框架式防火玻璃隔斷的耐火性能解析

李曉鵬

湖北省當(dāng)陽(yáng)市淯溪鎮(zhèn)建設(shè)環(huán)保所 湖北當(dāng)陽(yáng) 444100

防火玻璃是近年來(lái)在建筑施工中普遍使用的一種新型的建筑防火材料，其本身具有優(yōu)良的耐火性和穩(wěn)定性，通過(guò)防火玻璃材料建設(shè)而成的建筑內(nèi)框架式防火玻璃隔斷具有優(yōu)良的安全性和耐火性，為火災(zāi)發(fā)生時(shí)人員的疏散以及建筑整體的穩(wěn)定性都提供了強(qiáng)大的保障。防火玻璃的主要成分是單層防火玻璃和復(fù)合防火玻璃，二者雖然在性能的強(qiáng)度上有著細(xì)微的差別，但是對(duì)于建筑物的防火來(lái)說(shuō)，都具有強(qiáng)大的耐火極限，并且能夠?qū)⒒馂?zāi)發(fā)生時(shí)的熱量進(jìn)行強(qiáng)力的阻攔，這對(duì)火災(zāi)發(fā)生時(shí)的救援以及被困人員的逃生都提供了大量的機(jī)會(huì)，為救援人員也爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間。因而，建設(shè)和研究框架式防火玻璃隔斷的性能以及結(jié)構(gòu)是十分重要的，具有寶貴的現(xiàn)實(shí)意義。

1 耐火玻璃的種類構(gòu)成

耐火玻璃的結(jié)構(gòu)十分堅(jiān)固，對(duì)于高溫具有抵抗性，一般建筑中所使用的耐火玻璃可以耐受五百攝氏度左右的高溫，具有極高的安全性與穩(wěn)定性，不會(huì)由于高溫而炸裂，能夠?yàn)榛馂?zāi)救援以及被困人員的安全撤離提供有效的疏散通道，進(jìn)而為建筑的整體安全提供強(qiáng)有力的保障。耐火玻璃的種類構(gòu)成大致可以分為：防火夾層玻璃、薄涂型防火玻璃、防火夾絲玻璃和單片防火玻璃。這些防火玻璃的類型和種類的不同主要是由于其工作的原理和結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)有所不同，因而適合的應(yīng)用場(chǎng)合和有所不同，例如：防火夾層玻璃的結(jié)構(gòu)構(gòu)成一般比較復(fù)雜，但是防火的效果非常好，固定起來(lái)以后結(jié)構(gòu)具有十分強(qiáng)大的穩(wěn)定性。因此能夠性對(duì)惡性的大型突發(fā)火災(zāi)安全事故，進(jìn)而對(duì)居民住戶的人身安全起到較好的保護(hù)效果，這類防火玻璃一般會(huì)設(shè)置在安全系數(shù)要求比較高的建筑中，與之相對(duì)性的是投入也比較高。但是從具體層面上來(lái)看，不同的耐火玻璃種類之間最大的差別還是工作的原理方面。

2 耐火玻璃的工作的原理

2.1 防火夾層玻璃的工作原理

防火夾層玻璃的主要結(jié)構(gòu)特征是兩層防火玻璃的中間有著一層具有透光性的防火夾層，這層防火夾層能夠在火災(zāi)逐步蔓延的過(guò)程中保障兩層防火玻璃之間的溫度穩(wěn)定以及安全，進(jìn)而達(dá)到更好的耐高溫的效果。按生產(chǎn)工藝特點(diǎn)來(lái)劃分的話，防火夾層玻璃又可分為復(fù)合型防火玻璃和灌注型防火玻璃。這兩種防火夾層玻璃的主要區(qū)別是玻璃中間的防火夾層的構(gòu)成不同，復(fù)合型防火玻璃是將兩片或兩片以上的單片平板玻璃用膨脹阻燃膠粘結(jié)劑復(fù)合在一起而制成的，具有良好的密封性。通過(guò)這種符合的粘性能夠?qū)ΣＡП旧淼男阅苓M(jìn)行良好的加持，使之具有更強(qiáng)的耐高溫性。與之相對(duì)應(yīng)的灌注型防火玻璃是在兩片或兩片以上的單片平板玻璃的四周，用邊框條密封好，然后由灌注口灌人防火液，經(jīng)膠粘結(jié)封口而制成的。這種結(jié)構(gòu)的好處是具有更強(qiáng)的防火隔熱性能，能夠?qū)馂?zāi)的蔓延而產(chǎn)生的玻璃表面溫度升高起到比較好的控制作用。

2.2 薄涂型防火玻璃的工作原理

薄涂型防火玻璃是日常建筑規(guī)劃中使用比較廣泛的一種耐火玻璃的類型，其主要的優(yōu)點(diǎn)是整體的厚度比較小，不會(huì)影響建筑的美觀性，同時(shí)還能起到比較好的防火作用，能夠?qū)ㄖ陌踩鸬接行У谋Ｕ闲Ч１⊥啃头阑鸩ＡУ墓ぷ髟碇饕峭ㄟ^(guò)在單片或多層平板玻璃基材表面噴涂防火透明液，并使其干燥固化而發(fā)揮作用的。通過(guò)這層表面的防火涂層能夠有效的增強(qiáng)防火玻璃本身的耐火性能，并且還能進(jìn)一步的隔絕外界的熱量，為耐火玻璃發(fā)揮其功能創(chuàng)造了有利條件，有利于耐火玻璃的長(zhǎng)時(shí)間工作以及效果的維持。進(jìn)而為救援和被困人員的脫困創(chuàng)造條件，延長(zhǎng)時(shí)間，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。除此之外，薄涂型防火玻璃在遇到火災(zāi)時(shí)，其防火涂層還能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行膨脹，進(jìn)而形成致密的防火保護(hù)層，保護(hù)玻璃基板，防止火災(zāi)的進(jìn)一步蔓延[1]。

2.3 夾絲型防火玻璃的工作原理

夾絲型防火玻璃主要的設(shè)計(jì)和工作原理是通過(guò)壓延法來(lái)對(duì)玻璃液進(jìn)行成型處理，并將經(jīng)過(guò)預(yù)熱的金屬絲或金屬網(wǎng)壓人玻璃板中，制成夾絲玻璃。夾絲玻璃是一種具有高度安全性的耐火玻璃，本身的結(jié)構(gòu)十分致密，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性，在應(yīng)對(duì)火災(zāi)的溫度升高和壓力增加時(shí)都表現(xiàn)出了良好的性能。夾絲玻璃的優(yōu)越性能主要還是與其制作的工藝有關(guān)，壓延法的使用使得夾絲型防火玻璃的性質(zhì)具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。夾絲型防火玻璃在生產(chǎn)的過(guò)程中，其中間的夾層是由金屬網(wǎng)構(gòu)成的，這種特殊的結(jié)構(gòu)會(huì)使得夾絲型防火玻璃在受到火災(zāi)中的外界壓力的時(shí)候?qū)⒓磳⑵扑榈牟Ａ槠潭ㄔ诮饘俳z上，進(jìn)而大大降低的由于玻璃破裂而導(dǎo)致的二次傷害發(fā)生的可能性。除此之外，還能夠阻止火焰穿透整面玻璃，進(jìn)而起到阻止火焰蔓延的作用。

2.4 單片防火玻璃的工作原理

單片防火玻璃是采用物理與化學(xué)方法對(duì)普通玻璃進(jìn)行處理，使其表層性能改變，從而改善防火玻璃耐火能力的抗熱應(yīng)力性能，這里玻璃的處理流程相對(duì)比價(jià)簡(jiǎn)單，因而其價(jià)格相較于其他的幾種耐火玻璃來(lái)說(shuō)就便宜一些，但是也具有相當(dāng)強(qiáng)的防火能力。單片防火玻璃能夠在火焰的沖擊之下保障其整體的完整性不收到破壞，并且能夠耐受較為強(qiáng)烈的高溫環(huán)境，從而達(dá)到在火災(zāi)中阻止火焰穿破玻璃的效果。除此之外，單片防火玻璃本身的自重也比較輕，并且外觀與普通玻璃相比差別不大，因而也具有一定程度上的裝飾作用，十分適合在日常的建筑裝修中進(jìn)行大量的推廣與使用。也正是因?yàn)橐陨显?，單片防火玻璃在建筑行業(yè)的使用越來(lái)越廣泛，也非常容易為人們所接受。

3 框架式防火玻璃隔斷受火過(guò)程

3.1 初始應(yīng)力場(chǎng)的受火升溫

框架式防火玻璃在應(yīng)對(duì)火災(zāi)的沖擊時(shí)，首先要面對(duì)的是火焰的發(fā)散而帶來(lái)的初始應(yīng)力場(chǎng)?；鹧嬖诳蚣苁椒阑鸩ＡУ闹車霈F(xiàn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鋼化玻璃的表面升溫，并且在升溫的過(guò)程中，會(huì)使得普通玻璃的升溫帶動(dòng)防火玻璃的升溫，并在框架式防火玻璃隔斷的周圍產(chǎn)生一個(gè)溫度場(chǎng)，這是一個(gè)對(duì)防火玻璃的性能進(jìn)行考驗(yàn)的過(guò)程，并且溫度是逐步進(jìn)行升高的。框架式防火玻璃隔斷中的防火玻璃的應(yīng)力場(chǎng)以及熱傳遞的過(guò)程實(shí)際上是與普通玻璃相類似的，但是與之不同的是防火玻璃對(duì)于溫度的升高的承受能力更強(qiáng)，進(jìn)而起到更強(qiáng)的防火效果。而初始的應(yīng)力場(chǎng)受火升溫只是框架式防火玻璃隔斷的受火流程中的第一個(gè)流程。

3.2 多重應(yīng)力場(chǎng)疊加受火過(guò)程

隨著外部的火焰的不斷擴(kuò)散，會(huì)在框架式防火玻璃隔斷的周圍產(chǎn)生多重應(yīng)力場(chǎng)疊加的情況，有時(shí)候甚至能夠達(dá)到三重應(yīng)力場(chǎng)之多。在這樣的情形之下，應(yīng)力場(chǎng)的疊加與變動(dòng)過(guò)程為框架式防火玻璃隔斷的性能提出了第二層的考驗(yàn)。應(yīng)力場(chǎng)的多重疊加會(huì)使得防火玻璃內(nèi)部的主要應(yīng)力發(fā)生變動(dòng)，進(jìn)而對(duì)防火玻璃的性能產(chǎn)生影響。當(dāng)內(nèi)部的應(yīng)力達(dá)到105Mpa左右的時(shí)候，溫度尚未達(dá)到轉(zhuǎn)折點(diǎn)，但是防火玻璃的內(nèi)部應(yīng)力已經(jīng)幾乎達(dá)到抗拉的極限。在多重應(yīng)力場(chǎng)的共同作用之下，防火玻璃會(huì)對(duì)火災(zāi)中的應(yīng)力場(chǎng)以及溫度的升高產(chǎn)生明顯的抵抗，并且玻璃鋼化殘余的壓應(yīng)力對(duì)火災(zāi)中產(chǎn)生的熱拉應(yīng)力有明顯的抵消作用，使玻璃開裂時(shí)間有明顯的推遲，有效的減少了火災(zāi)中多重應(yīng)力場(chǎng)沖擊帶來(lái)的安全威脅[2]。

3.3 火災(zāi)結(jié)束后的退火階段

在框架式防火玻璃隔斷經(jīng)受住多重的受火過(guò)程考驗(yàn)之后，將會(huì)面臨火災(zāi)逐步結(jié)束之后的退火過(guò)程。在這一過(guò)程中，溫度的變化是十分明顯的，防火玻璃的溫度場(chǎng)云圖的變化過(guò)程是與普通玻璃的溫度場(chǎng)變化過(guò)程想類似的，當(dāng)溫度降至一定的范圍之后，防火玻璃的溫度超過(guò)其溫度的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，并開始接近退火點(diǎn)。在馬上要達(dá)到退火點(diǎn)的時(shí)候，防火玻璃表面的彈性模量逐步退化，此時(shí)的防火玻璃應(yīng)力狀態(tài)接近于普通的玻璃，并逐步開始進(jìn)行性能的恢復(fù)。當(dāng)火災(zāi)完全結(jié)束且空氣中的溫度降低到正常水平之后，框架式防火玻璃隔斷中的防火玻璃溫度以及應(yīng)力也基本恢復(fù)到日常水平，性能仍然保持在可以應(yīng)對(duì)下一次事故的狀態(tài)。

4 影響框架式防火玻璃隔斷耐火性能的主要因素

4.1 防火玻璃的厚度

框架式防火玻璃隔斷主要是由防火玻璃以及金屬框架構(gòu)成的，而在這其中為防火功能的發(fā)揮起到?jīng)Q定性作用的就是防火玻璃的性能以及防火玻璃本身的結(jié)構(gòu)等參數(shù)，實(shí)際上防火玻璃的厚度是影響框架式防火玻璃隔斷性能因素中的重中之重。防火玻璃在火災(zāi)中進(jìn)行溫度防護(hù)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到不同方向上的火焰的沖擊，而一旦出現(xiàn)防火玻璃的厚度不均勻的情況，就非常容易導(dǎo)致在不同的厚度方向上的火焰散熱不均勻，進(jìn)而影響防火玻璃的防火性能。而歸根結(jié)底，影響防火玻璃表面不均勻的主要因素還是防火玻璃的厚度不夠的問(wèn)題，防火玻璃的厚度對(duì)于防火玻璃的表面均勻性具有決定性的作用，只有受熱均勻的防火玻璃才能夠進(jìn)一步應(yīng)對(duì)多重應(yīng)力場(chǎng)的干擾，進(jìn)而保障防火玻璃的耐火性能[3]。而玻璃鋼化殘余壓應(yīng)力與厚度關(guān)系基本呈線性，殘余壓應(yīng)力大小隨玻璃厚度增大而增大。

4.2 防火玻璃的平面尺寸

防火玻璃的平面尺寸是影響框架式防火玻璃隔斷的又一重要影響因素，防火玻璃在經(jīng)過(guò)表面的鋼化處理之后，玻璃面板的壓力會(huì)逐步增強(qiáng)，在火勢(shì)逐步蔓延的過(guò)程中，防火玻璃的表面所承受的應(yīng)力首先會(huì)逐漸增強(qiáng)，在初始階段的玻璃面板所承受的應(yīng)力是比較均勻的，但是隨著應(yīng)力場(chǎng)的重合以及溫度的逐步升高，導(dǎo)致距離防火玻璃邊緣兩倍厚度左右的位置會(huì)出現(xiàn)類似于中心區(qū)域壓力降低的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)使得防火玻璃由邊緣開始進(jìn)行開裂，進(jìn)而對(duì)防火玻璃的進(jìn)一步使用造成嚴(yán)重的影響，甚至?xí)?duì)框架式防火玻璃隔斷中的被困者的人身安全造成巨大的威脅。因此，防火玻璃的平面尺寸實(shí)際上對(duì)于防火玻璃的防火效果來(lái)說(shuō)是十分重要的，防火玻璃的平面尺寸決定了防火玻璃的殘余應(yīng)力分布與大小，并且通過(guò)改變平面與防火玻璃厚度的比例還能為防火玻璃的耐火性產(chǎn)生重要的影響[4]。

5 提升框架式防火玻璃隔斷耐火性能的主要手段

5.1 在合理的范圍內(nèi)加寬防火玻璃的厚度

防火玻璃的厚度是與防火玻璃的表面均勻性以及防火玻璃的耐火性能息息相關(guān)的指標(biāo)之一，對(duì)于防火性能的展現(xiàn)以及應(yīng)力的承受能力都起到了關(guān)鍵性的作用。因此，防火玻璃的厚度該如何進(jìn)行規(guī)定與建設(shè)是進(jìn)行框架式防火玻璃隔斷建設(shè)的主要討論目標(biāo)。由于防火玻璃在建設(shè)初期的工藝處理中，需要在升溫階段進(jìn)行整體溫度的控制，讓防火玻璃的表面適應(yīng)溫度的升高，并對(duì)升溫而產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行合理的對(duì)抗，這使得防火玻璃必須要具備一定的厚度，使之能夠更好的應(yīng)對(duì)應(yīng)力的變化以及溫度的變化。在初期的溫度變化中，防火玻璃的內(nèi)部表現(xiàn)為拉應(yīng)力，隨著溫度的逐步上升，防火玻璃的拉應(yīng)力會(huì)逐步消失，進(jìn)而形成內(nèi)部的壓應(yīng)力，并抵抗住溫度的上升為防火玻璃內(nèi)部帶來(lái)的壓應(yīng)力。而在建筑的過(guò)程中，為了考慮到建設(shè)的場(chǎng)地要求以及建筑空間的合理規(guī)劃性，要在合理的范圍內(nèi)選擇厚度較大的防火玻璃[5]。

5.2 根據(jù)應(yīng)力的變化來(lái)調(diào)節(jié)防火玻璃的表面寬厚比

在溫度不斷升高的過(guò)程中，整個(gè)框架式防火玻璃隔斷的周圍都會(huì)產(chǎn)生不同的應(yīng)力場(chǎng)，這些應(yīng)力場(chǎng)會(huì)對(duì)防火玻璃的表面產(chǎn)生巨大的沖擊，并且伴隨著應(yīng)力的變化還會(huì)使得防火玻璃的內(nèi)部發(fā)生一定的改變，進(jìn)而影響其耐火功能。而內(nèi)部結(jié)構(gòu)的主要問(wèn)題就是內(nèi)部結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫以及結(jié)構(gòu)上的凹陷等問(wèn)題，這些問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因是由于防火玻璃的表面寬厚比沒(méi)有依據(jù)應(yīng)力的變化來(lái)及時(shí)的進(jìn)行調(diào)節(jié)。火災(zāi)在剛剛發(fā)生的時(shí)候，如果防火玻璃沒(méi)有及時(shí)的調(diào)整好應(yīng)力狀態(tài)，則十分容易在最為脆弱的邊部表面開始開裂，進(jìn)而影響其防火效果。而如果提升初始階段的防火玻璃相對(duì)表面強(qiáng)度，則玻璃開裂時(shí)間將會(huì)延后，從而實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)玻璃隔斷耐火時(shí)間、提高耐火性能的作用，這也證明了防火玻璃隔斷的有效性[6]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在框架式防火玻璃的安裝與設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要充分的考慮到建筑現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境以及防火等級(jí)的要求，根據(jù)不同厚度、平面尺寸的防火玻璃所產(chǎn)生殘余應(yīng)力場(chǎng)的類型以及強(qiáng)度去選擇防火玻璃隔斷的玻璃厚度、平面尺寸等參數(shù)，并使之能夠達(dá)到最好的防火效果的同時(shí)減少不必要的支出與資源浪費(fèi)。通過(guò)隔斷式防火玻璃隔斷的設(shè)置，能夠有效地減少火災(zāi)中喪生和受傷的人數(shù)，為進(jìn)一步的救援爭(zhēng)取寶貴的空間，進(jìn)而保障人們的生活安全。