古建筑防火新技術(shù)研究

●曹 源，陳海濤

(武警學(xué)院 a.工程十四隊(duì);b.基礎(chǔ)部，河北 廊坊 065000)

火災(zāi)是威脅古建筑安全的主要因素之一，關(guān)于古建筑消防問題過去已有許多探討研究。我國歷史悠久的古建筑眾多，存在很大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。從歷史的角度來看，文物古建筑慘遭烈焰涂炭的事例比比皆是，例如:始建于宋代的南京夫子廟曾因火災(zāi)而五毀五修，有1 500余年歷史的少林寺發(fā)生過8次火災(zāi)，損失嚴(yán)重。而在古建筑中，木材是主要的建筑材料，是造成火災(zāi)的最主要的危險(xiǎn)因素;纖維織物是另一種可燃材料，大大增加了古建筑火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)[1－5]。為了更好地做好古建筑防火工作，本文將就木材和纖維織物的阻燃處理作相應(yīng)的研究和介紹，提出具體的阻燃處理解決方案。旨在通過木材的防火阻燃技術(shù)處理大大降低古建筑的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，最大限度的降低古建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)。

一、古建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性分析[1－3]

(一)建筑構(gòu)件多為木材，可燃性高

目前我國古建筑(包括東亞其他國家，如朝鮮、韓國、日本)絕大多數(shù)以木材為主要建筑材料，以木構(gòu)架為主要結(jié)構(gòu)形式，屬于三、四級(jí)耐火等級(jí)，柱、梁、屋頂?shù)葮?gòu)件也都低于現(xiàn)在所規(guī)定的耐火極限。這些主要構(gòu)件一旦起火，很快會(huì)形成兇猛的火勢，危及古建筑的安全。古建筑中的木材，經(jīng)過多年的干燥后，含水量很低，極易燃燒，因此火災(zāi)危險(xiǎn)性極大。

(二)室內(nèi)纖維和織物多

由于受當(dāng)時(shí)建筑藝術(shù)的影響和為了烘托神秘的宗教氛圍，古建筑一般都采用油漆彩繪以及木制屏風(fēng)，懸掛大量紙畫和織物垂簾等可燃裝飾，這就大大的增加了建筑內(nèi)部火災(zāi)荷載，加之酥油燈、蠟燭等明火性原始照明工具常年不滅，香火不斷，火災(zāi)危險(xiǎn)性極大。

(三)無防火間距，火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)大

古建筑由于受當(dāng)時(shí)建筑藝術(shù)等局限性的影響，建筑物間距不符合防火安全要求，甚至有些建筑物緊密相連，既無防火分隔區(qū)，又沒有消防通道。我國的古建筑多數(shù)是以各式各樣的單體建筑為基礎(chǔ)，組成各種庭院。在庭院布局中，基本采用“四合院”和“廊院”的形式。這兩種布局形式都缺少防火分隔和安全空間，如果其中一處起火，得不到有效控制，毗連的木結(jié)構(gòu)建筑很快就會(huì)出現(xiàn)大面積燃燒，極易形成“火燒連營”的局面。

(四)火災(zāi)撲救條件差，撲救困難

我國的古建筑，大多數(shù)建造在崇山峻嶺、遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的偏僻地區(qū)。一般天然水源十分缺乏，根本談不上市政管網(wǎng)供水，消防用水更沒有保障。不少古建筑不僅缺乏必要的滅火設(shè)施，沒有消防隊(duì)，還存在距離消防隊(duì)較遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)情況，這就給火災(zāi)撲救帶來了極大的困難。

二、古建筑防火新技術(shù)研究

由于古建筑火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)很大，其中建筑以木材為主，內(nèi)部多有纖維織物是古建筑具有高火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的最主要原因，而對(duì)木材和纖維織物進(jìn)行阻燃處理是從本質(zhì)上降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的最為有效的措施。基于此，下面將詳細(xì)闡述木材和纖維織物的阻燃處理新技術(shù)。實(shí)現(xiàn)從本質(zhì)上降低古建筑的可燃性，從而達(dá)到有效防止古建筑火災(zāi)的目的[4－5]。

(一)木材的阻燃處理辦法

木材是重要的古建筑材料，是絕大部分古建筑的主體。木材阻燃處理通常采用物理和化學(xué)兩種方法，物理方法相對(duì)簡單，在不改變木材主體性質(zhì)的情況下對(duì)木材表面或?qū)δ静膬?nèi)部進(jìn)行物理加工與混合的一種阻燃方法。化學(xué)方法則是利用化學(xué)技術(shù)提高木材抗燃性能的方法，使其不易燃燒，在點(diǎn)燃時(shí)火焰不沿其表面延燒或延燒速度減慢，不續(xù)燃，脫離外火源后自熄的方法和措施。具體分析如下。

1.物理阻燃法

木材物理阻燃法之一是采用大斷面木構(gòu)件，大斷面木構(gòu)件遇火不易被點(diǎn)著，燃燒時(shí)易生成碳化層，因碳的熱導(dǎo)率僅為木材的1/3，碳化層可部分限制熱傳遞，抑制木構(gòu)件的繼續(xù)燃燒，同時(shí)碳化層下的木材又能保持它的原始強(qiáng)度。這種方法在木材短缺的今天并不可取。物理阻燃法之二是把木材與其他不燃性材料制成各種不燃或難燃的復(fù)合板材，如水泥刨花板，石膏刨花板，木材巖棉復(fù)合板，木材金屬復(fù)合板等。目前復(fù)合板以節(jié)約木材，阻燃，防腐，價(jià)格低等優(yōu)勢使其發(fā)展方興未艾。

2.化學(xué)阻燃法

木材化學(xué)阻燃法是將具有阻燃功能的化學(xué)藥物以不同方式注入木材表面、細(xì)胞壁及細(xì)胞腔中，或與木材化學(xué)成分的某些基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，從而提高木材抗燃性能的方法。

(1)浸漬處理

采用阻燃液對(duì)木質(zhì)材料進(jìn)行常壓或加壓浸漬處理。常壓處理有常溫浸泡和熱冷槽浸泡等方法。常壓浸泡又有一次浸漬和兩次浸漬的區(qū)別。其中兩次浸是將木材依次在兩種阻燃液中浸漬，這兩種藥劑能相互反應(yīng)，在木材內(nèi)生成不溶于水的第三種成分沉積在木材細(xì)胞壁或細(xì)胞腔中。兩次浸漬技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:如阻燃劑選擇適當(dāng)，處理后的木材具有抗流失、有效期長等優(yōu)點(diǎn)。但是在實(shí)際操作中該方法可能造成環(huán)境污染;兩次浸漬之間需要干燥將使工藝復(fù)雜、處理周期過長、成本增高等。

加壓浸漬是將木質(zhì)材料與阻燃液放入密封的高壓容器中，在一定壓力下將阻燃劑注入木材細(xì)胞壁和細(xì)胞腔中。加壓浸漬處理又因在加壓前是否抽真空、真空度的大小不同而分成滿細(xì)胞法(也有稱充細(xì)胞法)、空細(xì)胞法、雙真空法等。

(2)化學(xué)改性

采用高分子化合物的單體，通過加壓浸漬等手段注入木材內(nèi)，再經(jīng)高溫加熱等方法，引發(fā)化學(xué)單體在木材內(nèi)聚合生成高分子聚合物沉積在木材細(xì)胞腔和細(xì)胞壁上;或者通過高溫、催化等手段使藥劑的分子基團(tuán)與木材化學(xué)成分中某基團(tuán)如羥基發(fā)生反應(yīng)，生成酯化木材、乙酰化木材、醚化木材。以上兩種方法均稱為化學(xué)改性。目前化學(xué)改性主要用來提高木材的物理機(jī)械性質(zhì)及抗生物降解的能力。通過化學(xué)改性手段賦予木材阻燃性能尚在研究和探索階段。其關(guān)鍵問題是挑選合適的化學(xué)單體、優(yōu)秀的阻燃成分及適合的偶聯(lián)劑。

(二)纖維織物的阻燃處理辦法

在古建筑中，棉、麻、絲、毛眾多，一經(jīng)點(diǎn)燃往往迅速成為火災(zāi)傳播的媒介，因此有必要對(duì)其進(jìn)行防火阻燃處理，改善其耐燃性能，使其即使遇到煙頭、明火也不至于馬上燃燒，發(fā)生火災(zāi)時(shí)也不至于蔓延擴(kuò)展。纖維織物的燃燒性能與纖維材料玻璃化溫度、熔點(diǎn)、分解溫度和燃燒溫度等熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)有關(guān)。通常情況下，燃燒溫度越低，燃燒熱越高，纖維就越容易燃燒。因此，有必要通過一定的技術(shù)手段使纖維織品具有更好的阻燃能力。

1.共聚阻燃改性

將含阻燃元素，主要是磷、鹵素、硫或同時(shí)含有這些元素的化合物作為工具單體，引入纖維高聚物分子鏈中，以提高纖維的難燃性能，這種方法主要適用于加聚型的聚丙烯晴和縮聚型的聚酯、聚酰胺類。目前這兩種阻燃纖維大多是采用共聚法制造的。要求這類阻燃改性單體，在聚合的高溫條件下不發(fā)生分解，無副反應(yīng)發(fā)生，對(duì)纖維性能沒有嚴(yán)重影響。該法的優(yōu)點(diǎn)是纖維具有耐久的阻燃性。

2.共混阻燃改性

這是一種將阻燃劑加入紡絲熔體或溶液中紡制阻燃纖維的方法。該法常用于制造聚丙烯纖維，其次是聚丙烯腈和聚酯阻燃纖維，所用阻燃劑有低分子和高分子化合物，包括有機(jī)物，無機(jī)物及它們的混合物等。要求這類阻燃劑能經(jīng)受熔融紡絲的高溫，并與聚合體系的相容性好，不影響紡絲處理的正常進(jìn)行，不使纖維及其制品的主要性能發(fā)生較大的變化，無毒，耐久性高等。

3.皮芯型復(fù)合紡絲

以共聚型或共混添加型阻燃纖維為芯，普通纖維為皮，制成的皮芯型復(fù)合纖維具有更為完善的阻燃改性效果。因?yàn)橐话沱u化物穩(wěn)定性不好，在熔融紡絲溫度下容易使纖維變色，且所得到的纖維的耐光性差。采用皮芯復(fù)合型紡絲法使阻燃劑位于纖維內(nèi)部，既可以充分發(fā)揮阻燃作用，又能保持聚酯纖維的光穩(wěn)定性，白度和染色性等。

4.接枝共聚

纖維的接枝共聚是一種有效而耐久的阻燃改性方法，接枝方法有高能輻射接枝和化學(xué)接枝。接枝單體為含磷、溴和氯的反應(yīng)型化合物，用于聚酯、聚乙烯醇纖維等阻燃性要求。

5.阻燃后整理

改性方法是一大類阻燃方法，應(yīng)用非常廣泛，也是一種應(yīng)用最早，研究比較徹底的阻燃處理方法。它可以應(yīng)用于所有纖維的紡織品，其中以棉纖維等纖維素以及纖維素纖維與其他合成纖維組成的混紡織物為主。阻燃后整理的改性方法應(yīng)用簡便，工藝流程相對(duì)比較簡單，目前已經(jīng)有針對(duì)不同的纖維與紡織品的商業(yè)化生產(chǎn)的阻燃整理方法。其缺點(diǎn)主要是阻燃耐久性不理想，對(duì)紡織物的手感，彈力等有一定的影響。阻燃后整理工藝主要有三種方法:津軋烘焙法，涂層法，浸漬烘燥法等。浸軋烘焙法一般用于纖維素纖維織物。工藝流程為:織物準(zhǔn)備→浸軋液的配制和浸軋→預(yù)烘→烘焙→后處理。浸軋液一般由阻燃劑，催化劑，樹脂，表面活性劑，潤濕劑和柔軟劑組成，先配成水溶液或軋液再進(jìn)行整理。涂層法根據(jù)機(jī)械設(shè)備不同分為刮刀涂布法，澆鑄涂布法和壓延涂布法。浸漬烘燥法主要是將織物放在阻燃液中浸漬一定時(shí)間，取出烘干即可，如下圖1所示。

圖1 阻燃流程圖

[1]田宏.古建筑的消防安全問題[J].中國西部科技，2006，(5):39－40.

[2]楊旭紅，王建軍，黨世偉.古建筑火災(zāi)特點(diǎn)及防火對(duì)策[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2005，(4):54 －57.

[3]郭成.木質(zhì)材料阻燃機(jī)理研究綜述[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，(6):71 －74.

[4]張澤民，梅秀娟.古建筑消防[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010:77－84.

[5]劉迎濤，李堅(jiān)，楊文斌.阻燃中密度纖維板的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，(6)，73 －77.