论耐火窗的材料应用

论耐火窗的材料应用

刘建全

北京建威幕墙工程有限公司北京100160

摘要：耐火窗的发展已经有了一段时间，相关的技术应用也在逐渐的提高，材料应用在这一过程中占据了比较重要的地位。耐火窗应用的过程中，需要有良好的材料利用率和环保效果。

关键词：耐火窗；材料应用；材料工艺

引言

现在耐火窗设计和应用的过程中经常会出现耐火资源匮乏，劳动力成本高等问题，连铸使用三大件的问题层出不穷，很多耐火材料企业在发展的过程中为了获得良好的发展而选择大量进口的技术和材料，这也是材料应用发展的问题所在。

1铝合金材质

铝合金具有良好的导热性能，它的导热系数为160W/m.k。在窗的组成部分中铝合金的导热系数位居首位，并且铝合金的导热率会伴随着温度的增加而增大，铝合金的熔点在620~660℃；塑钢作为另一种常见的窗型材材质，其主要成分是PVC，在型材内腔装配增强型钢，塑钢的熔点在200℃至300℃之间。在火灾发生时，火场的实际温度远远超过铝合金窗和塑钢窗型材的熔点。从已有的火灾案例中发现，在火灾发生时，建筑外窗的破坏大部分为在高温下窗框产生严重的变形而导致铝合金窗或者塑钢窗的失效，而将型材完全融化的现象很少发生。因此提高建筑节能耐火窗型材料系统的耐火性是满足节能耐火窗耐火性能要求的关键。基于铝合金型材基体材质问题以及目前对铝合金型材表面处理工艺的水平，很难对铝合金型材基体中添加耐火材料或对铝合金型材表面做表面耐火处理，以来提高铝合金型材的耐火性能；在PVC塑钢型材配方中加入耐火材料也会影响塑钢型材的稳定性、耐候性等一系列性能。因此，提高型材耐火性能的方法通常是在型材腔体中添加隔热材料，这种方法是目前提高耐火窗窗框耐火性能，防止耐火窗窗框塌落的主要途径之一。习惯上将导热系数小于0.23W/m•k的材料称为隔热材料，隔热材料是一种含有大量气体、质量轻、导热系数低的材料。对于多孔隔热型材料，可以作为一种固体材料和空气组成的两相复合材料，其导热系数与空隙率的关系，可以近似为颗粒分散型相分布的两相复合材料的导热系数与颗粒含培的关系，随着孔隙率增加，材料的导热系数减小。目前，常用的耐火窗和防火窗型材腔体中添加的隔热材料有耐火浇注防火材料和膨胀石墨基防火材料。

2耐火浇注料

耐火浇注料是一种典型的不定型耐火材料，它是由合理级配的骨料颗粒、细粉与结合剂及外加剂共同组成的混合料，耐火浇注料通常呈干态粉末状，没有固定的外形状，加水或其他液体可制成泥浆状、泥膏状和松散状。进行浇注施工成形后经过一段时间的水化、凝固后获得一定强度，烘烤后无需烧制可直接使用。耐火浇注材料作为一种散装的耐火材料，运输方便，操作简单，且成型后的材料强度高，支撑性能好，且其使用寿命较长。建筑节能耐火窗所用的耐火浇注材料是一种无毒的环境友好型防火灌注料，在成型后可以让窗的整体结构的机械强度增加。耐火浇注材料的成型时间大约在两到三个小时之间，在遭到火灾情况下窗腔体内成型的耐火浇注料能够吸收绝大部分的热量，并且起到隔热的作用，将型材的融化速度降低、延缓，同时耐火窗的背火面的温度也保持在安全区间内，能够使建筑节能耐火窗系统实现其耐火完整性。膨胀石墨是一种典型的定型耐火材料，其具有很高的孔隙率，低密度的复合型材料，以其为基础制成的隔热材料在防火领域应用广泛。膨胀石墨是由天然鳞片石墨经多孔夹层、洗涤、干燥，在高温状态下膨化得到的的蠕虫状物质。研究表明：膨胀石墨的材料密度非常低，大量的网络状孔系在它的表面与内部，孔径以大孔为主，孔容较大，而且它的分布范围宽（1nm—1000nm量级）。在极高的温度下，夹杂在可膨胀石墨的材料迅速化气化，由此产生了强大的推力作用，致使膨胀石墨内部材料瞬间膨胀，使膨胀的体积能够达到刚开始的几十甚至几百倍，最后形成了蠕虫状态下的膨胀石墨，达到隔热耐火的效果。膨胀石墨的膨胀方法有很多种，常用的有高温膨胀法和微波法。在窗框里面填充防火膨胀石墨基，碰到火焰会马上膨胀硬结，迅速充满型材腔体，对火焰与烟气进行隔绝，形成一层厚厚的防火板，并且硬度很高，同时能够大量的吸收热量，且所形成的防火板的硬度会随着温度升高而升高，能够进一步阻断热量往窗的背火面扩散，增加背火面窗型材的支撑时间，保持窗框不塌落，使建筑节能耐火窗系统实现其耐火完整性。耐火加热炉内的温度在短时间内达到的温度会远远超过铝合金和塑钢的熔点，此时窗型材就开始软化，建筑节能耐火窗要想通过60min的耐火要求，这一问题必须解决。而耐火浇注材料与膨胀石墨基防火材料各有优势。在建筑节能耐火窗制作过程中，耐火浇注材料作为不定型耐火材料，原料为粉末状，需要对其进行加工，对铝合金型材进行灌装、定型，操作步骤复杂，而且固化时间长，增加劳动力的使用，占用场地，不利于批量生产；而膨胀石墨基作为定型耐火材料，在建筑节能耐火窗制作时，只需将膨胀石墨基塞入型材腔体内，操作简便，节约时间和成本，利于大批量生产。因此本方案所设计的建筑节能耐火窗中，采用在型材腔体中插入石墨基防火膨胀条的方法提高窗型材子系统的耐火性能。材系列确定，隔热条尺寸一定时，增加型材腔体的数量不会对建筑节能耐火窗型材子系统的热工性能产生影响；型材腔体结构的改变会引起窗框与玻璃之间相对位置的变化，窗框的隔热条与玻璃的位置的变化会引起两者之间等温线的变化。耐火性能方面，铝合金型材、塑钢型材本身不具有防火耐火性能，而且很难通过改变型材基体成分、型材表面处理工艺等方法提高型材的耐火性能，因此通常在型材腔体中填充耐火隔热的膨胀石墨基材料来达到型材耐火的目的。

3玻璃材料

玻璃在常温下属于脆性材料，但是在温度升高后会软化，直到变成液体。玻璃的软化点是指玻璃软化时，软化的玻璃可以流动时的温度点。玻璃内部的成分会影响玻璃的软化点温度，大多数的玻璃的软化温度约在500〜700摄氏度。耐热性方面，玻璃属于不可燃物质，但是当温度发生急剧变动时会使玻璃发生爆裂。这是由于玻璃表层的热膨胀差在温度差的最大处产生，进而导致了玻璃本身内部的张应力远远的高于玻璃自身所能承受的强度。同时玻璃的热应力是其最关键的热学性能之一。由于玻璃的受热不均匀或者玻璃的膨胀系数不同，在玻璃受热以及受冷的时候所产生的应力称为热应力。热应力一旦解决不好，就会使玻璃在温度变动下早早的失掉系统的完整性。因此如何提高玻璃子系统的热学性能，避免玻璃系统在被燃烧过程中由于热应力而过早的爆裂，提高玻璃自身的软化温度，成为玻璃研究者的研究方向。防火玻璃是对浮法玻璃通过物理及化学方法进行加工处理而做成的特种玻璃。防火玻璃在1000℃的燃烧状态下在84~183min的时间范围内不爆裂，进而能够有效的防止烟雾和火焰的扩散，同时防火玻璃还具备高质量的透光率以及阻燃、隔热等特性。目前用的防火玻璃有单片防火玻璃和复合防火玻璃两类，复合防火玻璃又分为灌注型防火玻璃及复合型防火玻璃两种。

4结语

现在耐火窗材料的发展已经有了一段时间，相关技术应用相对成熟，目前常用的防火窗应用的材料已经包含了多个方面，最常用的是铝合金，耐火浇筑材料和玻璃材料。文章对这些材料的应用特性进行分析，材料应用效果的提高还需要有关研究人员努力开发技术，施工部门强化施工过程。

参考文献：

[1]张喜臣，等.建筑耐火节能门窗材料的设计选择[J].工程质量，2018，36（2）：15-19.

[2]吴从真.高层住宅建筑外窗防火技术探讨[J].消防技术与产品信息，2018（3）：14-17.