淺談防火玻璃特性及分類

杜文修,楊娟，高帥，吳賁華，王銀茂，高國忠

（1.江蘇大學材料科學與工程學院，江蘇 鎮江 212013；2.江蘇鐵錨玻璃股份有限公司，江蘇 海安 226600）

0 引 言

2015年1月2日13時14分，哈爾濱市道外區一倉庫發生火災，造成5名消防戰士犧牲，14人受傷，549戶2000多名居民及部分臨街商戶受災。如此嚴重火災的發生，又一次引發了人們對防火安全的反思，全社會對建筑防火問題也愈發重視。建筑防火是建筑安全設計中一個十分重要的項目，建筑防火分區的要求往往使建筑師在建筑美學與建筑防火上進退兩難，然而玻璃作為現代建筑的時尚,它所具有的通透性和華麗的效果，使得防火玻璃成為現代建筑師們樂于追逐的目標，用防火玻璃作為防火分隔材料的優勢不僅在于提升了建筑美感和采光效果，而且要比傳統的墻體輕，可提高建筑物的有效使用面積，便于施工[1]。因此，開發新型防火玻璃可以兼顧人們對美觀和安全的要求。

1 防火玻璃特性

1.1 耐火完整性

在標準耐火試驗條件下，建筑分隔構件當其一面受火時，能在一定時間內防止火焰穿透或防止火焰在背火面出現的能力。即指試件背火面出現火焰，并持續燃燒10s或10s以上。在試驗中，當試件有火焰或氣體從孔洞和其它縫隙處出現時，進行棉墊著火性試驗，棉墊被點燃，表明試件失去完整性。如果試件在試驗過程中垮塌，表明試件失去完整性[2]。

1.2 耐火隔熱性

在標準耐火試驗條件下，建筑分隔構件當某一面受火時，能在一定時間內其背火面溫度不超過規定值的能力。即指試件背火面測溫點單點溫升180℃，平均溫升140℃[2]。

1.3 熱輻射強度

在標準耐火試驗條件下，在玻璃背火面一定距離、一定時間內的熱輻射照度值。即指距試件背火面3m處，臨界輻射熱照度達到0.42 W/cm2及距試件背火面在等于其較小尺寸(長度或寬度)1.2倍的距離內，臨界輻射熱照度達到3.35 W/cm2。如果落在纖維素材料上的輻射強度超過3.35 W/cm2，這些材料就容易燃燒[2]。

2 防火玻璃的種類

防火玻璃是一種在標準耐火試驗條件下能夠保持其完整性和隔熱性的特種玻璃，可以按不同的方法進行分類[4]。

3.1 按耐火性能分

2.3.1 A類

同時滿足耐火完整性、耐火隔熱性要求的防火玻璃。當遇到火災時，火焰燃燒產生的極高熱量以熱輻射和熱傳導的方式透過玻璃，使玻璃背火面溫度不斷升高。當達到一定程度時，熱量會使人或可燃物在沒有碰觸到火焰的情況下，被灼傷或引燃。隔熱型復合防火玻璃正是為了使逃生和救援人員免遭熱輻射傷害，并將火災的破壞性降低到最小而設計的[3]。A類防火玻璃為復合防火玻璃。

此類玻璃具有透光、防火（隔煙、隔火、遮擋熱輻射）、隔聲、抗沖擊等性能，適用于建筑裝飾鋼木防火門、窗、上亮、隔斷墻、采光頂、擋煙垂壁、透視地板及其他需要既透明又防火的建筑組件中。

2.1.2 B類

同時滿足耐火完整性、熱輻射強度要求的防火玻璃。B類防火玻璃為復合防火玻璃。此類防火玻璃多為復合防火玻璃，具有透光、防火、隔煙特點。

2.1.3 C類

只滿足耐火完整性要求的單片防火玻璃。C類防火玻璃又分為硼硅單片防火玻璃，銫鉀單片防火玻璃，高強度單片防火玻璃。硼硅單片防火玻璃是選用含高硼硅經浮法工藝生產出的一種原片玻璃，經鋼化加工而成。它的防火性能源自于其很低的熱膨脹系數，僅為4×10-6℃-1(20～300℃)，比普通玻璃(硅酸鹽玻璃)低2～3倍。此外，硼硅單片防火玻璃還具有高軟化點、極好的抗熱沖擊性和粘性等特質。因此，當火災發生時，硼硅單片防火玻璃不易膨脹碎裂，是一種高穩定性的單片防火玻璃，其耐火時限高達3h。

銫鉀單片防火玻璃是由普通浮法玻璃經過特殊的化學處理及物理鋼化制作而成的。其中，化學處理的作用是在玻璃表面進行離子交換，使玻璃表層堿金屬離子被熔鹽中的其他堿金屬離子置換，從而增加了玻璃強度，提高了抗熱沖擊性能。而特殊的物理鋼化處理，使其達到安全玻璃的要求。

高強度單片防火玻璃是經過特殊的物理鋼化處理(大風壓)制造的防火玻璃。此類玻璃具有透光、防火、隔煙、強度高等特點。適用于無隔熱要求的防火玻璃隔斷墻、防火窗、室外幕墻等。

上述這三類玻璃，其耐火等級分Ⅰ級、II級、III級、Ⅳ級，其相應耐火時間為90min、60min、45min和30 min。

2.2 按結構型式分

防火玻璃按結構型式分主要有4種：夾層復合防火玻璃、夾絲防火玻璃、中空防火玻璃和高強度單片防火玻璃。

2.2.1 夾層復合防火玻璃

夾層防火玻璃是一種建筑用安全玻璃，是在兩層浮法玻璃中間用PVB膠片，在一定溫度、壓力下膠合成整體，即使受到沖擊，玻璃碎了仍然連在一體，防止人員傷亡和其它事故發生。

灌注型防火玻璃也屬于夾層防火玻璃，灌注固化在隔熱型復合防火玻璃中間的特殊透明化學物質大量地吸收火焰中的熱量而發泡膨脹，同時變成不透明的白色，高效的阻止燃燒產生的熱量從迎火面向背火面的傳遞。在這個過程中，玻璃整體保持完整，形成了一個可以阻隔火焰、煙霧和燃燒產生的高溫毒氣擴散與蔓延的有效屏障。復合防火玻璃的隔熱和防熱輻射功能可以使火災發生時玻璃背火面區域內的逃生或救援人員免遭高溫熱量的侵害和熱輻射的灼傷，同時防止該區域內的可燃材料和物品如木制品、地毯等在一定時間內被高溫和熱輻射所引燃。

2.2.2 夾絲防火玻璃

夾絲防火玻璃是在兩層玻璃中間的有機膠片或無機膠粘劑的夾層中再加入金屬絲、網物，而制成的復合玻璃體。加入了絲或網后，不僅可提高防火玻璃的整體抗沖擊強度，而且能與電加熱和安全報警系統相連接起到多種功能的作用。該防火玻璃唯一的缺陷是透光度欠佳。

2.2.3 中空防火玻璃

中空防火玻璃是在多片玻璃的每相鄰兩片玻璃之間，四周用支撐框架密封隔離固定，形成一密封空間，非密封空間用外層密封膠密封填平，其一塊或多塊使用單片防火玻璃。支撐框架與玻璃的接觸表面上用內層密封膠粘接；支撐框架呈內空結構，填充干燥劑，呈矩形結構，其外邊緣的兩直角制成45°、2mm的倒角結構,密封空間可以隔熱、隔溫、降低噪音，支撐框架的優化尺寸以及良好的倒角結構使得外層密封膠有良好的固定條件，不易變形受損，密封性能、耐照射性能較常規玻璃好，充分地保證在長時間使用時無結露、無污跡、無膠條變形現象發生。

2.2.4 單片防火玻璃

單片防火玻璃是采用物理與化學的方法，對浮法玻璃進行處理而得到的。它在1000℃火焰中能保持80min～120min不炸裂，從而有效地阻止火焰與煙霧的蔓延，有利于第一時間發現火情，使人們有足夠長的時間撤離現場，并進行救災工作。

單片防火玻璃除了普通的平板玻璃經物理、化學鋼化后得到的，還有一類稱之為特種單片防火玻璃，具體是指采用的玻璃基片為特種成分的玻璃，而非普通平板玻璃成分的玻璃。它主要有硼硅酸鹽防火玻璃、鋁硅酸鹽防火玻璃、微晶防火玻璃及軟化溫度高于800℃以上的鈉鈣料優質浮法玻璃等。其共同的主要特點是：玻璃軟化點較高，一般均在800℃以上，熱膨脹系數低，在強火焰下一般不會因高溫而炸裂或變形，尤其是微晶防火玻璃，除具有上述特點外，還具有機械強度高、抗折、抗壓強度高及良好的化學穩定性和物理力學性能。

2.3 按結構分

防火玻璃按結構可分為復合防火玻璃和單片防火玻璃。

2.3.1 復合防火玻璃

由2層或2層以上的玻璃復合而成或由一層玻璃和有機材料復合而成，并滿足相應耐火等級要求的特種玻璃。復合防火玻璃按制作方法，可分為復合型防火玻璃和灌注型防火玻璃。

復合型防火玻璃結構如圖1所示：將2片或2片以上的單層平板浮法玻璃由膨脹阻燃膠結劑粘結復合在一起而制成的。其防火原理：火災發生時，向火面玻璃遇高溫后很快炸裂，其防火膠夾層相繼發泡膨脹10倍左右，形成堅硬的乳白色泡狀防火膠板，有效地阻斷火焰，隔絕高溫及有害氣體。

灌注型防火玻璃結構示意圖如圖2所示，2片或2片以上單層平板浮法玻璃在四周先用邊框條密封好，然后由灌注口灌入防火液(如硅酮或聚硫密封膠)經膠結、封口而制成[4]。其防火原理是遇高溫以后，玻璃中間透明膠凍狀的防火膠層會迅速硬結，形成一張不透明的防火隔熱板。在阻止火焰蔓延的同時，也阻止高溫向背火面傳導。適用于防火門窗、建筑天井、中庭、共享空間、計算機機房防火分區隔斷墻。

圖1 復合防火玻璃結構圖

圖2 灌注型防火玻璃結構圖

在實際生產中，復合防火玻璃尺寸厚度偏差則必須滿足以下國家標準，見表1。

復合防火玻璃的尺寸和厚度允許偏差表（單位：mm） 表1

2.3.2 單片防火玻璃

單片防火玻璃是由單層玻璃構成，并滿足相應耐火等級要求的特種玻璃[5]。單片防火玻璃可以在一定的時間內保持耐火完整性、阻斷迎火面的明火及有毒、有害氣體，但不具備隔溫絕熱功效。單片防火玻璃是將普通浮法玻璃經物理、化學處理工藝鋼化而制成，具有良好的耐溫性和抗熱炸裂性。其缺點是，在火焰高溫情況下遇到水時容易爆裂。適用于外幕墻、室外窗、采光頂、擋煙垂壁、防火玻璃無框門以及無隔熱要求的隔斷墻。單片防火玻璃尺寸厚度偏差標準如表2所示。

單片防火玻璃的尺寸和厚度允許偏差表（單位：mm） 表2

3 結 語

自國內單片防火玻璃批量生產以來，防火玻璃得到了更加廣泛的應用，但使用時有幾點必須注意：選用防火玻璃前，要先清楚由防火玻璃組成的防火構件的消防具體要求，是防火、隔熱還是隔煙、耐火極限要求等；單片和復合灌注型防火玻璃不能象普通平板玻璃那樣用玻璃刀切割，必須定尺加工，但復合型（干法）防火玻璃可以達到可切割的要求；選用防火玻璃組成防火構件時，除考慮玻璃的防火耐久性能外，其支承結構和各元素也必須滿足耐火的需要。但總的來講防火玻璃具有良好的透光性能和防火隔熱性能、耐久性和耐光性能好、具有一定的抗沖擊強度、產品性能穩定、使用環境溫度范圍寬，可廣泛用于防火門、窗和防火分區等部分，有很高的推廣使用價值。

[1]吳從真.防火玻璃系統技術及應用[J].門窗，2013(6).

[2]殷李革.建筑防火玻璃的性能與應用[J].消防科學與技術，2007(3).

[3]紀毅璞，左巖，成惠峰，等.高透明無微泡復合防火玻璃研究[J].武漢理工大學學報，2010(22).

[4]馮江.淺談防火玻璃的分類與應用[J].消防技術與產品信息，2005(6).

[5]劉選軍，程金樹，湯李纓.國內外單片防火玻璃的應用現狀及發展[J].建材發展導向，2005(2).