鋁合金窗耐火完整性試驗(yàn)研究

李紅菊 蘇海通 周楊 楊光輝

摘 要：2015年5月1日，我國(guó)實(shí)施了GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，對(duì)不同類型、不同高度建筑保溫材料的燃燒性能提出嚴(yán)格要求，并對(duì)建筑外窗的耐火完整性做出了嚴(yán)格規(guī)定。本文主要從鋁合金窗的分類、耐火完整性試驗(yàn)設(shè)備，以及試驗(yàn)中遇到的一些問題做簡(jiǎn)單的探討，希望能對(duì)鋁合金窗的發(fā)展，以及企業(yè)的生產(chǎn)提供有效的幫助。

關(guān)鍵詞：鋁合金窗；耐火完整性試驗(yàn)設(shè)備；耐火完整性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.001

1 引言

鋁合金建筑外窗簡(jiǎn)稱鋁合金窗，是由鋁合金建筑型材制作框、扇結(jié)構(gòu)的窗。目前國(guó)內(nèi)主要是指斷橋鋁合金窗，是在普通鋁合金窗基礎(chǔ)上為了提高門窗保溫性能而推出的改進(jìn)型，原理是利用PA66尼龍將室內(nèi)外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個(gè)整體，構(gòu)成一種新的隔熱型的鋁型材。20世紀(jì)80年代鋁合金窗技術(shù)及成套的生產(chǎn)設(shè)備開始引入我國(guó)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋁合金窗也迎來的迅速發(fā)展；2000年我國(guó)鋁合金窗產(chǎn)量達(dá)到1.0億平方米，成為了我國(guó)技術(shù)領(lǐng)先的支柱產(chǎn)品；經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前我國(guó)的鋁合金窗的科技研發(fā)、施工技術(shù)等基本達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。

2 鋁合金窗耐火完整性判定方法

2015年，我國(guó)實(shí)施了GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[2]，對(duì)不同類型、不同高度建筑保溫材料的燃燒性能提出嚴(yán)格要求，并對(duì)建筑外墻上門窗的完整性做出了嚴(yán)格規(guī)定：除采用B1級(jí)保溫材料且建筑高度不大于24m的公共建筑或采用B1級(jí)保溫材料且建筑高度不大于27m的住宅建筑外，建筑外墻上門窗的耐火完整性不應(yīng)低于0.50h。

GB/T 31433-2015《建筑幕墻門窗通用技術(shù)條件》[3]給出了建筑門窗耐火完整性的定義：在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，建筑門窗某一面受火時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)阻止火焰和熱氣穿透或在背火面出現(xiàn)火災(zāi)的能力。GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》明確規(guī)定其耐火完整性測(cè)試方法，是采用GB/T 12513-2006《鑲玻璃構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》[4]中相應(yīng)試驗(yàn)進(jìn)行。在GB/T 12513-2006《鑲玻璃構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》中，非隔熱性鑲玻璃構(gòu)件失去耐火完整性的判定標(biāo)準(zhǔn)為：（1）當(dāng)試件背火面竄火持續(xù)10s以上時(shí)，則認(rèn)為試件失去耐火完整性；（2）當(dāng)試件背火面出現(xiàn)貫通至試驗(yàn)爐內(nèi)的縫隙，直徑6mm±0.1mm的探棒可以穿過縫隙進(jìn)入試驗(yàn)爐內(nèi)且探棒可以沿縫隙長(zhǎng)度方向移動(dòng)不小于150mm，或直徑25mm±0.2mm的探棒可以穿過縫隙進(jìn)入試驗(yàn)爐內(nèi)，則認(rèn)為試件失去耐火完整性。

鋁合金窗屬于建筑外窗，因此，對(duì)于鋁合金窗的耐火完整性試驗(yàn)，我們可以按照GB/T 12513-2006《鑲玻璃構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》中對(duì)非隔熱性鑲玻璃構(gòu)件判定準(zhǔn)則的規(guī)定進(jìn)行判定。

3 鋁合金窗耐火完整性試驗(yàn)設(shè)備

在進(jìn)行鋁合金窗的耐火完整性試驗(yàn)時(shí)，采用的耐火試驗(yàn)設(shè)備為全封閉燃?xì)庾詣?dòng)加熱爐，如圖1所示，滿足GB/T 9978《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》[5]中的相關(guān)規(guī)定。

（1）爐內(nèi)應(yīng)布置熱電偶，且應(yīng)均布在試件附近以獲得可靠的平均溫度。熱電偶的位置不應(yīng)受燃燒器火焰的直接沖擊，并且距離爐內(nèi)所有側(cè)墻、底面和頂部不應(yīng)小于450mm。固定的方式要確保在耐火試驗(yàn)期間熱電偶不移動(dòng)。熱電偶采用符合GB/T 16839.1規(guī)定的絲徑為0.75mm～2.30mm的鎳鉻-鎳硅（K型）熱電偶，外罩耐熱不銹鋼套管或耐熱瓷套管，中間填裝耐熱材料，其熱端伸出套管的長(zhǎng)度不少于25mm。

（2）應(yīng)能控制和監(jiān)視爐內(nèi)熱煙氣壓力。爐內(nèi)設(shè)有壓力測(cè)量探頭，應(yīng)安裝在便于壓力條件測(cè)量和監(jiān)控爐內(nèi)壓力的位置，不應(yīng)位于受火焰氣流直接沖擊的位置或排煙管路上。并且探頭測(cè)量管在爐內(nèi)和穿過爐墻的部分應(yīng)保持水平。沿爐內(nèi)高度方向存在著線性壓力梯度，盡管壓力梯度隨爐內(nèi)溫度的改變會(huì)有輕微變化，仍要保證沿爐內(nèi)高度處每米的壓力梯度值為8Pa。爐內(nèi)壓力應(yīng)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和記錄，或是在控制點(diǎn)時(shí)間間隔不超過5min測(cè)量記錄1次。

（3）耐火性能試驗(yàn)采用明火加熱，模擬試件受到實(shí)際火災(zāi)的火焰作用，全封閉燃?xì)庾詣?dòng)加熱爐滿足以下溫升條件：，式中，t表示試驗(yàn)所進(jìn)行的時(shí)間，單位為min；T表示升溫到t時(shí)間時(shí)爐內(nèi)平均溫度，單位為℃。上述函數(shù)曲線為時(shí)間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖2所示。耐火試驗(yàn)時(shí)，以時(shí)間間隔不超過1min測(cè)量不記錄溫度值1次。30min時(shí)試驗(yàn)爐內(nèi)溫度達(dá)到842℃，60min時(shí)試驗(yàn)爐內(nèi)溫度達(dá)到945℃。

4 鋁合金窗的分類

4.1 按玻璃結(jié)構(gòu)分類

為滿足鋁合金窗保溫性能要求，國(guó)內(nèi)鋁合金窗玻璃結(jié)構(gòu)一般為兩玻一腔或三玻兩腔結(jié)構(gòu)，如圖3所示。兩種玻璃結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別在于三玻兩腔的玻璃結(jié)構(gòu)具有更好的隔音和保溫性能。

4.2 按防火玻璃類型分類

為滿足耐火完整性要求，鋁合金窗玻璃結(jié)構(gòu)中至少包含一層防火玻璃，防火玻璃按結(jié)構(gòu)可分為單片防火玻璃和復(fù)合防火玻璃。目前國(guó)內(nèi)常見單片防火玻璃主要為單片銫鉀防火玻璃：是指普通玻璃通過特殊化學(xué)處理在高溫狀態(tài)下進(jìn)行離子交換，加入了銫鉀等離子，同時(shí)通過物理鋼化處理，提高了玻璃的抗沖擊強(qiáng)度[6]；另外，一些企業(yè)為應(yīng)付檢查，采用高硼硅玻璃、微晶玻璃等制成特種防火玻璃，也屬于單片防火玻璃，但在工程上應(yīng)用較少。常見復(fù)合防火玻璃是指在兩片玻璃之間加上一層透明且具有阻燃性能的凝膠，凝膠遇到高溫時(shí)會(huì)發(fā)生吸熱分解反應(yīng)，變?yōu)椴煌该鳎凶韪艋鹧娴哪芰Γ壳皣?guó)內(nèi)主要采用海綿硅防火玻璃。不同防火玻璃結(jié)構(gòu)的鋁合金窗試驗(yàn)照片如圖4所示。

采用全封閉燃?xì)庾詣?dòng)加熱爐試驗(yàn)過程中：對(duì)于單片銫鉀防火玻璃鋁合金窗，在300℃左右向火面鋼化玻璃破裂脫落，耐火完整性可堅(jiān)持1小時(shí)，如圖4（a）所示；對(duì)于復(fù)合防火玻璃鋁合金窗，在300℃左右向火面鋼化玻璃破裂脫落，然后復(fù)合防火玻璃向火面層的白玻破裂，膠片受火膨脹，膠片背火面顏色隨時(shí)間逐漸變白變黃變黑，如圖4（b）所示。

5 鋁合金窗在實(shí)際試驗(yàn)中遇到的問題

鋁合金窗主要由玻璃、型材、密封材料、其他配件等組成，任一部件出現(xiàn)問題都會(huì)影響其耐火完整性。以下是在鋁合金窗在耐火試驗(yàn)過程中遇到的問題：

（1）玻璃結(jié)構(gòu)裝反：即防火玻璃裝在向火面（室外側(cè)），鋼化玻璃裝在背火面（室內(nèi)側(cè)）。對(duì)于單片防火玻璃建筑外窗，在耐火試驗(yàn)5min左右，玻璃破裂，失去耐火完整性，如圖5（a）所示；對(duì)于復(fù)合防火玻璃建筑外窗，經(jīng)多次試驗(yàn)，耐火時(shí)間均在20min左右，也達(dá)不到規(guī)范要求，如圖5（b）所示。

（2）玻璃質(zhì)量有問題。在進(jìn)行耐火完整性試驗(yàn)過程中，不同企業(yè)由于工藝、技術(shù)不過關(guān)，導(dǎo)致玻璃在短時(shí)間直接破裂，如圖5（c）、（d）所示。

（3）使用的密封材料有問題：在耐火試驗(yàn)過程中密封材料燃燒，多發(fā)生在耐火試驗(yàn)進(jìn)行到30min之后，向火面溫度達(dá)800℃之后出現(xiàn)，如圖5（e）所示。

（4）鋁合金窗玻璃壓條有問題：在耐火試驗(yàn)過程中，爐內(nèi)達(dá)到較高的溫度，壓條軟化脫落，導(dǎo)致玻璃脫落，如圖5（f）所示。

6 對(duì)于鋁合金窗裝配注意事項(xiàng)和建議

目前對(duì)于鋁合金窗耐火完整性試驗(yàn)過程中會(huì)遇到各種問題，為達(dá)到耐火完整性的要求，對(duì)鋁合金窗的裝配過程中提出以下幾點(diǎn)建議，為企業(yè)的生產(chǎn)提供有效的指導(dǎo)。

（1）對(duì)于單片防火玻璃鋁合金窗：綜合成本較低，穩(wěn)定性較差，需要找到更合適生產(chǎn)工藝；對(duì)于復(fù)合防火玻璃鋁合金窗：復(fù)合防火玻璃較單片防火玻璃質(zhì)量穩(wěn)定，但成本高，壽命短，不能直接用于外墻，難于深加工，長(zhǎng)期處于紫外線照射下易起泡、發(fā)黃甚至失去透光性，后期維護(hù)費(fèi)用較高。企業(yè)可綜合考慮選擇合適的防火玻璃。

（2）鋁合金窗的作用之一是阻止外墻火焰的蔓延，為保證耐火完整性的要求，在鋁合金窗的裝配過程中一定要正確安裝鋼化玻璃和防火玻璃結(jié)構(gòu)，即鋼化玻璃應(yīng)安裝在向火面，防火玻璃安裝在背火面。若防火玻璃安裝在向火面，背火面為鋼化玻璃，其耐火時(shí)間基本不超過20分鐘，且背火面玻璃容易炸裂傷人。

（3）在對(duì)鋁合金窗耐火完整性試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)爐內(nèi)溫度遠(yuǎn)超型材熔點(diǎn)，樣品向火面型材易融化，所以窗體內(nèi)腔應(yīng)填充防火隔熱材料以維持窗框整體穩(wěn)定。常見填充材料有耐火泥、有機(jī)堵料、防火密封膨脹密封條等。

（4）鋁合金窗能否達(dá)到規(guī)定的耐火完整性，最重要的是玻璃質(zhì)量。企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極研發(fā)學(xué)習(xí)新技術(shù)，制造出更符合性能要求的玻璃。

（5）鑒于型材本身特性，建議鋁合金窗耐火時(shí)間為60min。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆玉芹，李新達(dá)等.鋁合金門窗[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2015.

[2]GB 50016-2014 建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[M].北京.中國(guó)計(jì)劃出版社，2015.

[3]GB/T 31433-2015 建筑幕墻、門窗通用技術(shù)條件[M].北京.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[4]GB/T 12513-2006m 鑲玻璃構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法[M].北京.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[5]GB/T 9978.1-2008 建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法 第1部分：通用要求[M].北京.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[6]陳國(guó)棟，楊加喜，計(jì)國(guó)慶.建筑外窗耐火完整性應(yīng)用若干問題的探討[J].中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2017（08）：40-47.