃直接接觸。

（5）框扇密封問題

扇四周因?yàn)槭褂脗鲃?dòng)鎖閉器，膨脹膠條不易粘結(jié)牢固或?yàn)楸荛_合頁(yè)、鎖座等部位而被迫多處斷開，或者為了美觀室內(nèi)側(cè)不粘貼膨脹膠條，導(dǎo)致框扇搭接處成為失效 “重災(zāi)區(qū)”，如圖7所示。

圖7 框扇搭接處防火失效圖

圖8玻璃鑲嵌密封防火失效圖

（6）玻璃鑲嵌密封問題

玻璃與框之間留有縫隙未用膨脹膠條或者防火棉條充分密封，導(dǎo)致火焰從玻璃鑲嵌處竄火，如圖8所示。對(duì)于木窗和塑料窗，玻璃鑲嵌處更要做好防火處理，因?yàn)槟静脑?00℃左右就會(huì)碳化，而PVC材料則會(huì)在170℃左右軟化[5]，室內(nèi)側(cè)壓線可能因?yàn)楦邷囟浕撀?。塑料窗在室?nèi)側(cè)壓線中使用防火灌注料或者防火膠液，能夠有效延緩背火面壓線軟化的時(shí)間。

（7）五金鎖點(diǎn)問題

鎖點(diǎn)數(shù)量少、間距大、鎖座未固定好、開啟扇鎖不緊及掉扇等問題，或者五金件采用鋅合金，鎖點(diǎn)、鎖座、合頁(yè)已經(jīng)融化導(dǎo)致試驗(yàn)過程中開啟扇突然脫開甚至整體掉落， 如圖9所示。

圖9開啟扇實(shí)驗(yàn)過程突然打開

圖10 耐火窗保溫檢測(cè)玻璃變色圖

2.2耐火窗的節(jié)能性能檢測(cè)遇到的問題

耐火窗多是在節(jié)能窗的基礎(chǔ)上增加使用耐火材料而達(dá)到的耐火效果，因此耐火（下轉(zhuǎn)176頁(yè)）（上接174頁(yè)）材料的使用對(duì)節(jié)能影響便是大家關(guān)注的問題。目前，耐火窗既做了節(jié)能試驗(yàn)又做耐火試驗(yàn)的企業(yè)還不多，防火材料廠家也是定性的說哪些材料會(huì)對(duì)保溫效果產(chǎn)生什么影響。比如灌注料會(huì)使保溫效果降低，K值增加，穿條式不會(huì)影響保溫K值等。但是究竟每種防火材料能對(duì)保溫K影響多少，目前還沒有專業(yè)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來支撐。我們?cè)谠囼?yàn)過程中，收集整理了一些耐火窗保溫的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。做完保溫試驗(yàn)后又拿去做耐火實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)了節(jié)能耐火效果。其中，玻璃卡件使斷橋鋁合金窗的斷橋出現(xiàn)了冷橋的情況，明顯降低了保溫效果。一些廠家通過在卡件與型材之間填充防火棉來降低負(fù)面影響。檢測(cè)的試驗(yàn)結(jié)果僅供參考，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 節(jié)能窗耐火保溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

此外，目前常用的（5+1防火膠片+3）mm的防火玻璃，其防火效果較好。但是在保溫試驗(yàn)的時(shí)候，室內(nèi)20℃，室外-20℃時(shí)，玻璃就會(huì)變成“白色”，如圖10所示。此時(shí)室內(nèi)側(cè)玻璃表面的溫度為13℃，這在東北等嚴(yán)寒地區(qū)使用便會(huì)出現(xiàn)問題。不過當(dāng)溫度回歸到正常的時(shí)候，玻璃還能變回透明的。同時(shí)此種玻璃的太陽(yáng)得熱系數(shù)缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)，還需更加深入的研究。

結(jié)論：

（1）節(jié)能耐火窗是節(jié)能窗增加了耐火完整性能，既要滿足最低的節(jié)能要求又要滿足最低的耐火完整要求。

（2）節(jié)能耐火窗檢測(cè)中常遇到的問題有耐火材料、玻璃、中梃強(qiáng)度、框扇密封、玻璃卡件、玻璃鑲嵌密封、五金件鎖點(diǎn)等問題，針對(duì)不同問題本文給出了對(duì)應(yīng)的解決方案。

（3）節(jié)能和耐火的組合，將會(huì)是建筑外窗必然的趨勢(shì)，同一樘窗先做保溫性能檢測(cè)，再做耐火性能檢測(cè)，才能真正體現(xiàn)好的節(jié)能耐火窗的全部性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢文東.《新建筑防火規(guī)范與舊規(guī)范的對(duì)比》[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2016（8）：2149-2149.

[2]GB50016-2014建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014.

[3]GB/T31433-2015建筑幕墻、門窗通用技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[4]單片防火玻璃應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)[DB/OL].中國(guó)建材網(wǎng)，2016.

[5]張喜臣，孫梅鳳等.《建筑耐火節(jié)能門窗材料的設(shè)計(jì)選擇》[J].工程質(zhì)量，2018（36）：15-19.

作者簡(jiǎn)介：

胡乃冬，中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司;建筑環(huán)境與節(jié)能研究院，北京。