喷射纤维防火护层材料阐述

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引言

　　火灾给人类的生命财产带来了极大的损失，特别是近年来，由于建筑物高层化、大规模化及用途的复合化，火灾发生的因素也随之增加、火灾规模也日趋扩大。为避免或减少建筑物在火灾中发生垮塌，建筑物的耐火性能这个概念应运而生。耐火性能是材料或组件承受火灾并且保持其结构功能和（或）将火灾限制在一定空间的性能。因此从概念上讲，耐火性能的应用是在建筑物可能暴露于火灾的情况下，通过采用防火墙和耐火屋面板等方式防止成片的城市区域被火灾烧毁。为达到该目标，承重或非承重的建筑构件都必须设置防火保护并能阻挡火灾蔓延。目前，最广泛使用的隔热材料是矿物纤维涂覆材料，统称为喷射耐火材料。

　　1 喷射无机纤维防火护层材料的历史

　　喷射无机纤维防火护层材料，欧美在20世纪50年代就开采用。日本在20世纪60年代曾大量采用喷射石棉无机纤维防火护层作为钢结构建筑的耐火被覆材料，后由于石棉粉尘会癌的问题，而被禁止使用。为此，人们用人造无机纤维作为石的替代品。1972年，美国材料与试验协会制定了有关矿物纤维喷射技术及施工规范标准。在2000年修订的ASTM准中，把这种材料称为SFRM翻译为喷射防火(或阻抗火)材料，定义为喷射到基材上以提供对基材进行防火保护的材料。它包括喷射纤维类材料和喷射水泥类材料这2大类。我国一般称之为喷射无机纤维防火保护材料。

　　2 喷射无机纤维防火护层材料的组成及特点

　　喷射无机纤维防火护层是将粒状无机纤维通过喷射施工方式，喷打在被附着表面（基面）上，生成的粒状棉与粒状棉再相互聚集，而成附着在基面上有一定形状的纤维层材料。为使粒状棉与粒状棉之间相互结合紧密形成一体，牢固地附着在基材表面，除了喷射打击以外，还需配上粘接剂。喷射无机纤维防火护层材料具有以下优点：①对钢、混凝土和木材有很好的附着力。②导热率低，尤其是在火场高温下。③质量轻，所增加的质量不大，在结构可承受的范围内。④在高温火场中，厚度没有明显变化，护层不熔化、不脱落，能够使被保护构件达到sh以上的耐火极限。⑤产品经济，材料费、生产费和施工费的总费用低。⑥安全性好，在火场中不产生有毒有害气体。⑦耐候性好，能长时间经受昼夜温差和四季温差以及紫外线的侵袭。⑧在结构表面附着的防火护层材料，其表面可进行第2次装饰处理。

　　3 喷射无机纤维防火护层材料的防火隔热原理

　　3.1 在一个物体内部的传递热隔热层的作用是防止热量传入被除却的空间，其应具有的特性是:导热系数小、容重小、耐高温性好。

　　平壁所需隔热层厚度见式（1）：λ=δ[（TZ-TB）α]/（TB-TW）（1）

　　式中：λ为隔热层导热系数；

　　　　　α为空气对隔热层外表面的放热系数；

　　　　　TW为隔热物体的温度；

　　　　　TZ周围环境温度；

　　　　　δ为隔热层厚度；

　　　　　TB为隔热层外表面温度。

　　单层平壁导热速率的工作方程式见式（2）：Q=Ka×（t2-t1/b）=△t/R（2）

　　式中：Q为传递热量；

　　　　　A为传热面积；

　　　　　△t温度差称为传热推动力；

　　　　　b为单层平壁厚度；

　　　　　R为导热热阻。

　　导热系数k是物质的物理性质之一。其值的大小反映物质导热能力的强弱，其值越大，导热能力越强。通常根据导热系数的数值来选择合适的导热材料，需要减小导热速率的场合选用导热系数小的材料。

　　也可用式（3）表示：Q=A·λ·△T/L（3）

　　式中：△T为热源与基材的温度差；

　　　　　L为传热距离。

　　3.2 在两个完全接触的物体内传热在两个完全接触或是一个物体的不同部分，因为温度梯度的关系而引起内能交换的现象，热传导可以定义为热流与温度梯度的比值。热能传导时与每单位面积的热传导速率q以及温度梯度成正比，有:q/A=αT/αx

　　设定k为比例常数，可得式（4）：q″=q/A=-kx（αT/αx）（4）

　　式中：q″为热流通量；

　　　　　A为热流量面积；

　　　　　αT/αx为热流方向的温度梯度；

　　由此可计算出单位时间所传导的能量。

　　4 研究的方向及建议

　　4.1 该种材料与其它相似厚型、薄型防火涂料相比，最突出的性能是由无机成份组成，耐候性好、耐火性能稳定持久、多年使用不影响其防火性能、耐火时间高。但是该种材料是一层疏松的隔热防火体系，不能把它归结为防火涂料。最确切的归类应为喷射无机材料类，在消防领域开辟这个新型防火保护品种，发展该行业以及相关产业对发展我国经济，保护人民生命财产安全具有重要意义。

　　4.2 急需出台喷射无机纤维防火保护材料的产品行业标准。由于消防产品需要消防产品合格评定中心对生产设备、检测设备等进行验收，但由于在我国该产品还处于推广应用阶段，没的统一的验收标准，合格评定中心也没法开展相应的评定工作。制定相应的标准时不我待。

　　4.3 对防火保护隔热材料的类型和厚度的选择不应孤立进行，而应该结合建筑、结构、经济、建设的需求和实践、产品的适用性以及合理的尺寸增长等因素进行选择。通常，这些实际的因素促成了整个建筑防火保护设计的连贯性和合理的一致性，并能尽量减少不同构件的差别。

　　5 结语

　　随着经济建设的高速发展，大跨度、超高层建筑越来越多，喷射无机纤维防火护层材料有着独特的优点，喷射无机纤维防火护层材料这种结构防火保护新材料的研制成功，使得我国结构防火保护的措施更加多样化和环保化。