淺析泡沫碳防火板的性能特點及應用前景

方名聰 李建新

（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

0 前言

隨著我國城市化建設的高速推進，城鎮人口急劇增加，也促使商民用建筑聚集化、規模大型化，同時城鄉新舊建筑建設標準不一、擴建行為不規范等，共同導致城市新增大量火災風險，而城市火災極易造成嚴重人員傷亡與財產損失，2019 年我國火災導致的直接經濟損失逾36 億元[1]。新時代的消防形勢對防火隔熱裝修材料的防火、環保等指標提出日趨嚴峻的挑戰。

泡沫碳防火板是以煤煉油工藝的廢棄產物為原料，采用特殊容器在高溫高壓下發泡、在模具中成形，常溫下可切割可貼掛的新型防火板材。其相較現有菱鎂板、紙面石膏板等防火材料具有耐火溫度高、受熱不分解、強度好、耐潮耐堿鹵等突出優勢。泡沫碳防火板是一種性能優異的新型材料，但同時存在著大尺寸模具制造困難、成本相對市售產品沒有優勢等問題，如何將其廣泛應用，并進一步提高附加值應用是亟待探索及解決的難題。

1 泡沫碳防火板性能特點

泡沫碳防火板是A 級不燃材料，經第三方機構檢測，其阻燃性能見表1，各項指標遠超過《建筑材料及制品燃燒性能分級:GB8624》中的A 級要求[2]，最高使用溫度可達1700℃。材料在火災中不僅不會產生有害氣體，而且還不會因長時間受熱分解失效崩落，可以有效保持結構完整性。此外常見菱鎂板、珍珠巖板、紙面石膏板等干密度均在0.8g/cm3左右[3-5]，而泡沫碳板在擁有相似或更高抗壓、抗沖擊強度的同時，表觀密度僅有0.4～0.6g/cm3，降低了安裝節點的強度要求，施工快捷、運輸方便。

表1 泡沫碳產品阻燃性能檢測結果

與此同時，泡沫碳在高溫環境下生產，板材本身不含結晶水，碳的化學性質又足夠穩定，不存在失水崩解、吸潮反鹵、酸堿腐蝕等現象，極大程度地克服了原料為鎂、石膏、巖棉等防火制品耐候性方面的先天不足，不僅提高了正常環境中的耐用性，還可以在潮濕鹽堿甚至化學腐蝕環境中使用，安裝靈活度大大提高。然而也因為材料成型環境與工藝較為嚴格與特殊，導致泡沫碳防火板的成品尺寸不易放大，且在成本方面存在劣勢，這是目前亟需研究解決的重要課題。

另外，泡沫碳具有的多孔結構讓防火板產品同時具有保溫與隔音性能，可以滿足一定的建筑保溫節能與隔音需求；產品原料是其他工藝的副產物，響應了國家大力發展綠色環保建材的號召，強化綜合利用，減少污染與浪費。

2 泡沫碳防火板應用前景分析

泡沫碳防火板出廠時既可制成常規矩形板，又可在特殊模具中成形，制成弧形板、異形板等，同時板材在施工現場可裁可切可開槽，具有很高的安裝靈活度，能滿足不同場景的施工與應用需求；防火板雖不用作承重構造，但在作為輕質隔墻面板時仍需要考慮安裝與使用時的受力影響，泡沫碳防火板的力學強度可以保證其在安裝時連接節點不出現碎裂，在使用時不被外力沖擊破壞，從而保持全壽命的結構完整性。

2.1 作為一般輕質防火隔墻

目前民用建筑、工業廠房內的防火隔斷，多采用輕鋼龍骨防火隔墻，由于市售面板質量輕、厚度薄，存在著耐火極限不高、物理強度不理想、不耐酸堿腐蝕等缺點，以泡沫碳防火板作為新型龍骨隔墻面板材料將妥善解決上述問題。

泡沫碳防火板與建筑主體可采用與輕鋼龍骨配合錨接的連接方式，或是龍骨雙面安裝用作輕質防火隔墻，故連接節點是保證防火板安裝施工質量的關鍵部位。因此在滿足主體結構的安全性要求時，也要滿足輕質墻體結構的可靠度和安裝協調性。作為輕質防火隔墻時，可根據需求選用單層或雙層面板，面板厚度常用30mm、50mm 或視需求定；用巖棉或其他防火材料填充兩面板內部以滿足防火需求。

2.2 用作防火吊頂

天花板內常有大量管線，當發生火災時，火焰與熱量首先將往上延伸對其造成破壞；另一方面天花板上的照明系統往往容易積累熱量，當裝修材料老化或氣候過度炎熱時有可能被引燃，累及其他區域，故天花吊頂常需要具備防火功能。泡沫碳防火板用作防火吊頂時，內部視情況填充巖棉或其他耐火填充材料，泡沫碳板質量輕施工快，其耐火性能可以有效保護吊頂內外不受另一側的火災侵襲。

2.3 用作鋼結構防火圍護

鋼結構建筑于近幾十年中，由于原料廉價、施工便捷在我國得到廣泛應用，然而鋼鐵雖強度高性能好，在高溫下卻容易變形失效坍塌，鋼結構的防火保護也是世界范圍內的重要課題。目前實際應用的鋼結構防火保護措施，主要有防火涂料和防火保護板兩種，而防火涂料存在著“薄型”涂料效果差、“厚型”涂料易脫落等難點問題有待改進[6]，同時施工質量不易把控、涂料本身性能良莠不齊等種種原因導致防火涂料難以達到理想防護性能；泡沫碳板作為防火圍護板時工期短、效果好，板材可用輕鋼龍骨配合膨脹螺栓鋼件固定，或是用粘結劑直接固定在鋼結構表面。

2.4 用作各種中控室、數據中心的防火貼面墻

中控室、數據機房中心等消防重點區域，一旦發生火災將造成極嚴重的損失，而此類地點防火分區繁多、管線密集、普通砌筑與封堵方法難以施工，故對更高性能的防火板材料需求急切。泡沫碳防火板可采用掛裝或用耐火砂漿、耐火粘結劑直接貼附的形式安裝在主體結構上，也可以依附龍骨作輕質防護隔斷，配合其他耐火封堵材料完成防火工程施工。

2.5 用作隧道防火保護板

城市隧道火災與其他火災有很大區別，由于隧道空間局促狹小、充滿易燃物質，故隧道內火災升溫極快，最高溫度接近常見火災的兩倍，火災撲救難度很大。內部的混凝土在熱沖擊下容易失水爆裂脫落，鋼筋將會升溫失效，隧道內表面敷設的防火材料便成為保護隧道主體結構安全的重要環節。同時隧道內防火材料工作環境惡劣、日常維護不便，對材料耐久性也有很高要求。防火砂漿在這里同樣存在施工質量不易控制、耐候性不易提高、防火性能不易達標等問題。輕質防火板則是相對理想的隧道防火材料，而泡沫碳防火板相對其他常用防火板材，有質量輕、耐熱沖擊性能高、耐候耐腐蝕等優點。在隧道內部可用膨脹螺栓錨接在混凝土結構上，接縫處填充耐火砂漿作封堵；或是采用龍骨間接連接，中間填充巖棉等隔熱物質，可以靈活調整安裝間隙，同時更有效避免熱量傳導入隧道鋼筋。

3 結論

泡沫碳防火板根據現有市售防火板產品的不足，提供了一種新的耐火絕熱材料選擇。其耐火性能優于石膏板、硅酸鈣板等，強度也優于常見防火板材，密度更低，便于施工與運輸。可作輕質防火隔墻、貼面墻、鋼結構圍護、隧道防火板等用途。該防火板系統原料為其他工藝副產物，性能可靠，綠色環保，安裝簡單，但是仍存在成本較高、工藝復雜等重要問題，這也是在未來研究中有待改進的內容。泡沫碳防火板有望根據實際需求配合或代替現有防火面板，達成建筑耐火工程效果更理想、更經濟、更綠色的目的。