鋁合金窗耐火完整性試驗研究

李紅菊 蘇海通 周楊 楊光輝

摘 要：2015年5月1日，我國實施了GB 50016-2014《建筑設計防火規范》，對不同類型、不同高度建筑保溫材料的燃燒性能提出嚴格要求，并對建筑外窗的耐火完整性做出了嚴格規定。本文主要從鋁合金窗的分類、耐火完整性試驗設備，以及試驗中遇到的一些問題做簡單的探討，希望能對鋁合金窗的發展，以及企業的生產提供有效的幫助。

關鍵詞：鋁合金窗；耐火完整性試驗設備；耐火完整性

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

1 引言

鋁合金建筑外窗簡稱鋁合金窗，是由鋁合金建筑型材制作框、扇結構的窗。目前國內主要是指斷橋鋁合金窗，是在普通鋁合金窗基礎上為了提高門窗保溫性能而推出的改進型，原理是利用PA66尼龍將室內外兩層鋁合金既隔開又緊密連接成一個整體，構成一種新的隔熱型的鋁型材。20世紀80年代鋁合金窗技術及成套的生產設備開始引入我國，隨著我國經濟的快速發展，鋁合金窗也迎來的迅速發展；2000年我國鋁合金窗產量達到1.0億平方米，成為了我國技術領先的支柱產品；經過30多年的發展，目前我國的鋁合金窗的科技研發、施工技術等基本達到或接近國際先進水平，為行業可持續發展奠定了堅實的基礎[1]。

2 鋁合金窗耐火完整性判定方法

2015年，我國實施了GB 50016-2014《建筑設計防火規范》[2]，對不同類型、不同高度建筑保溫材料的燃燒性能提出嚴格要求，并對建筑外墻上門窗的完整性做出了嚴格規定：除采用B1級保溫材料且建筑高度不大于24m的公共建筑或采用B1級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低于0.50h。

GB/T 31433-2015《建筑幕墻門窗通用技術條件》[3]給出了建筑門窗耐火完整性的定義：在標準耐火試驗條件下，建筑門窗某一面受火時，在一定時間內阻止火焰和熱氣穿透或在背火面出現火災的能力。GB 50016-2014《建筑設計防火規范》明確規定其耐火完整性測試方法，是采用GB/T 12513-2006《鑲玻璃構件耐火試驗方法》[4]中相應試驗進行。在GB/T 12513-2006《鑲玻璃構件耐火試驗方法》中，非隔熱性鑲玻璃構件失去耐火完整性的判定標準為：（1）當試件背火面竄火持續10s以上時，則認為試件失去耐火完整性；（2）當試件背火面出現貫通至試驗爐內的縫隙，直徑6mm±0.1mm的探棒可以穿過縫隙進入試驗爐內且探棒可以沿縫隙長度方向移動不小于150mm，或直徑25mm±0.2mm的探棒可以穿過縫隙進入試驗爐內，則認為試件失去耐火完整性。

鋁合金窗屬于建筑外窗，因此，對于鋁合金窗的耐火完整性試驗，我們可以按照GB/T 12513-2006《鑲玻璃構件耐火試驗方法》中對非隔熱性鑲玻璃構件判定準則的規定進行判定。

3 鋁合金窗耐火完整性試驗設備

在進行鋁合金窗的耐火完整性試驗時，采用的耐火試驗設備為全封閉燃氣自動加熱爐，如圖1所示，滿足GB/T 9978《建筑構件耐火試驗方法》[5]中的相關規定。

（1）爐內應布置熱電偶，且應均布在試件附近以獲得可靠的平均溫度。熱電偶的位置不應受燃燒器火焰的直接沖擊，并且距離爐內所有側墻、底面和頂部不應小于450mm。固定的方式要確保在耐火試驗期間熱電偶不移動。熱電偶采用符合GB/T 16839.1規定的絲徑為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度不少于25mm。

（2）應能控制和監視爐內熱煙氣壓力。爐內設有壓力測量探頭，應安裝在便于壓力條件測量和監控爐內壓力的位置，不應位于受火焰氣流直接沖擊的位置或排煙管路上。并且探頭測量管在爐內和穿過爐墻的部分應保持水平。沿爐內高度方向存在著線性壓力梯度，盡管壓力梯度隨爐內溫度的改變會有輕微變化，仍要保證沿爐內高度處每米的壓力梯度值為8Pa。爐內壓力應進行連續測量和記錄，或是在控制點時間間隔不超過5min測量記錄1次。

（3）耐火性能試驗采用明火加熱，模擬試件受到實際火災的火焰作用，全封閉燃氣自動加熱爐滿足以下溫升條件：，式中，t表示試驗所進行的時間，單位為min；T表示升溫到t時間時爐內平均溫度，單位為℃。上述函數曲線為時間-溫度標準曲線，如圖2所示。耐火試驗時，以時間間隔不超過1min測量不記錄溫度值1次。30min時試驗爐內溫度達到842℃，60min時試驗爐內溫度達到945℃。

4 鋁合金窗的分類

4.1 按玻璃結構分類

為滿足鋁合金窗保溫性能要求，國內鋁合金窗玻璃結構一般為兩玻一腔或三玻兩腔結構，如圖3所示。兩種玻璃結構的主要區別在于三玻兩腔的玻璃結構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，鋁合金窗玻璃結構中至少包含一層防火玻璃，防火玻璃按結構可分為單片防火玻璃和復合防火玻璃。目前國內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處理在高溫狀態下進行離子交換，加入了銫鉀等離子，同時通過物理鋼化處理，提高了玻璃的抗沖擊強度[6]；另外，一些企業為應付檢查，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，但在工程上應用較少。常見復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，凝膠遇到高溫時會發生吸熱分解反應，變為不透明，有阻隔火焰的能力，目前國內主要采用海綿硅防火玻璃。不同防火玻璃結構的鋁合金窗試驗照片如圖4所示。

采用全封閉燃氣自動加熱爐試驗過程中：對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，耐火完整性可堅持1小時，如圖4（a）所示；對于復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間逐漸變白變黃變黑，如圖4（b）所示。

5 鋁合金窗在實際試驗中遇到的問題

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

（1）玻璃結構裝反：即防火玻璃裝在向火面（室外側），鋼化玻璃裝在背火面（室內側）。對于單片防火玻璃建筑外窗，在耐火試驗5min左右，玻璃破裂，失去耐火完整性，如圖5（a）所示；對于復合防火玻璃建筑外窗，經多次試驗，耐火時間均在20min左右，也達不到規范要求，如圖5（b）所示。

（2）玻璃質量有問題。在進行耐火完整性試驗過程中，不同企業由于工藝、技術不過關，導致玻璃在短時間直接破裂，如圖5（c）、（d）所示。

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

（4）鋁合金窗玻璃壓條有問題：在耐火試驗過程中，爐內達到較高的溫度，壓條軟化脫落，導致玻璃脫落，如圖5（f）所示。

6 對于鋁合金窗裝配注意事項和建議

目前對于鋁合金窗耐火完整性試驗過程中會遇到各種問題，為達到耐火完整性的要求，對鋁合金窗的裝配過程中提出以下幾點建議，為企業的生產提供有效的指導。

（1）對于單片防火玻璃鋁合金窗：綜合成本較低，穩定性較差，需要找到更合適生產工藝；對于復合防火玻璃鋁合金窗：復合防火玻璃較單片防火玻璃質量穩定，但成本高，壽命短，不能直接用于外墻，難于深加工，長期處于紫外線照射下易起泡、發黃甚至失去透光性，后期維護費用較高。企業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構，即鋼化玻璃應安裝在向火面，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，其耐火時間基本不超過20分鐘，且背火面玻璃容易炸裂傷人。

（3）在對鋁合金窗耐火完整性試驗時，試驗爐內溫度遠超型材熔點，樣品向火面型材易融化，所以窗體內腔應填充防火隔熱材料以維持窗框整體穩定。常見填充材料有耐火泥、有機堵料、防火密封膨脹密封條等。

（4）鋁合金窗能否達到規定的耐火完整性，最重要的是玻璃質量。企業應當積極研發學習新技術，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間為60min。

參考文獻：

[1]閆玉芹，李新達等.鋁合金門窗[M].北京.化學工業出版社，2015.

[2]GB 50016-2014 建筑設計防火規范[M].北京.中國計劃出版社，2015.

[3]GB/T 31433-2015 建筑幕墻、門窗通用技術條件[M].北京.中國標準出版社，2015.

[4]GB/T 12513-2006m 鑲玻璃構件耐火試驗方法[M].北京.中國標準出版社，2006.

[5]GB/T 9978.1-2008 建筑構件耐火試驗方法 第1部分：通用要求[M].北京.中國標準出版社，2008.

[6]陳國棟，楊加喜，計國慶.建筑外窗耐火完整性應用若干問題的探討[J].中國建筑金屬結構，2017（08）：40-47.