建筑石膏制品的防火性能及应用_向才旺.pdf

第 15 卷第 2 期1998 年 6 月 武 汉 城 市 建 设 学 院 学 报J.WUHAN URBAN CONSTRUCTION INSTITUTEVol.15 No.2Jun.1998建筑石膏制品的防火性能及应用 收稿日期:1998 O04 O 09.向才旺,男,1953 年生,副教授;武汉,武汉城市建设学院科研处(430074).向才旺(科研处)摘 要 为解决建筑材料的防火问题,讨论了目前流行的建筑石膏制品的防火机理、耐火极限及其防火应用,并与其它建筑材料的防火性能进行比较,结果表明建筑石膏制品因其优良的防火性能可广泛应用于各种重要建筑物上.关键词 石膏制品;防火;燃烧等级;燃烧极限分类号 TQ 177.376针对建筑特别是高层建筑防火这一突出问题,各种具有防火性能的建筑材料越来越广泛地应用到建筑中,建筑石膏制品就属此类.建筑石膏制品是一种良好的建筑防火材料,广泛用于工业与民用建筑中的隔墙和吊顶.石膏制品内的石膏相为 CaSO4#2H2O 结晶体,在火灾现场的高温环境下,吸收热量释放出结晶水,并在制品表面形成水蒸汽屏障,降低制品附近区域温度,延缓制品着火燃烧时间,且燃烧时不散发有毒气体.建筑石膏制品的构造和安装型式不同,其耐火极限有所差异,复合型的石膏板耐火时间可达 4h.1 建筑石膏制品的防火机理目前建筑上常用的建筑石膏制品有纸面石膏板、纤维石膏板、石膏条板、石膏装饰板石膏装饰吸声板、石膏砌块、粉刷及抹灰石膏、石膏装饰线条及其它装饰艺术品等,主要用于建筑物室内隔墙、吊顶及装饰.这些制品中的主要成分为半水石膏水后化得到的二水石膏(CaSO4#2H2O).二水石膏的分子结构中带有两个水分子,这两个水分子以结晶状态存在于 CaSO4#2H2O 中,结晶态的水占 20%左右,硫酸钙占 80%左右.当发生火灾时,建筑石膏制品中的 CaSO4#2H2O 吸收热量,此时减弱了火焰的破坏效应;吸热的同时发生晶格转变,释放出结晶水.这个过程分为两步,即CaSO4#2H2O吸热CaSO4#12H2O+32H2OCaSO4#12H2O吸热CaSO4+12H2O 为了释放出这两个水分子,则要破坏连接这两个水分子的分子键.破坏分子键的能量来自从火灾环境中吸收的热能,这种热能为 712kJ#kg-1二水石膏.蒸发释放出的结晶水还需要进一步吸收热量,蒸发二水石膏中所含的结晶水的热能消耗为 54413 kJ#kg-1,二水石膏在发生火灾时热能消耗 1256 kJ#kg-1左右.这样能有效地阻止火焰蔓延,降低火灾环境的局部温度.蒸发后的水蒸汽起着良好的防火屏障作用,一直到燃烧终了,石膏制品的燃烧界面背面(即背火的一面)的温度稍高于水的沸点,大大低于钢材开始失去强度的温度或木材燃点温度.此外,在火焰的作用下,建筑石膏制品不会产生任何有毒使人窒息的燃烧气体,也不会挥发任何分解的或助燃的物质与烟气,只是蒸发无毒的水蒸汽,这也能使火灾发生时人员伤亡减少.工程上把导热系数K 0123 W#(m#K)-1的材料称为绝热材料,表 1 显示石膏制品的导热系数均低于几种常用的建筑材料,为热的不良导体.这就是在火灾发生时,石膏制品迎火一面即使是高温燃烧数小时,背火的一面温度也不会超过 140bC 的原因所在.利用这一特点,现代建筑中通常将梁、柱等结构构件表面覆以石膏板,避免火灾对建筑物的主体构件造成破坏.附图为法国巴黎国立工艺博物馆测得的各种建筑材料的防火性能,纵座标为各材料在不同时间内背火面温度.测定时各种材料试件的迎火面温度为 1 000bC,试件厚度均为 50 mm.附图表明,随着时间的推移,最后都出现了一段平缓的温度曲线.从此时起,虽然试件迎火面还在继续加热,却再也不能提高试件外表面的温度了.这段平缓的温度曲线表明,试件的外表面温度在燃烧的高温环境与实验室的室温环境之间达到了新的平衡;建筑石膏制品的导热系数小,它的平衡温度也较低,当试件温度高于 140bC 时,其它材料不起隔火作用了,而建筑石膏制品却在 315h 后才达到 140bC.附图 几种建筑材料防火性能试验表 1 几种建筑材料的导热系数和比热材料导热系数W#(m#K)-1比热J#(g#K)-1钢材550146花岗岩2190180普通混凝土1180188烧结粘土砖01550184松木(横纹)01150163泡沫塑料01031130纸面石膏板01194 01209)纤维石膏板0135)石膏砌块0128 0142)防火石膏板01194 01209)2 建筑石膏制品耐火等级根据建筑防火需要,通常按建筑材料在空气中受到火焰或高温时的燃烧性能将其分为三类,即非燃烧材料(或称不燃烧材料):不燃烧,不碳化的材料;难燃烧材料:难起火,难微燃,难碳化,火源移去或熄灭后,燃烧或微燃立即停止的材料;燃烧材料:立即起火或微燃,火源移去24 武 汉 城 市 建 设 学 院 学 报 1998 年 6 月或熄灭后,仍能继续燃烧或微燃的材料.各国对石膏制品均有相应耐火试验标准,但总体看石膏制品被确定为不燃烧材料或难燃烧材料.例如对于纸面石膏板,国际标准 ISO/1182 及英国标准 BS476 定为不易燃烧材料;德国工业标准 DIN4102(表 2)定为 A 级(不燃烧材料);日本工业标准 JISA1321 定为半不燃材料;美国国家防火标准 NFP92501 定为不燃烧材料,材料试验标准 ASTME84 定为微蔓燃材料;我国国家标准 GB5465 定为难燃烧材料.我国5纸面石膏板6(GB11979-89)规定,耐火纸面石膏板遇火稳定时间:优等品不小于 30 min,一等品不小于 25 min,合格品不小于 20 min.表 2 建筑材料耐火等级等级燃烧性能建筑材料AA1A2非燃烧材料(或称不燃烧材料)混凝土、石子、砂子、石膏、石棉、水泥板及纸面石膏板等B燃烧材料B1难燃烧材料用防火剂处理过的木刨花轻型建筑板材等B2燃烧材料2mm 厚以上的木材与木材制品B3易燃烧材料小于 2 mm 厚的木材与木材制品、纸、纸板及芦苇等 注:11 此表引自德国工业标准 DIN4102;21 如 A 级建筑材料中含有机成分而未被检测出来,应标定为 B1级建筑材料;31 只有柏林建筑技术研究院检验通知书才能列入B1级建筑材料.3 建筑石膏制品的种类及其防火应用如前所述,当前国内外建筑上常用的各种石膏制品与其它建筑墙体材料相比,具有生产能耗低、质量轻、保温、隔热、隔声性能好及施工简便等特点,尤其是它们独特的防火功能,使它们得以广泛用于建筑上.对于建筑物的重要结构梁和柱,为避免发生火灾时强度下降甚至结构破坏,可在这些构件表面覆盖一层石膏板,钢结构构件可以覆盖二层以上的石膏板起保护作用.建筑物室内隔墙可用石膏空心砌块砌筑,也可以用单层石膏板或两层石膏板中间夹保温材料制成的复合板.研究表明,单层 12mm 厚的防火石膏板贴在 75 mm 轻钢龙骨的两面,内充 50 mm 厚岩棉保温材料的隔墙,总厚度约 100 mm,不到半砖墙的厚度,可以防火 45 min.而三层 15 mm 厚防火石膏板贴在 100 mm 轻钢龙骨的两面内充62mm 厚玻璃纤维,总厚度约为200mm 的墙体,其耐火性能可达 4 h.最近国内开发出一种石膏防火涂料,可以方便地喷涂在建筑的任何部位,既起装饰美化作用,又具有优良的防火性能.石膏制品的这种独特的防火性能及其它良好的使用性能,足可使它们应用在任何重要的建筑物上.近年来对石膏制品耐火性能的研究不断深入,如在制造时加入引气剂,使其孔隙率进一步提高;掺入耐火材料如矿棉、玻璃纤维等,以提高石膏制品的耐火极限;加入珍珠岩、蛭石和高炉矿渣等填充料,既能防止高温时石膏制品龟裂影响其强度,同时也可提高其耐火性能.25第 15 卷第 2 期 向才旺:建筑石膏制品的防火性能及应用 参 考 文 献1 王华生,赵慧如,王江南编.装饰材料与工程质量验评手册.北京:中国建筑工业出版社,1994.2 向才旺主编.新型建筑装饰材料实用手册.北京:中国建材工业出版社,1992.3 法国石膏协会著.石膏.杨得山译.北京:中国建筑工业出版社,1987.4 德 海尔莫特#哈诺希著.纸面石膏板.詹鉴泉,杨志本译.杭州:浙江科学技术出版社,1987.5 吴德茂.谈建筑材料与防火.新型建筑材料,1995(6):6 11Fireproof Function and Applicationfor the Plaster of Paris ProductsXiang Caiwang(Dept.of Sci.Research)AbstractAimed at the fire provention of construction materials,the fireproof mechanism,fireprooflimitation and the application for the plaster of paris products is studied and compared with theother construction materials.Result indicates that the plaster of paris products can be used to allkinds of buildings for its fine fireproof function.Key words the plaster of paris products;fireproof;fire degree;fire limitation我院.98 年度科研基金项目评审工作结束52 项科研课题获得资助近日,我院科学技术委员会对我院教师申报的 59项项目进行了评审.会议由学院科学技术委员会主任、院长任周宇教授主持,参加会议的 17 位专家和教授对每个项目进行了逐一的审定和讨论.最后经过投票表决,以超过 2/3 赞成票可立项为准,52 项科研课题通过了此次严格的评审.近两年来,科研基金项目对我院教师申报国家、部、省市纵向项目的基础性研究起到了较大作用,同时,也极大地提高了我院教师科研队伍的素质与水平.学院领导十分重视,每年以20%的比例逐年加大科研基金投入力度,资助面也不断扩大,今年科研基金总额为 15 万元,资助项目为 52 项.科研处一九九八年六月26 武 汉 城 市 建 设 学 院 学 报 1998 年 6 月