第4章 防火材料

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,教學(xué)目的與要求：,了解：,常見材料類型、未來發(fā)展趨勢(shì),熟悉：,火災(zāi)特性,掌握：,燃燒原理、防火機(jī)理、常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目,難點(diǎn)與重點(diǎn)：,燃燒原理、防火機(jī)理,講授課時(shí)安排：,2,課時(shí),章節(jié)要求,學(xué)習(xí)要求：,筆記（重點(diǎn)和難點(diǎn)）,閱讀最新文獻(xiàn),物質(zhì)的燃燒原理,燃燒,Combustion,：,通常伴有火焰或生煙現(xiàn)象的物質(zhì)的放熱氧化反應(yīng)。,（,i.e.,有焰,/,無焰，生熱,/,發(fā)光，化學(xué)過程）,火,Fire,：,以放熱為特點(diǎn)并伴隨煙和火焰的燃燒過程。,火的三要素,熱度,氧氣,燃料,火的四要素,燃料,熱度,氧氣,鏈反應(yīng),RH+0.5O,2,R,+,OH ,建筑材料的火災(zāi)特性,燃燒性能,耐火極限,燃燒時(shí)的毒性,燃燒時(shí)的發(fā)煙性,材料燃燒或遇火時(shí)所發(fā)生的一切物理、化學(xué)變化,著火的難易程度,火焰?zhèn)鞑ニ俣?燃燒時(shí)的發(fā)熱量,在標(biāo)準(zhǔn)耐火條件下，從受到火的作用時(shí)起，到失去穩(wěn)定性、完整性,或隔熱性時(shí)止的這段時(shí)間，通常用小時(shí)（,h,）來表示,決定建筑物在火災(zāi)中的穩(wěn)定性和火災(zāi)發(fā)展速度,材料熱分解產(chǎn)物對(duì)人體的毒害作用,材料的燃燒產(chǎn)物對(duì)人體的毒害作用,材料在燃燒或熱解作用中所產(chǎn)生的懸浮在大氣中可見的固體和液體微粒,（固體微粒：碳粒子 ； 液體微粒：焦油狀液滴）,燃燒性能,按,建筑材料燃燒性能分級(jí)方法,GB86-1997,級(jí)別,名稱,分級(jí)標(biāo)志,A,不燃材料,GB8624(A),B,1,難燃材料,GB8624(,B,1,),B,2,可燃材料,GB8624(,B,2,),B,3,易燃材料,GB8624(,B,3,),建筑物構(gòu)件的耐火等級(jí)：,4,級(jí),高層民用建筑的耐火等級(jí)：,2,級(jí),裝修材料燃燒性能等級(jí)：,4,級(jí),娛樂場(chǎng)所、圖書資料庫和檔案庫,內(nèi)部各部位裝修材料的燃燒性能,等級(jí)有何異同？為什么？,鋪地材料,熱塑性塑料,不燃性建筑材料,，在空氣中受到火燒或高溫作用時(shí)不起火、不微燃、不碳化。如花崗石、大理石、水磨石、水泥制品、混凝土制品、石膏板、石灰制品、粘土磚、玻璃、陶瓷、馬賽克、鋼材、鋁合金制品等。,難燃性建筑材料,，在空氣中受到火燒或高溫作用時(shí)難起火、難微燃、難碳化，當(dāng)火源移走后，燃燒或微燃立即停止。如紙面石膏板、水泥刨花板、難燃膠合板、難燃中密度纖維板、難燃木材、硬質(zhì),PVC,塑料地板、酚醛塑料等。,可燃性建筑材料,，在空氣中受到火燒或高溫作用時(shí)，立即起火或微燃，而且火源移走以后仍繼續(xù)燃燒或微燃。如天然木材、木制人造板、竹材、木地板、聚乙烯塑料制品等。,易燃性建筑材料,，在空氣中受火燒或高溫作用時(shí)，立即起火，且火焰?zhèn)鞑ニ俣群芸?。如有機(jī)玻璃、賽璐珞、泡沫塑料等。,耐火極限的判定條件,（三）失去絕熱性,1.,標(biāo)志：下列兩個(gè)條件之一 （,1,）試件背火面測(cè)溫點(diǎn)平均溫升達(dá),140,； （,2,）試件背火面測(cè)溫點(diǎn)任一點(diǎn)溫升達(dá),180.,2.,建筑構(gòu)件耐火極限三個(gè)判定條件： （,1,）分隔構(gòu)件（隔墻、吊頂、門窗）：失去完整性或絕熱性； （,2,）承重構(gòu)件（梁、柱、屋架）：失去穩(wěn)定性； （,3,）承重分隔構(gòu)件（承重墻、樓板）,:,失去穩(wěn)定性或完整性或絕熱性,（一）失去穩(wěn)定性,構(gòu)件在試驗(yàn)過程中失去支持能力或抗變形能力,（,1,）外觀判斷：,如墻發(fā)生垮塌；梁板變形大于,L/20,；柱發(fā)生垮塌或軸向變形大于,h/100,（,mm,）或軸向壓縮變形速度超過,3h/1000,（,mm/min,）；,（,2,）受力主筋溫度變化：,16Mn,鋼，,510,。,（二）失去完整性,標(biāo)志：,出現(xiàn)穿透性裂縫或穿火的孔隙,不燃？難燃？可燃？易燃？,氧指數(shù),oxygen index,阻燃時(shí)間,inhibiting time,續(xù)燃時(shí)間,continued-burning time,陰燃時(shí)間,hidden-burning time,損毀長(zhǎng)度,char length,平均燃燒時(shí)間,平均燃燒高度,B,1,平均燃燒范圍,B,2,定性,定量,是在規(guī)定條件下，試樣在氧、氮混合氣流中，剛好維持發(fā)焰燃燒所需的最低氧氣濃度，以氧所占混合氣體的體積百分?jǐn)?shù)表示。,氧指數(shù),22,，易燃材料,氧指數(shù),22-27,，可燃材料,氧指數(shù),27,，難燃材料,織物阻燃性能測(cè)試儀,（垂直法）,在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)有焰燃燒終止后，或者離開火源后，材料持續(xù)無焰燃燒的時(shí)間,在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，移開火源后材料持續(xù)有焰燃燒的時(shí)間,在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)有焰燃燒終止后，或者移開火源后，材料持續(xù)無焰燃燒的時(shí)間,在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，材料損毀面積在規(guī)定方向上的最大長(zhǎng)度,防火阻燃措施,（防火機(jī)理）,降低,聚合物的,分解程度,減少,從材料中高溫分解出來的,能夠助燃的氣體,凝聚相阻燃,氣相阻燃,中斷熱交換阻燃,防火阻燃措施,（防火機(jī)理）,凝聚相阻燃,氣相阻燃,中斷熱交換阻燃,防火阻燃措施,（防火機(jī)理）,加速聚合物的軟化，流動(dòng)，隔離膜，,降低可燃性,涂層涂覆或在聚合物表面能形成碳化層，,熱屏障作用,凝聚相阻燃,氣相阻燃,中斷熱交換阻燃,常用的防火材料,防火板,木質(zhì)防火門,防火木制窗框,防火卷簾,防火貯物箱,防火玻璃,防火涂料,防火封堵材料,（一）纖維增強(qiáng)硅酸鈣板,以粉煤灰、電石泥等工業(yè)廢料為主，采用天然礦物纖維和其他少量纖維材料增強(qiáng)，以圓網(wǎng)抄取法生產(chǎn)工藝制坯，經(jīng)高壓釜蒸養(yǎng)而制成的輕質(zhì)、防火建筑板材,特點(diǎn),1,.,纖維分布均勻、密實(shí)性好,2.,較好的防火、隔熱、防潮性能、不腐爛變質(zhì)，不變形，耐老化,3.,表面平整光潔，加工方便,適用范圍,：,廣泛用于工業(yè)和民用建筑的吊頂、隔墻級(jí)墻裙裝飾，也可用于列車箱、船舶隔艙、隧道、地鐵和其他地下工程的吊頂、隔墻、護(hù)壁等,硅鈣板,（二）泰柏板,強(qiáng)化鋼絲焊接而成的三維籠為構(gòu)架，阻燃,EPS,泡沫塑料芯材組成,特點(diǎn),1,.,重量輕、強(qiáng)度高,2.,防火、抗震、隔熱、隔音、抗風(fēng)化，耐腐蝕的優(yōu)良性能,3.,組合性強(qiáng)、易于搬運(yùn)，適用面廣，施工簡(jiǎn)便,適用范圍,：,廣泛適用于高層多層工民建筑物,泰柏板,（三）礦棉防火裝飾吸音板,以不燃材料礦棉（巖棉）為主要原料，加入適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑。防潮劑、防腐劑、增加劑等，采用濕法生產(chǎn)，經(jīng)烘干加工而成,特點(diǎn),1,.,化學(xué)穩(wěn)定性好，無毒,2.,防蟲蛀，不易腐蝕，不吸潮,3.,保濕隔熱，阻止火災(zāi)蔓延,適用范圍,：,廣泛適用于工業(yè)與民用建筑需要安裝吊頂?shù)膱?chǎng)所,礦棉防火裝飾吸音板,（四）膨脹珍珠巖裝飾吸聲板,以珍珠巖為原材料，進(jìn)行單獨(dú)膨化，加入氟硅酸、水玻璃等添加劑，然后加壓、干燥制成,特點(diǎn),1,.,質(zhì)輕、吸音,2.,耐水耐火，經(jīng)久耐用,3.,憎水、防潮、施工方便,適用范圍,：,廣泛適用于影劇院、禮堂、多功能廳、舞廳、客廳、寫字樓、教室、車站、碼頭、候機(jī)樓、商場(chǎng)、賓館、電子機(jī)房等建筑吸聲吊頂,膨脹珍珠巖裝飾吸聲板,建筑防火涂料,建筑防火涂料的組成與分類,建筑防火涂料的防火原理,飾面型防火涂料,鋼結(jié)構(gòu)防火涂料,預(yù)應(yīng)力混凝土樓板防火涂料,建筑防火涂料組成與分類,(1),建筑防火涂料的,組成,實(shí)現(xiàn)其防火功能的途徑,建筑防火涂料是施用于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性、阻滯火災(zāi)的迅速蔓延，或是施用于建筑構(gòu)件上，用以提高構(gòu)件的耐火極限的一種特種涂料。,防火涂料涂覆在基材表面，除具有阻燃作用以外，還具有防銹、防水、防腐、耐磨、耐熱以及涂層堅(jiān)韌性、著色性、黏附性、易干性和一定的光澤等性能。,防火涂料本身是不燃的或難燃的，不起助燃作用，其,防火原理,是涂層能使底材與火,(,熱,),隔離，從而延長(zhǎng)了熱侵入底材和到達(dá)底材另一側(cè)所需的時(shí)間，即延遲和抑制火焰的蔓延作用。,侵入底材所需的時(shí)間越長(zhǎng)，涂層的防火性能越好,，因此，防火涂料的,主要作用應(yīng)是阻燃,，在起火的情況下，防火涂料就能起防火作用。,防火涂料的組成,除一般涂料所需的成膜物質(zhì)、顏料、溶劑以及催干劑、增塑劑、固化劑、懸浮劑、穩(wěn)定劑等助劑以外，還需,添加一些特殊阻燃、隔熱材料,。,防火涂料的防火機(jī)理,大致可歸納為以下五點(diǎn)（,火四要素理論,）：,(1),防火涂料本身具有難燃性或不燃性，使被保護(hù)基材,不直接與空氣接觸,而延遲物體著火和減小燃燒的速度。,(2),防火涂料除本身具有難燃或不燃性外，它還,具有較低的導(dǎo)熱系數(shù),，可以延遲火焰溫度向被保護(hù)基材的傳遞。,(3),防火涂料受熱分解出不燃的,惰性氣體,，沖淡被保護(hù)物體受熱分解出的可燃性氣體，使之不易燃燒或燃燒速度減慢。,(4),含氮的防火涂料,受熱分解出,N0,、,NH,3,等基團(tuán)，與有機(jī)游離基化合，中斷連鎖反應(yīng)，降低溫度。,(5),膨脹型防火涂料,受熱膨脹發(fā)泡，形成碳質(zhì)泡沫隔熱層，封閉被保護(hù)的物體，延遲熱量向基材的傳遞，阻止物體著火燃燒或因溫度升高而造成的強(qiáng)度下降。,非膨脹型防火涂料防火機(jī)理,實(shí)現(xiàn)防火功能的技術(shù)途徑,非膨脹型防火涂料是一種由難燃性或不燃性的,樹脂,及,難燃劑,、,防火填料,等組成的，涂層具有較好的難燃性，能阻止火焰蔓延的特種建筑涂料。,前述的五點(diǎn)防火機(jī)理中,(1),、,(2),、,(3),三點(diǎn)解釋非膨脹型防火涂料的防火機(jī)理較合適。,非膨脹型防火涂料的主要組分：,成膜物質(zhì)：,是難燃性的樹脂，一般為含鹵素、磷、氮之類的高分子合成樹脂，如鹵化的醇酸樹脂、聚酯、環(huán)氧酚醛、氯化橡膠、氯丁橡膠乳液、聚丙烯酸酯乳液等，它們與難燃劑配合可以實(shí)現(xiàn)涂層的難燃化；此外如水玻璃、硅溶膠、磷酸鹽等無機(jī)質(zhì)材料亦可以作為防火涂料的成膜物質(zhì)，由它們組成的涂料涂層具有不燃性、不發(fā)煙和無毒性等特點(diǎn)。,難燃劑：,能增加涂膜難燃性的物質(zhì)稱為難燃劑，常用的有：含磷、鹵的有機(jī)物，如氯化石蠟,+,溴聯(lián)苯醚、磷酸三氯乙醛酯等，另外還有銻系,(Sb,2,0,3,),、硼系,(,硼酸、硼砂、硼酸鋅、硼酸鋁,),、鋁系,Al(0H),3,、鋯系,(,氧化鋯,),等無機(jī)難燃劑。,顏料和填料：,通常的無機(jī)顏料和填料都具有耐燃性，它們均能增加涂層的耐燃和阻燃性，常用的防火填料有云母粉、滑石粉、石棉粉、高嶺土、氧化鋅、碳酸鈣、鈦白、氫氧化鋁、硼酸鋅、偏硼酸鋇、三氧化二銻等。,非膨脹型防火涂料可分為兩類,，即,難燃性防火涂料,和,不燃性防火涂料,。難燃性防火涂料的特點(diǎn)是涂膜自身難燃，自身具有滅火性。難燃性防火涂料又可分為難燃性乳液涂料及含阻燃劑的防火涂料。,難燃性乳液涂料是含有大量無機(jī)顏料的,醋酸乙烯、氯乙烯、丙烯酸乳液,等的一種難燃性涂料，可作難燃性內(nèi)墻和外墻涂料，其一般制造方法同乳膠涂料。,非膨脹型防火涂料正是依賴于它本身的難燃性和不燃性來阻止火焰的傳播，,利用其本身具有的低熱傳導(dǎo)系數(shù)來阻止熱量向基材傳導(dǎo),。它的涂層都較厚，一旦著火，在高溫下就形成一種釉狀物，這種釉狀物結(jié)構(gòu)很致密，能有效地隔絕氧氣，使被保護(hù)的物體因缺氧而不能著火燃燒或降低反應(yīng)速度。而且這種釉狀物還具有,反向熱量的作用*,，它可將著火時(shí)產(chǎn)生的熱量部分反向，從而使基材干餾出可燃性氣體。另外，有些非膨脹型防火涂料的成分中還含有大量的,鹵素化合物,，這些化合物在高溫下可分解出大量的,鹵化氫氣體,，它可,沖淡氧和其他可燃性氣體，,從而抑制燃燒和降低燃燒反應(yīng)速度。,膨脹型防火涂料,分類：,膨脹型防火涂料按分散介質(zhì)的不同可分為,溶劑型防火涂料、乳液型防火涂料、水溶液型防火涂料,。國(guó)內(nèi)目前膨脹型防火涂料的主要品種是膨脹型丙烯酸酯乳膠防火涂料。,防火機(jī)理：,前述五點(diǎn)防火機(jī)理中,(4),、,(5),兩點(diǎn)解釋膨脹型防火涂料的防火機(jī)理較為符合，但也包含著前三點(diǎn)的內(nèi)容。,膨脹型防火涂料受火后的變化較為復(fù)雜，涉及的因素較多。從解釋物質(zhì)燃燒理論出發(fā)，物質(zhì)燃燒是一種反應(yīng)極快的,游離基連鎖反應(yīng),，這種游離基有極高的活潑性，使反應(yīng)以極高的速度進(jìn)行，但也極易在障礙物上相互化合成穩(wěn)定的分子而中斷連鎖反應(yīng)。如果連鎖反應(yīng)的傳遞物是,有機(jī)游離基,，極少的,NO,、,NH,3,就會(huì)大大地降低反應(yīng)速度，因?yàn)?NO,和,NH,3,很容易和有機(jī)游離基化合而使連鎖反應(yīng)中止。,在膨脹型防火涂料受火發(fā)泡形成泡沫層的同時(shí)，被保護(hù)的物體受熱干餾分解出可燃性氣體，接觸火源引起連鎖性的燃燒反應(yīng)，但由于導(dǎo)致連鎖反應(yīng)的游離基碰到組成泡沫的微粒上，連鎖反應(yīng)又立即中斷。磷,-,氮,-,碳體系的膨脹型防火涂料的成分中舍有大量的氮化物，遇火產(chǎn)生,NO,和,NH,3,，也會(huì)破壞連鎖反應(yīng)，這是膨脹型防火涂料,具有持久耐火性,的一個(gè)重要的理論解釋。,技術(shù)需求：,膨脹型防火涂料的特點(diǎn)是當(dāng)涂層受熱達(dá)到一定溫度后即,膨脹到,10,100,倍,以上，這樣在被涂面與火源之間形成海綿狀碳化層，阻止熱量向底材傳導(dǎo)，同時(shí)產(chǎn)生不燃性氣體，使可燃性底材的燃燒速度和燃燒溫度明顯降低，因此膨脹型防火涂料應(yīng)具有下列性質(zhì)：,(1),涂料的,成膜物質(zhì),在需要的溫度下熔化，以利于膨脹，該溫度應(yīng)低于發(fā)泡劑的活化溫度；,(2),應(yīng)在膨脹時(shí)產(chǎn)生,穩(wěn)定的泡沫,；,(3),涂料的,基料,應(yīng)是不易燃燒的或者自身能熄滅的。,膨脹型防火涂料現(xiàn)防火功能的技術(shù)途徑,組分：膨脹型防火涂料是由,難燃樹脂,、,難燃劑,及,成碳劑,、,脫水成碳催化劑,、,發(fā)泡劑,等組成。,涂層在火焰或高溫作用下會(huì)發(fā)生膨脹，形成比原來涂層厚度大幾十倍的泡沫碳質(zhì)層，能有效地阻擋外部熱源對(duì)底材的作用，從而起到能阻止燃燒發(fā)生的一種建筑防火特種涂料。,膨脹型防火涂料阻止燃燒的效果大于非膨脹型防火涂料。,成膜物質(zhì),：,是合成樹脂，有：聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯一乙烯乳液、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯、環(huán)氧一聚硫等。,它們與有機(jī)難燃劑相結(jié)合，使涂層既具有良好的常溫使用性，又具有良好的難燃性。,成碳劑,：,在高溫及火焰作用下，能迅速碳化的物質(zhì)稱為成碳劑，它們是形成泡沫碳化層的物質(zhì)基礎(chǔ)。成碳劑常是含高碳的多羥基,化合物，如,淀粉、季戊四醇,及含羥基的,有機(jī)樹脂,等。,脫水成碳催化劑：,其主要功能是促進(jìn)羥基有機(jī)物脫水碳化，形成不易燃燒的碳質(zhì)層。這類物質(zhì)主要有,聚磷酸銨、磷酸氫銨和有機(jī)磷酸酯,等。,發(fā)泡劑：,是指能在涂層受熱時(shí)分解出大量滅火性氣體，使涂層發(fā)生膨脹形成海綿狀細(xì)泡結(jié)構(gòu)的一種助劑，這類物質(zhì)有,三聚氰胺、雙氰胺、氧化石蠟、多聚磷酸銨、硼酸銨、雙氰胺甲醛樹脂,等。,無機(jī)顏料與填料：,基本上與非膨脹型防火涂料所采用的無機(jī)顏料與填料相同。,未來發(fā)展趨勢(shì),納米技術(shù),（防火涂料）,微膠囊技術(shù),（阻燃劑微粒）,輻射交聯(lián)技術(shù),（多功能）,復(fù)配技術(shù),（,1+1>2,）,(1),納米技術(shù),采用物理、化學(xué)方法，將固體阻燃劑分散成,1,100nm,大小微粒的方法，稱,納米技術(shù),。物理方法有蒸發(fā)冷凝法、機(jī)械破碎法；化學(xué)方法有氣相反應(yīng)法：液相法。例如使,Sb,2,O,3,穿過等離子弧的尾氣反應(yīng)蒸發(fā)區(qū)蒸發(fā)，然后進(jìn)入冷凝室進(jìn)行急冷，能得到,0.275,m,的,Sb,2,O,3,粒子。,阻燃劑超細(xì)處理技術(shù)，不僅可以提高阻燃效率，降低阻燃劑用量，同時(shí)對(duì)于改善阻燃劑的發(fā)煙性、耐候性、著色性都會(huì)產(chǎn)生很大影響。,(2),微膠囊技術(shù),即把阻燃劑微粒包裹起來,。例如用硅烷、鈦酸酯對(duì),Al(OH),3,、,Mg(OH),2,進(jìn)行表面處理；或者將阻燃劑吸附在無機(jī)物載體的空隙中，形成蜂窩狀微膠囊阻燃劑。這樣可以,改善阻燃劑與高聚物的相溶性,。硅烷分子、鈦酸酯分子在,Al(OH),3,、,Mg(OH),2,顆粒表面形成“分子膜層”，在阻燃劑與高聚物之間搭起了“橋鍵”；若用的包裹物是硅酸鹽、有機(jī)硅樹脂，可以使易熱分解的有機(jī)阻燃劑被很好地保護(hù)起來，從而,改善阻燃劑的熱穩(wěn)定性,。,(3),輻射交聯(lián)技術(shù),高聚物在高能射線,(,射線、,射線或,X,射線,),作用下，引起電離，激發(fā)分子和自由基。這些活性粒子在分子內(nèi)部或分子之間，互相結(jié)合產(chǎn)生“橋架”或“交連鍵”，使聚合物具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而,改善材料的耐熱性、阻燃能力、力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性,。,(4),復(fù)配技術(shù),在對(duì)材料進(jìn)行阻燃處理過程中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些阻燃劑同時(shí)使用會(huì)取得很好的協(xié)同效應(yīng)，獲得,1+1>2,的阻燃效果。例如磷,+,鹵、銻,+,鹵、磷,+,氮、磷,+,結(jié)晶水化合物等。,課后思考題,鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)的基本特點(diǎn)、耐火性能要求和防火措施？,2.,舉例論述建筑防火材料的防火機(jī)理。,專題研討,新型環(huán)保節(jié)能的建筑保溫、隔熱材料,建筑節(jié)能的新趨勢(shì)與建筑材料的多功能化,