玻璃幕墙材料防火选择要点分析

玻璃幕墙材料防火选择要点分析

刘培培

北京建威幕墙工程有限公司 ,北京 100070

摘要：随着城市化发展，在我国高层及超高层建筑中，玻璃幕墙成为当前最流行、应用较广的建筑外围护形式。玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰，不仅增强了建筑的视觉效果，还从根本上减轻了建筑自身所承受的重量，因其安装方便，从根本上减少了人力机械投入，缩短了建设周期，降低了施工企业的施工成本。随着玻璃幕墙大范围使用，玻璃幕墙的缺陷问题也随之暴露：防火性能差。一旦发生火灾时，幕墙玻璃燃烧受热达到耐火极限而破碎、脱落，会成为火势蔓延的通道，将火烟向上传导，影响对建筑上层人员的援救，同时脱落的玻璃及构件材料等，也对建筑下方人员生命安全造成威胁，如何提升玻璃幕墙防火功能，更全面的满足建筑防火要求，本文就玻璃幕墙材料选择要点进行分析。

关键词： 玻璃幕墙；防火玻璃；钢结构；防火涂料；防火封堵

一、玻璃幕墙火灾特点

1、耐火能力：由于幕墙多采用支撑龙骨和玻璃构成，受耐火极限限制，当发生火灾时，玻璃容易造成大面积的爆裂破碎事故，严重时形成“引火风道”，易造成垂直方向上建筑幕墙与水平楼板之间火灾的扩散，破碎脱落的玻璃也会对下方人员生命安全造成严重威胁；支撑龙骨会因火的高温而迅速升温，达到一定温度后龙骨本身支撑强度迅速降低，失去结构支撑能力而垮塌，同时，钢材龙骨因其很好的热传导能力，高温会快速蔓延，出现更大面积龙骨支撑能力失效而垮塌现象，从而酿成更大的火灾事故。

2、缝隙密封：玻璃幕墙和楼板之间留有较大的缝隙，若没对其进行密封或密封不好，火灾中会形成“烟囱效应”，使烟气与火焰向上扩散，造成蔓延。同时填充缝隙的防火密封胶等密封材料使用不当，火灾中密封失效，也会导致火灾毒烟的扩散和周边温度升高而火灾蔓延。

3、设计及施工：设计中对分区及封堵设计不当，施工中未采取有效的竖向和水平防火分隔，防火封堵操作不当等，一旦火灾发生，会导致火势会沿幕墙的外壁及内侧向邻近楼层蔓延，增大火灾危险。

二、玻璃幕墙材料防火选择要点分析

玻璃幕墙在建筑结构上主要以玻璃覆盖幕墙，另配以轻钢骨架材料、密封材料、其他填充材料等构成。下面从玻璃、钢骨架及密封材料选择上，分析如何使玻璃幕墙有更好的防火能力：

1、 防火玻璃选择

从玻璃幕墙火灾中特点可知，玻璃最大的问题是破碎、脱落，故在选材上应选择耐火强度高且不易破碎散落的防火钢化玻璃。对于幕墙有防火等级要求的，应按设计要求，选择适合的防火玻璃。

幕墙常见防火玻璃分为单片完整型、夹丝防火玻璃、特种防火玻璃、中空防火玻璃、高强度铯钾防火玻璃几种。从耐火性能等级划分，防火玻璃可分为0.5h、1h、1.5h、2h、3h五个等级。

单片完整型防火玻璃是由单层玻璃构造的防火玻璃，具有低热膨胀率的优点，在一段时间内可以保持高温下玻璃软化而不破碎，通过保持玻璃的完整性阻挡迎火面的明火，但不能隔温绝热。

夹丝防火玻璃也被称为安全玻璃，是在两层玻璃中间的有机胶片或无机胶粘剂的夹层中再加入金属丝、网物，而制成的复合玻璃体。加入了丝或网后，有仅可提高防火玻璃的整体抗冲击强度，而且能与电加热和安全报警系统相连接起到多种功能的作用。该防火玻璃唯一的缺陷是透光度欠佳。

特种防火玻璃是指采用的玻璃基片为特种成分的玻璃，而非普通平板玻璃成分的玻璃。它主要有硼硅酸盐防火玻璃、铝硅酸盐防火玻璃、微晶防火玻璃等。其共同的特点是：由于和普通玻璃成分的不同，玻璃的软化点较高，一般都在900℃以上，热膨胀系数低，在强大的火焰下一般不会因高温而变形或炸裂，但生产成本高、市场价格贵，一般难以接受。

中空防火玻璃是由两层或多层防火玻璃构成，四周用高强高气密性复合粘结剂，将两片或多片玻璃与密封条、玻璃条粘接、密封。中间充入干燥气体，框内充以干燥剂，以保证玻璃片间空气的干燥度。中空防火玻璃具有卓越的防火性能，它在高达1000℃的火焰冲击下能保持96~183分钟不炸裂，从而有效地阻止火焰与烟雾的蔓延，有利于第一时间发现火情，保证受灾人群有足够长的时间撤离现场，并为救灾工作争取了时间。解决了普通玻璃外墙防火性能差这个致命的弱点，大大提高了玻璃外墙的安全系统。中空防火玻璃已经通过国家防火建筑材料质量监督检验中心的检验，为应用该防火玻璃提供了可靠的保证。

高强度铯钾防火玻璃，是通过特殊化学处理在高温状态下进行二十多小时离子交换，替换了玻璃表面的金属钠，形成低膨胀硅酸盐玻璃，膨胀系数为1.8*10-6/0F (3.24*10-6/K)，故具备高效的抗热性能，同时通过物理处理后，玻璃表面形成高强的压应力，大大提高了抗冲击强度，当玻璃破碎时呈现微小颗粒状态，减少对人体造成伤害!单片铯钾防火玻璃的强度是普通玻璃的6-12倍，是钢化玻璃的1.5-3倍。铯钾防火玻璃与传统灌浆防火玻璃相比，除了高强度、容易安装之外，最大的特点是高耐候性!化学灌浆防火玻璃除了在制作过程中容易出现气泡外，在紫外线照射及火焰作用下会很快变成乳白色，失去了玻璃通透的基本功能，从而无法观察火灾情况。单片铯钾防火玻璃在紫外线及火焰作用下依然保持通透功能，无任何变化。单片铯钾防火玻璃除具备以上的防火性能及高强度外，同时可以深加工成夹层安全防火玻璃、中空防火玻璃、防弹防火玻璃、镀膜防火玻璃等多样化产品。

2、幕墙骨架材料的选择

防火玻璃必须与幕墙骨架一起系统的完成防火，而不只是考虑防火玻璃；如果骨架不防火，在发生火灾时就容易软化、变形，再好的防火玻璃也起不到应有的作用。

轻钢型材是更广泛适用的玻璃幕墙骨架材料。由于钢结构自身不燃，钢结构的防火隔热保护问题曾一度被人们忽视。根据国内外有关资料报道及有关机构的试验和统计数字表明，钢结构建筑的耐火性能较砖石结构和钢筋混凝土结构差。钢材的机械强度随温度的升高而降低，在500℃左右，其强度下降到40%~50%，钢材的力学性能，诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降，很快失去支撑能力，导致建筑物垮塌。因此，对钢结构进行保护势在必行。

防火涂料刷涂或喷涂在钢结构表面，起防火隔热作用，防止钢材在火灾中迅速升温而降低强度，避免钢结构失去支撑能力而导致建筑物垮塌。而钢龙骨及其连接件表面的防火涂层必须按要求选择合适的。防火涂料的防火原理大致可归纳为以下五点:

⑴、防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触，延迟物体着火和减少燃烧的速度。

⑵、防火涂料具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。

⑶、防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢。

⑷、含氮的防火涂料受热分解出NO、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。

⑸、膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体，延迟热量与基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。

钢结构龙骨一般采用的都是薄涂型和超薄涂型防火涂料。

涂层厚度在3～7mm的钢结构防火涂料称为薄涂型钢结构防火涂料。该类涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的升温，保护钢构件。这类钢结构涂料一般是用合适的乳胶聚合物作基料，再配以阻燃剂、添加剂等组成。对这类防火涂料，要求选用的乳液聚合物必须对钢基材具有良好附着力、耐久性和耐水性。常用作这类防火涂料基料的乳液聚合物有苯乙烯改性的丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液、偏氯乙烯乳液等。对于用水性乳液作基料的防火涂料，阻燃添加剂、颜料及填料是分散到水中的，因而水实际上起分散载体的作用，为了使粒状的各种添加剂能更好地分散，还加入分散剂，如常用的六偏磷酸钠等。该涂料一般分为底层(隔热层)和面层(装饰层)，其装饰性比厚涂型好，施工采用喷涂，一般使用在耐火极限要求不超过2h的建筑钢结构上。

超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度不超过3mm的钢结构防火涂料，这类防火涂料受火时膨胀发泡，形成致密的防火隔热层，是近几年发展起来的新品种。它可采用喷涂、刷涂或辊涂施工，一般使用在要求耐火极限2h以内的建筑钢结构上。与薄涂型钢结构防火涂料相比，超薄型膨胀钢结构防火涂料黏度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好。在满足防火要求的同时又能满足高装饰性要求，特别是对裸露的钢结构，这类涂料是备受用户青睐的钢结构防火涂料。由于国内研究超薄型钢结构防火涂料的时间还较短，对涂膜的防火性能及理化性能研究虽然进展较快，但是要提出效果优异的适合于室外应用的超薄型钢结构防火涂料，还需要在其耐候性方面作进一步研究。从建筑发展看，超薄型钢结构防火涂料将是今后发展的方向。

3、密封材料选择

通常幕墙防火的密封都是采用防火胶条或防火密封胶，这些看似辅助配套的材料同样也非常重要，不起眼的密封胶等失效，同样会导致火灾蔓延，但必须保证在有效期间内使用。

三、玻璃幕墙设计与施工中防火要点分析

玻璃幕墙做为建筑外围防护体系，在火灾发生时，其主要作用是防止火灾的蔓延，故单从几种材料上注意防火远远不够，还需要配合整体设计及完整的施工流程才能更好起到防火效果。

1. 加强幕墙设计规范：在玻璃幕墙设计中，首先应考虑材料的耐火完整性，根据其所在建筑物的耐火等级及具体部位的防火要求来确定；其次合理有效地设计阻挡火灾产生的烟气，避免形成烟囱效应，保证疏散通道畅通；再次玻璃幕墙隔热性也应考虑，否则火灾产生的热量通过防火玻璃后大量的热辐射导致背火面的易燃物燃烧，也没有起到防火的作用。除此外，应严格遵守《高层建筑设计防火规范》、《玻璃幕墙工程技术规程》及《建筑设计防火规范》等要求确保防火封堵填充材料耐火极限，防火封堵系统伸缩变形能力、密封性和耐久性等符合设计标准。

2、加强施工安全监管：（1）在施工中应选择资质完善，技术过硬、信誉较好的施工单位；(2)施工单位严格按《建筑设计防火规范》等执行，保证施工工序及施工质量。（3）依《建筑防火设计规范》等标准，做好楼板外延墙体检查、缝隙封堵、灭火救援窗的设置等；做好防火结构及防火节点的隐蔽验收；确保使用的防火玻璃、填充材料、封堵材料等供应厂家检验报告资料同消防设计文件一致。

四、结语

总之，玻璃幕墙在防火材料选择上应结合多种材料的优势，优化组合玻璃幕墙产品的防火构造及其抵抗火灾的能力，在幕墙设计上更加规范和周全，在施工中技术过硬，施工用材料及工序严格把关，才能使幕墙更好的起到防火效果。

参考文献：

1. 舒帆 玻璃幕墙防火设计与火灾自救[J] 中国建筑金属结构，2009（25-32）

2. 康镪，吴玉磊，建筑幕墙防火材料选择及防火要点[J] 建筑设计管理 2011(11)

3. 周白霞 防火玻璃在高层建筑幕墙中应用的思考[J].四川建筑科学研究.2014（04）