高硼硅4.0防火玻璃的創(chuàng)新性能與市場(chǎng)應(yīng)用

馮云喜，曹艷平

(鳳陽(yáng)凱盛硅材料有限公司,鳳陽(yáng) 233100)

防火是建筑設(shè)計(jì)中的重要考慮因素，一座建筑物的各個(gè)區(qū)域按照建筑設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)防火等級(jí)，在某些區(qū)域使用的玻璃組件必須等于或高于該區(qū)域要求的防火級(jí)別，這樣才能將火焰和煙霧限制在某一區(qū)域、防止蔓延，同時(shí)也可為盡快撲滅火災(zāi)提供有利條件，防火玻璃因此應(yīng)運(yùn)而生。高硼硅4.0防火玻璃跨越了生產(chǎn)技術(shù)門檻高，生產(chǎn)成本高的阻礙，以耐火完整性超過(guò)2 h的優(yōu)越性能，成為真正的單片防火玻璃，逐漸被消費(fèi)者接受。

1 防火玻璃的術(shù)語(yǔ)、定義及分類

1.1 耐火完整性

在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，玻璃構(gòu)件當(dāng)其一面受火時(shí)，能在一定時(shí)間內(nèi)防止火焰和熱氣穿透或在背火面出現(xiàn)火焰的能力。

失去耐火完整性判定條件(以下任一條件時(shí))：1)棉墊被點(diǎn)燃或背火面竄火達(dá)10 s以上。 2)當(dāng)試件背火面出現(xiàn)貫通至試驗(yàn)爐內(nèi)的裂縫，直徑6 mm的探棒可以沿裂縫長(zhǎng)度方向移動(dòng)不小于150 mm或直徑25 mm的探棒可以穿過(guò)裂縫進(jìn)入爐內(nèi)。

1.2 耐火隔熱性

在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，玻璃構(gòu)件當(dāng)其一面受火時(shí)，能在一定時(shí)間內(nèi)使其背火面溫度不超過(guò)規(guī)定值的能力。喪失耐火隔熱性判定條件(以下任一條件時(shí))：1)背火面平均溫升超過(guò)140 ℃。2)背火面最高溫升超過(guò)180 ℃。

1.3 防火玻璃分類

按照性能分為C類防火玻璃和A類防火玻璃。C類防火玻璃：滿足耐火完整性要求的防火玻璃。 A類防火玻璃：同時(shí)滿足耐火完整性、耐火隔熱性要求的防火玻璃。按照結(jié)構(gòu)分為復(fù)合防火玻璃和單片防火玻璃，性能和技術(shù)特點(diǎn)如表1所示。

表1 防火玻璃種類及技術(shù)特點(diǎn)

按照以上分類，高硼硅4.0防火玻璃屬于C類單片防火玻璃。

2 高硼硅4.0防火玻璃的發(fā)展

高硼硅4.0防火玻璃是在傳統(tǒng)3.3高硼硅玻璃的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的一類適應(yīng)建筑安全防火的玻璃。1993年德國(guó)肖特公司成功推出高硼硅浮法玻璃，2019年中國(guó)建材集團(tuán)旗下鳳陽(yáng)凱盛以全氧燃燒和電助熔及鉑金調(diào)制系統(tǒng)浮法工藝成功生產(chǎn)出大規(guī)格、高品質(zhì)高硼硅4.0防火玻璃，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品性能雙項(xiàng)重大突破，翻開了中國(guó)防火玻璃新篇章。目前高硼硅浮法玻璃有兩種生產(chǎn)工藝，如表2所示。

表2 高硼硅玻璃生產(chǎn)工藝對(duì)比

生產(chǎn)工藝的優(yōu)化帶來(lái)了板面規(guī)格尺寸多樣化。為適用市場(chǎng)需求，滿足建筑防火玻璃的需要，硼硅4.0防火玻璃向大規(guī)格、大尺寸、多厚度發(fā)展。目前，硼硅4.0防火玻璃最大尺寸4 800 mm×2 440 mm已經(jīng)成功下線，厚度覆蓋5 mm、6 mm、8 mm、10 mm和12 mm，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。

3 高硼硅4.0防火玻璃的性能

3.1 優(yōu)越的耐火性能

高硼硅4.0防火玻璃因?yàn)槠溆筛吲鹧趸锝M成，所以熱膨脹系數(shù)低、軟化點(diǎn)高，因原片所具備的這種特殊的物理性質(zhì)，經(jīng)深加工鋼化以后，耐火性能顯著優(yōu)于其它防火玻璃。高硼硅4.0防火玻璃6 mm至12 mm防火玻璃經(jīng)送檢，按照GB/T12513—2006國(guó)家規(guī)定的燒檢試驗(yàn)方法，耐火時(shí)間超過(guò)120 min，甚至180 min，仍然保持耐火完整性。實(shí)際應(yīng)用案例抽檢，60 min以上防火時(shí)限輕松達(dá)到，且防火性能穩(wěn)定，每片都可抽檢。任意安裝不影響防火性能。

從燒檢試驗(yàn)可以知道：高硼硅4.0防火玻璃在耐火試驗(yàn)進(jìn)行到120～180 min時(shí)，試件背火面未出現(xiàn)火焰，直徑6 mm的碳棒不能穿過(guò)試件，仍然保持耐火完整性。

表3中的數(shù)據(jù)表明，高硼硅4.0玻璃的熱膨脹系數(shù)低于鈉鈣硅平板玻璃一倍以上，軟化點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈉鈣硅平板玻璃。大于840 °C的高熔化點(diǎn)最大程度地保障防火玻璃結(jié)構(gòu)性，防止火災(zāi)狀態(tài)的脫落。

表3 高硼硅4.0玻璃與普通鈉鈣硅玻璃典型參數(shù)對(duì)比

3.2 良好的耐熱沖擊性能

實(shí)驗(yàn)證明，高硼硅4.0防火玻璃耐熱沖擊性能良好，耐熱沖擊溫度>200 °C。普通玻璃耐急冷急熱能力差，所以普通單片防火玻璃不能配合水噴淋使用。只有硼硅能與水噴淋完美組合——“高硼硅+水噴淋=隔熱防火玻璃”，這一優(yōu)越的防火隔熱性能受到消費(fèi)者的極大青睞。

3.3 超高的化學(xué)穩(wěn)定性

高硼硅4.0防火玻璃優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性基于其特殊的玻璃成分，可以從耐酸、耐水、耐堿性能予以分析比較。

3.3.1 耐酸、耐水性能

酸和水對(duì)玻璃的侵蝕開始于其中的H+和玻璃中的Na+離子進(jìn)行交換，從而發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，最終玻璃中的硅氧骨架被破壞，玻璃被腐蝕。因此玻璃中的Na+濃度直接影響其耐酸和耐水性能。高硼硅玻璃堿性氧化物含量低，以氧化鈉(Na2O)含量計(jì)(%)：3.5～4.5，普通鈉鈣硅玻璃堿性氧化物含量，以氧化鈉(Na2O)含量計(jì)(%)：13.0～14.0。由此可見，高硼硅特種玻璃的耐酸性能和耐水性能優(yōu)于普通鈉鈣硅玻璃。

3.3.2 耐堿性能

堿對(duì)玻璃的侵蝕是通過(guò)OH-離子破壞硅氧骨架(即—Si—O—Si—鍵)而產(chǎn)生—Si—O—群，使SiO2溶解在溶液中。玻璃受侵蝕的程度除了與OH-離子的濃度、陽(yáng)離子的種類、受侵蝕的時(shí)間有關(guān)之外，玻璃的耐堿能力也是重要的影響因素。而玻璃的耐堿能力與玻璃中含有的各種R—O鍵的強(qiáng)度有關(guān)，高場(chǎng)強(qiáng)、高配位的陽(yáng)離子提高玻璃的耐堿性能。三價(jià)硼離子(B3+)就是這樣一種高場(chǎng)強(qiáng)、高配位的陽(yáng)離子，所以高硼硅玻璃中氧化硼(B2O3)的含量提高了玻璃的耐堿性能。

由圖1可以看出，以B2O3代替SiO2時(shí)，最初B3+離子位于[BO4]中，將原來(lái)的斷鍵重新連接起來(lái)，加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使水溶出度下降，降低了腐蝕。但并不是B2O3含量越高越好。高硼硅4.0 防火玻璃的B2O3含量8%～10%，此含量對(duì)應(yīng)的水溶出度最低，所以耐堿性能最強(qiáng)。

3.4 優(yōu)秀的光學(xué)性能

高硼硅4.0防火玻璃配方原料純度高，低鐵，超白，高透光率，可見光透過(guò)率91%以上。正是因?yàn)楦吲鸸?.0防火玻璃具有超高的透過(guò)率和透明度，所以在維持建筑的通透感和美觀的同時(shí)，遇到火災(zāi)仍能保證人們的視野以便于逃生和救援，這是復(fù)合防火玻璃和其它單片防火玻璃所不能匹敵的。

3.5 超輕、高強(qiáng)度

因?yàn)楦吲鸸璨ＡУ奶厥庠吓浞郊盎瘜W(xué)組成，所以高硼硅4.0玻璃的密度為2.3 g/cm3，普通鈉鈣硅玻璃的密度為2.5 g/cm3。因而高硼硅4.0玻璃比普通玻璃輕8%以上，作為建筑材料，可以顯著降低建筑物的自重。同時(shí)因?yàn)槠涮厥獾呐鹧趸衔锼拿骟w結(jié)構(gòu)，所以高硼硅4.0玻璃具有超高的機(jī)械強(qiáng)度。

3.6 可加工性能

防火玻璃是一種高性能的單片防火玻璃，既可以單獨(dú)使用，也可以在鋼化之前進(jìn)行切割、磨邊，打孔、鍍膜等加工；還可以采用鍍膜、中空、真空、夾膠等深加工手段制成綜合性能更佳的建筑節(jié)能防火材料。

3.7 無(wú)NiS(硫化鎳)結(jié)晶，掃除自爆隱患

玻璃自爆是指鋼化玻璃在無(wú)外力直接作用的情況下發(fā)生破碎的現(xiàn)象。建筑用玻璃發(fā)生自爆后更換成本較高，甚至高于玻璃自身的成本，所以我國(guó)玻璃行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)控制自爆率低于0.3%。自爆的主要原因有兩個(gè)：玻璃質(zhì)量原因和安裝原因。玻璃質(zhì)量原因集中表現(xiàn)在：玻璃中硫化鎳(NiS)雜質(zhì)和異質(zhì)相顆粒；玻璃中可見缺陷；玻璃表面應(yīng)力值高低；玻璃應(yīng)力不均。普通鈉鈣硅鋼化玻璃易自爆，應(yīng)力越高越易自爆。自爆的原因是：原料配方中NiS雜質(zhì)因素?zé)o法避免及其它生產(chǎn)工藝原因。高硼硅玻璃原料配方及生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)無(wú)鎳低硫，硫的來(lái)源是原料和天然氣中的微量硫。無(wú)NiS(硫化鎳)結(jié)晶，消除了自爆隱患。且高硼硅玻璃原片生產(chǎn)過(guò)程中，熔化溫度高，玻璃液澄清好，更均質(zhì)，所以玻璃板面平整度高，板面異相雜質(zhì)極少，玻璃鋼化質(zhì)量高于普通玻璃。

以上是高硼硅4.0防火玻璃7項(xiàng)優(yōu)越的物理、化學(xué)性能，為其市場(chǎng)應(yīng)用提供了保障。

4 高硼硅4.0防火玻璃的應(yīng)用

4.1 我國(guó)防火玻璃行業(yè)監(jiān)管體制與發(fā)展

防火玻璃行業(yè)屬于玻璃深加工行業(yè)，行業(yè)市場(chǎng)化程度較高。目前，行業(yè)主管部門為中國(guó)建筑玻璃與工業(yè)玻璃協(xié)會(huì)。2015年5月1日起《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016—2014)正式實(shí)施，原《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016—2006)和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50045—95)同時(shí)廢止。新規(guī)范對(duì)各類建筑物中各部位的防火要求都有較明確的規(guī)定。相比舊版標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)產(chǎn)品制造工藝提出基礎(chǔ)性規(guī)范，新標(biāo)準(zhǔn)從消防驗(yàn)收角度對(duì)新竣工的商品住宅防火玻璃的使用提出強(qiáng)制要求，對(duì)防火隔墻的耐火極限不低于2.5 h做出了具體規(guī)定。新標(biāo)準(zhǔn)還增加了高于54 m住宅設(shè)置避難間等要求。

4.2 高硼硅4.0防火玻璃應(yīng)用領(lǐng)域

4.2.1 高層建筑防火領(lǐng)域

我國(guó)每年在建建筑130多億m2，高層建筑已達(dá)62萬(wàn)多棟，開通地鐵等軌道交通的城市已有40座，里程6 700多km，城市火災(zāi)的防控需求和難度持續(xù)增大。據(jù)應(yīng)急管理部消防救援?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年全年共接報(bào)火災(zāi)23.3萬(wàn)起，死亡1 335人，傷837人，直接財(cái)產(chǎn)損失36.12億元，是近七年來(lái)火災(zāi)起數(shù)和傷亡人數(shù)最少的一年，其中高層建筑發(fā)生火災(zāi)6 974起，同比上升10.6%。建筑防火直接關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，根據(jù)中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于深化消防執(zhí)法改革的意見》(廳字〔2019〕34號(hào))、《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)和規(guī)范事中事后監(jiān)管的指導(dǎo)意見》(國(guó)發(fā)〔2019〕18號(hào))等要求，2019年10月1日起，各地將陸續(xù)全面推行“雙隨機(jī)、一公開”消防監(jiān)管工作，改變了之前“送檢制”、防火玻璃市場(chǎng)亂象叢生的現(xiàn)象。所以，高硼硅4.0防火玻璃在高層建筑防火領(lǐng)域的市場(chǎng)需求廣闊。目前國(guó)家重點(diǎn)工程應(yīng)用案列有：國(guó)家環(huán)境衛(wèi)星發(fā)射中心，國(guó)家圖書館等工程。

4.2.2 待開發(fā)的領(lǐng)域

高硼硅浮法玻璃的性能優(yōu)異，應(yīng)用領(lǐng)域的拓展有待于各個(gè)行業(yè)的開發(fā)，如航空領(lǐng)域、太陽(yáng)能領(lǐng)域等。針對(duì)高硼硅4.0防火玻璃的應(yīng)用開發(fā)也在抓緊開展：如北京航玻新材料技術(shù)有限公司應(yīng)用于航天，江蘇鐵錨玻璃有限公司應(yīng)用于機(jī)車，上海晶爾玻璃技術(shù)有限公司應(yīng)用于真空等。

5 結(jié) 論

高硼硅玻璃素有“玻璃之王”的稱號(hào)，外形美觀，性能優(yōu)越，生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)成本高，它的產(chǎn)業(yè)化是設(shè)計(jì)研發(fā)人員和生產(chǎn)技術(shù)人員的堅(jiān)持不懈努力的結(jié)果。隨著國(guó)家消防產(chǎn)品監(jiān)管方式的改變，以及主體法律的明確及落實(shí)，高硼硅防火玻璃必將是C類防火玻璃的發(fā)展方向，市場(chǎng)需求將十分巨大。