建筑材料阻燃技术研究进展

时间：2024-07-28

韦志功王彦成

（黑龙江省建筑材料工业规划设计研究院，黑龙江哈尔滨 150080）

0 引言

随着城市建设脚步的不断推进，我国建筑迅猛发展，众多城市地区各式各样建筑群拔地而起，并不断趋向于现代化、大型化以及多功能化发展方向。在迅速发展过程中同时也凸显出一系列火灾风险，而这些风险的元凶大多是因为建筑在建设施工时应用了各式各样存在极大火灾隐患的易燃有机材料[1]。所以，如何从建筑材料源头上着手，消除建筑物中的火灾安全隐患已然转变成我国当前亟待解决的一大问题。

1 建筑防火的重要性

很大一部分火灾事故均起源于一些不起眼的原因，例如，2014 年香格里拉火灾事故便是因为取暖设备使用不合理，造成电脑桌着火，进而火势迅速蔓延至建筑整体，最终引发火灾，造成严重经济财产损失。又如，2016 年哈尔滨市某小区一栋27 层高楼外墙保温板着火，火势由4 楼迅速蔓延至顶楼，扑救30 余分钟才将明火扑灭。建筑物火灾往往引发于一些细小部分，最开始仅仅会局限于一些着火点可燃物质，局部燃烧结束倘若没有其他可燃物，火势便会伴随最开始可燃物燃烧结束后自行熄灭，有时也会由于可燃气体有限而以相对缓慢的速度燃烧并逐渐西梅，然而倘若在先有良好的通风环境，亦或有诸多可燃物，火灾则会迅速向四处蔓延，最终使整个建筑物燃烧起来。火灾燃烧初期通常较为缓慢，这个过程中火势较小，易于扑灭。然而伴随燃烧温度的不断提升及可燃气体的逐步释放，在建筑物温度上升至500℃时，很大一部分可燃物便会起火燃烧，引发轰燃，火灾进而转至全面发展阶段，这个过程进行灭火不仅难度大，而且极为危险[2]。如果要想将火势控制在初始燃烧阶段或者自行熄灭，就应当有效引入建筑材料阻燃技术。建筑材料阻燃技术凭借其难燃、不燃等特性，可有效发挥隔离燃烧源的作用，将火灾事故扼杀在摇篮之中，或者控制火势发展，为灭火工作争取最佳时机。倘若火灾引发初期便受到阻燃材料影响，则可很大程度上降低不必要的人员伤亡和经济财产损失。近年来，伴随我国制造业技术水平的提高、国家相关部门阻燃材料法律法规及标准的制定完善、社会大众思想观念的革新，为建筑材料阻燃技术发展创造了有利契机，并在诸多行业领域得到推广。特别是一些社会特大型建筑火灾事故的引发，公安部消防局多次颁布文件以提高建筑防火的标准要求，由此为建筑材料阻燃技术发展带来了诸多机遇，也带来了诸多挑战。

2 建筑材料阻燃技术研究进展

2.1 高分子材料在高层建筑物中的应用

近年来，在高层建筑物中，高分子材料凭借其隔离、冷却、消除自由基等作用可有效实现环保阻燃功能。其中，对于高分子材料隔离作用来说，在建筑物中，在温度不断升高情况下，高分子材料阻燃剂表面会产生一个隔离膜，将热源阻隔在物质之外，进一步防止物质继续燃烧。通常情况下，高分子材料所产生的隔离膜主要表现为两种方式，一种是在高温前提下，将高分子阻燃剂分解成难易挥发的玻璃状物质，覆盖于物质表层，并且覆盖密度偏高。在这一隔离膜保护下，热源无法进入物质中，进而发挥阻燃功效。另一种是依托高分子材料中的热降解产物，高温情形下于物质表面产生脱水炭化作用，进一步形成炭化层，发挥保护与阻燃相关物质的功效。对于高分子材料冷却作用来说，高分子材料在高温条件下，产生脱水、相变、分解等作用，确保物质表面温度始终在着火点以上，进而发挥阻燃功效。对于高分子材料消除自由基作用来说，高分子材料在高温条件下，会形成大量的自由基，进而促使引发气相燃烧反应，于此期间高分子材料阻燃剂会迅速捕捉自由基，进一步抑制自由基继续发生连锁反应，进而发挥阻燃功效。将高分子材料应用于高层建筑物设计中，不仅可增强建筑物整体的防火性能，还可保证建筑物的安全及环保性能，因而其是当前高层建筑物设计中的重要设计理念之一。在环保阻燃设计实践中，高分子材料主要应用于下述几方面内容：首先，应用于提高建筑建材防火性能。在高层建筑物建设时，其内部装修、设备装置往往不得不要采用一些易燃材料，由此会加大建筑物消防安全隐患。所以，依托引入高分子材料对聚氯乙烯、树脂等传统材料予以取代，可有效提高高层建筑物的防火性能。对于高分子材料实际应用方式而言，主要包括有对传统材料进行直接取代、对材料表面进行包裹等。其次，应用于提高电气设备外包装防火性能。在建筑设计过程中，通过将高分子材料应用于取代保护开关外壳、仪表箱等传统产品外包装，一方面在电气设备引发高温、火星等安全隐患时，高分子材料外包装可有效缩减电气火灾引发概率，进一步缩减电气火灾事故；另一方在某些微型火灾事故中，高分子材料外包装可有效阻隔电子设备遭受火灾影响，进而防止引发二次火灾或电气事故[3]。最后，应用于提高电线点燃防火性能。在高层建筑物引发火灾时，其电线电缆通常是引发火灾及传递火灾的重要原因，所以对于电线电缆的选择应用，应当首选由高分子材料制备而成的阻燃型电线电缆。

2.2 阻燃塑料制品在建筑物外墙中的应用

一般情况下，建筑物外墙应用的隔热保温材料均为塑料制品，对建筑物防火安全性可发挥至关重要的作用，因而必须要应用燃烧性能达到相应级别的阻燃塑料制品。近年来，在建筑物外墙中较为常用的阻燃塑料制品包括有聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等。

其中，对于聚苯乙烯泡沫塑料而言，作为建筑物外墙保温材料中最为常用的一种材料，其广泛推广的有挤塑聚苯乙烯泡沫塑料、模塑聚苯乙烯泡沫塑料，前者是在塑料挤出设备中一次性添加进原料聚苯乙烯、发泡剂以及助剂等原料，使聚苯乙烯在发泡剂作用下发泡成型，并被挤出，再经切割处理，连续的聚苯乙烯泡沫塑料板材便被切割为可符合要求的尺寸。后者是在预发泡设备中添加进聚苯乙烯原料，同时调节好温度、进料速度、蒸汽压力等参数，以控制发泡聚苯乙烯的容量，进一步实现预发泡，然后对预发泡的聚苯乙烯予以干燥、熟化处理，最后转至成型模具中并借助蒸汽开展发泡处理，再冷却定型便可获取最终符合要求的板材。结合相关数据计算而言，挤塑聚苯乙烯泡沫塑料密度为36kg/m3，模塑聚苯乙烯泡沫塑料密度为18kg/m3，相较于后者，前者蜂窝状结构相互间基本没有空隙，表现出更良好的闭孔结构，所以挤塑聚苯乙烯泡沫塑料表面也更为光滑、均匀，应用于建筑物外墙可发挥更理想的保温性能[4]。对于聚氨酯泡沫塑料而言，其具备强度高、导热系数及密度小、隔音效果佳以及易于加工成型等特点，同样是建筑物外墙保温材料中性能可靠的一种产品。建筑物外墙聚氨酯泡沫塑料制品所需满足的各项技术性能指标，见表1。值得一提的是，聚氨酯使用成本偏高，因而

然而与纳米材料特殊性能相对应的高昂价格是限制其在工程应用中使用的首要因素，故目前大部分针对纳米材料的研究仍然只停留在理论阶段。陈波等人[8]，将含有NS 的掺合料，按照水泥质量的5%～15%掺入喷射混凝土拌合物中，从而能够使湿喷混凝土的回弹率≤8%、凝结时间≤2min、一次喷层厚度≥35cm 的良好效果并已申请专利。