建筑材料阻燃技術研究進展

韋志功 王彥成

（黑龍江省建筑材料工業規劃設計研究院， 黑龍江 哈爾濱 150080）

0 引言

隨著城市建設腳步的不斷推進，我國建筑迅猛發展，眾多城市地區各式各樣建筑群拔地而起，并不斷趨向于現代化、大型化以及多功能化發展方向。在迅速發展過程中同時也凸顯出一系列火災風險，而這些風險的元兇大多是因為建筑在建設施工時應用了各式各樣存在極大火災隱患的易燃有機材料[1]。所以，如何從建筑材料源頭上著手，消除建筑物中的火災安全隱患已然轉變成我國當前亟待解決的一大問題。

1 建筑防火的重要性

很大一部分火災事故均起源于一些不起眼的原因，例如，2014 年香格里拉火災事故便是因為取暖設備使用不合理，造成電腦桌著火，進而火勢迅速蔓延至建筑整體，最終引發火災，造成嚴重經濟財產損失。又如，2016 年哈爾濱市某小區一棟27 層高樓外墻保溫板著火，火勢由4 樓迅速蔓延至頂樓，撲救30 余分鐘才將明火撲滅。建筑物火災往往引發于一些細小部分，最開始僅僅會局限于一些著火點可燃物質，局部燃燒結束倘若沒有其他可燃物，火勢便會伴隨最開始可燃物燃燒結束后自行熄滅，有時也會由于可燃氣體有限而以相對緩慢的速度燃燒并逐漸西梅，然而倘若在先有良好的通風環境，亦或有諸多可燃物，火災則會迅速向四處蔓延，最終使整個建筑物燃燒起來。火災燃燒初期通常較為緩慢，這個過程中火勢較小，易于撲滅。然而伴隨燃燒溫度的不斷提升及可燃氣體的逐步釋放，在建筑物溫度上升至500℃時，很大一部分可燃物便會起火燃燒，引發轟燃，火災進而轉至全面發展階段，這個過程進行滅火不僅難度大，而且極為危險[2]。如果要想將火勢控制在初始燃燒階段或者自行熄滅，就應當有效引入建筑材料阻燃技術。建筑材料阻燃技術憑借其難燃、不燃等特性，可有效發揮隔離燃燒源的作用，將火災事故扼殺在搖籃之中，或者控制火勢發展，為滅火工作爭取最佳時機。倘若火災引發初期便受到阻燃材料影響，則可很大程度上降低不必要的人員傷亡和經濟財產損失。近年來，伴隨我國制造業技術水平的提高、國家相關部門阻燃材料法律法規及標準的制定完善、社會大眾思想觀念的革新，為建筑材料阻燃技術發展創造了有利契機，并在諸多行業領域得到推廣。特別是一些社會特大型建筑火災事故的引發，公安部消防局多次頒布文件以提高建筑防火的標準要求，由此為建筑材料阻燃技術發展帶來了諸多機遇，也帶來了諸多挑戰。

2 建筑材料阻燃技術研究進展

2.1 高分子材料在高層建筑物中的應用

近年來，在高層建筑物中，高分子材料憑借其隔離、冷卻、消除自由基等作用可有效實現環保阻燃功能。其中，對于高分子材料隔離作用來說，在建筑物中，在溫度不斷升高情況下，高分子材料阻燃劑表面會產生一個隔離膜，將熱源阻隔在物質之外，進一步防止物質繼續燃燒。通常情況下，高分子材料所產生的隔離膜主要表現為兩種方式，一種是在高溫前提下，將高分子阻燃劑分解成難易揮發的玻璃狀物質，覆蓋于物質表層，并且覆蓋密度偏高。在這一隔離膜保護下，熱源無法進入物質中，進而發揮阻燃功效。另一種是依托高分子材料中的熱降解產物，高溫情形下于物質表面產生脫水炭化作用，進一步形成炭化層，發揮保護與阻燃相關物質的功效。對于高分子材料冷卻作用來說，高分子材料在高溫條件下，產生脫水、相變、分解等作用，確保物質表面溫度始終在著火點以上，進而發揮阻燃功效。對于高分子材料消除自由基作用來說，高分子材料在高溫條件下，會形成大量的自由基，進而促使引發氣相燃燒反應，于此期間高分子材料阻燃劑會迅速捕捉自由基，進一步抑制自由基繼續發生連鎖反應，進而發揮阻燃功效。將高分子材料應用于高層建筑物設計中，不僅可增強建筑物整體的防火性能，還可保證建筑物的安全及環保性能，因而其是當前高層建筑物設計中的重要設計理念之一。在環保阻燃設計實踐中，高分子材料主要應用于下述幾方面內容：首先，應用于提高建筑建材防火性能。在高層建筑物建設時，其內部裝修、設備裝置往往不得不要采用一些易燃材料，由此會加大建筑物消防安全隱患。所以，依托引入高分子材料對聚氯乙烯、樹脂等傳統材料予以取代，可有效提高高層建筑物的防火性能。對于高分子材料實際應用方式而言，主要包括有對傳統材料進行直接取代、對材料表面進行包裹等。其次，應用于提高電氣設備外包裝防火性能。在建筑設計過程中，通過將高分子材料應用于取代保護開關外殼、儀表箱等傳統產品外包裝，一方面在電氣設備引發高溫、火星等安全隱患時，高分子材料外包裝可有效縮減電氣火災引發概率，進一步縮減電氣火災事故；另一方在某些微型火災事故中，高分子材料外包裝可有效阻隔電子設備遭受火災影響，進而防止引發二次火災或電氣事故[3]。最后，應用于提高電線點燃防火性能。在高層建筑物引發火災時，其電線電纜通常是引發火災及傳遞火災的重要原因，所以對于電線電纜的選擇應用，應當首選由高分子材料制備而成的阻燃型電線電纜。

2.2 阻燃塑料制品在建筑物外墻中的應用

一般情況下，建筑物外墻應用的隔熱保溫材料均為塑料制品，對建筑物防火安全性可發揮至關重要的作用，因而必須要應用燃燒性能達到相應級別的阻燃塑料制品。近年來，在建筑物外墻中較為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，對于聚苯乙烯泡沫塑料而言，作為建筑物外墻保溫材料中最為常用的一種材料，其廣泛推廣的有擠塑聚苯乙烯泡沫塑料、模塑聚苯乙烯泡沫塑料，前者是在塑料擠出設備中一次性添加進原料聚苯乙烯、發泡劑以及助劑等原料，使聚苯乙烯在發泡劑作用下發泡成型，并被擠出，再經切割處理，連續的聚苯乙烯泡沫塑料板材便被切割為可符合要求的尺寸。后者是在預發泡設備中添加進聚苯乙烯原料，同時調節好溫度、進料速度、蒸汽壓力等參數，以控制發泡聚苯乙烯的容量，進一步實現預發泡，然后對預發泡的聚苯乙烯予以干燥、熟化處理，最后轉至成型模具中并借助蒸汽開展發泡處理，再冷卻定型便可獲取最終符合要求的板材。結合相關數據計算而言，擠塑聚苯乙烯泡沫塑料密度為36kg/m3，模塑聚苯乙烯泡沫塑料密度為18kg/m3，相較于后者，前者蜂窩狀結構相互間基本沒有空隙，表現出更良好的閉孔結構，所以擠塑聚苯乙烯泡沫塑料表面也更為光滑、均勻，應用于建筑物外墻可發揮更理想的保溫性能[4]。對于聚氨酯泡沫塑料而言，其具備強度高、導熱系數及密度小、隔音效果佳以及易于加工成型等特點，同樣是建筑物外墻保溫材料中性能可靠的一種產品。建筑物外墻聚氨酯泡沫塑料制品所需滿足的各項技術性能指標，見表1。值得一提的是，聚氨酯使用成本偏高，因而

然而與納米材料特殊性能相對應的高昂價格是限制其在工程應用中使用的首要因素，故目前大部分針對納米材料的研究仍然只停留在理論階段。陳波等人[8]，將含有NS 的摻合料，按照水泥質量的5%～15%摻入噴射混凝土拌合物中，從而能夠使濕噴混凝土的回彈率≤8%、凝結時間≤2min、一次噴層厚度≥35cm 的良好效果并已申請專利。

5 結論及前景展望

關于特種混凝土的研發，目前主要是在混凝土的第五組分及第六組分上進行創新研究。其原理是通過改變混凝土的內部結構或進行表面處理，使得特種混凝土具有特殊性能。例如：在混凝土中添加膨脹劑或緩凝性減水劑，可以起到減少或抵消裂縫的產生制得的抗滲混凝土具有很好的耐久性與整體性，適合大面積澆筑。

雖然特種混凝土由于在某一方面具有特殊的性能，并在近年來得到廣泛的研究與發展但由于在工程應用中往往需要考慮其經濟效益及環境效益，避免資源的浪費，故普通混凝土仍是建設工程的首選，特種混凝土僅需在特定的工作環境下選用。

隨著我國建設工程的不斷增多，建設難度不斷增大，急需發展具有不同特殊性能的特種混凝土來克服環境難題或建筑結構難題。其次通過改進混凝土的生產和施工工藝，從而使工程項目能夠以更少的時間與資金完成并在使用期內安全可靠。這是現階段我們工程建設的主要發展目標。