建筑用安全防火玻璃 夾層防火玻璃

根據(jù)GBl5763.1-2001《建筑用安全玻璃防火玻璃》的規(guī)定

1建筑用防火玻璃按結構分為：復合防火玻璃(FFB)和單片防火玻璃(DFB)。

復合防火玻璃：是由兩層或兩層以上玻璃復合而成，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。單片防火玻璃：是由單層玻璃構成，并滿足相應的耐火等級要求的特種玻璃。

防火玻璃按結構型式又可分為：防火夾層玻璃、薄涂型防火玻璃、單片防火玻璃和防火夾絲玻璃。其中防火夾層玻璃按生產(chǎn)工藝特點又可分為復合型防火玻璃和灌注型防火玻璃。

2防火玻璃的技術要求

建筑用防火玻璃的耐火性能是將防火玻璃直接鑲嵌在墻洞中或與框架組合好再鑲嵌在墻洞中制成構件按GBl2513進行耐火試驗而得的，它包括耐火完整性、耐火隔熱性、熱輻射強度的測定。其中，隔熱性的測定以背火面溫度作為判據(jù)。

根據(jù)GBl5763.1-2001((建筑用安全玻璃防火玻璃》的規(guī)定，建筑用防火玻璃按其耐火性能分為：A類(同時滿足耐火完整性、耐火隔熱性要求的防火玻璃)，B類(同時滿足耐火完整性、熱輻射強度要求的防火玻璃)，C類(滿足耐火完整性要求的防火玻璃)。這三類防火玻璃按耐火等級可分別分為I級(≥90min)、Ⅱ級(≥60min)、Ⅲ級(≥45min)、Ⅳ級(≥30min)。耐火完整性--指試件背火面出現(xiàn)火焰，并持續(xù)燃燒10s或10s以上；在試驗過程中，當試件有火焰或氣體從孔洞和其它縫隙處出現(xiàn)時，進行棉墊著火性試驗，棉墊被點燃，則表明試件失去完整性(如果試件在試驗過程中垮塌，同樣表明試件失去完整性)。

耐火隔熱性--指試件背火面測溫點單點溫升180℃，平均溫升140℃。

熱輻射強度--指距試件背火面3m處，臨界輻射熱照度達到0.42W／cm2，及距試件背火面在等于其較小尺寸(長度或?qū)挾?1.2倍的距離內(nèi)，臨界輻射熱照度達到3.35W／cm2。

3防火玻璃的構成和工作原理

復合型防火玻璃(或稱防火夾層玻璃)是將兩片或兩片以上的單層平板玻璃用膨脹阻燃膠結劑粘結復合在一起而制成的；其中灌注型防火玻璃是在兩片或兩片以上的單層平板玻璃的四周先用邊框條密封好，然后由灌注口灌人防火液，經(jīng)膠結、封口而制成；在室溫下和火災發(fā)生初期，復合防火玻璃和普通平板玻璃一樣具有透光性能和裝飾性能；發(fā)生火災后，隨著火勢的蔓延擴大，火災溫度升高，復合防火玻璃防火夾層受熱膨脹發(fā)泡，形成很厚的防火隔熱層，起到防火隔熱和防火分隔作用〔2〕。但復合防火玻璃一般有微小的氣泡及不耐寒、透光性差等問題，影響其使用的效果〔3〕。

薄涂型防火玻璃是在單層或多層平板玻璃基材表面噴涂防火透明液，干燥固化后即制成防火玻璃。薄涂型防火玻璃遇火時，防火保護層受熱膨脹，形成致密的防火保護層，保護基板玻璃，阻止火災蔓延擴大。

防火夾絲玻璃按結構分為夾絲玻璃和防火夾絲夾層玻璃。夾絲玻璃是用壓延法生產(chǎn)的一種安全玻璃。當玻璃液通過壓延輥之間成型時，將經(jīng)過預熱的金屬絲或金屬網(wǎng)壓于玻璃板中，即制成夾絲玻璃。防火夾絲夾層玻璃是在復合防火玻璃生產(chǎn)過程中將金屬網(wǎng)置于夾層中制成的。夾絲玻璃受到外力或在火災中破裂時，玻璃碎片仍可固定在金屬絲或網(wǎng)上而不脫落，可防止火焰穿透，起到阻止火災蔓延的作用。夾絲玻璃較大的缺點是隔熱性能很差，發(fā)生火災十幾分鐘背火面溫度高達400～500℃。防火夾絲夾層玻璃同時具有夾絲玻璃和防火夾層玻璃的優(yōu)點，有一定的推廣應用前景。但是，我國生產(chǎn)的夾絲玻璃不透明，起不到玻璃的透光和裝飾作用，影響了它的推廣應用。

單片防火玻璃是采用物理與化學方法對普通玻璃進行處理，使其表面改性，改善玻璃的抗熱應力性能，從而保證在火焰沖擊下或高溫下不破裂，達到阻止火焰穿透防火玻璃及傳播火災的目的。由于單片防火玻璃的重量輕，透明度和裝飾性與普通玻璃一樣，因而在越來越多的建筑中得到應用。但單片防火玻璃不能阻擋火焰的熱輻射，只能通過C類防火玻璃的檢測，當其用做防火分隔時須考慮這一點。單片型防火玻璃的表面處理方法

4．1防火玻璃的表面應力

貝爾比層和殘余應力；固體材料加工后，在幾微米至十幾微米的表層中可能發(fā)生組織結構的劇烈變化。如在金屬研磨時，由于表面不平整，接觸處實際上是點，其溫度可以遠高于表面的平均溫度。由于作用時間短，摩擦后該區(qū)域溫度迅速冷卻下來，原子來不及回到平衡位置，造成一定程度的晶格畸變。這種畸變隨深度而變化，在較外層約5～10nm可形成一種非晶態(tài)，其成分為金屬及其氧化物，即為貝爾比層。貝爾比層可提高材料的表面強度。經(jīng)表面加工處理后，材料表層形成的貝爾比層產(chǎn)生很大的殘余應力，材料受熱不均勻，在各部分膨脹系數(shù)不同，溫度發(fā)生變化時就會在材料內(nèi)部產(chǎn)生熱應力。材料受載時，內(nèi)應力與外應力一起發(fā)生作用。如果內(nèi)應力與外應力相反，就會抵消一部分外應力，從而起到有利的作用，鋼化玻璃正是利用了這一特性。此外，鋼化玻璃表面壓應力可使引起玻璃破裂起源的微小裂縫受到進一步的壓縮，也提高了鋼化玻璃的機械強度。

我們知道普通玻璃的表面壓應力一般為15～65兆帕；鋼化玻璃的表面壓應力一般在70～180兆帕；高強防火玻璃的表面壓應力比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出來的鋼化玻璃高出100～150兆帕左右。這層表面壓應力的特點同時具有物理鋼化形成的足夠應力層厚度和化學鋼化形成的高表面應力值，通過工藝控制可以使玻璃表面應力甚至達到400兆帕，使得玻璃強度大大提高。

根據(jù)熱彈性力學可以導出熱應力在面內(nèi)的變化為【4】：所以，熱應力是與溫差成正比例關系的。

設強度分布服從Weibull分布，不同應力水平下的破壞概率可表示為：試驗也證明，平板玻璃經(jīng)鋼化強化后，其抗急冷急熱性大為提高，見下表1。理論和實驗都說明，提高玻璃表面的壓應力，也就提高了玻璃的耐熱沖擊性能，從而提高了其防火、耐火性能。

4．2提高壓應力的物理處理方法

普通平板玻璃，如浮法玻璃等是可以增強成為鋼化玻璃的。平板玻璃的熱鋼化過程，是把經(jīng)切裁、磨邊、打孔、清洗等冷加工的半成品送入鋼化爐中，加熱至鋼化溫度(650℃一700℃)，移至風柵處吹風急冷。冷卻過程中玻璃表面迅速冷卻固化，而內(nèi)部冷卻較慢。當內(nèi)部繼續(xù)收縮時，使玻璃表面產(chǎn)生殘余壓應力，而內(nèi)部為張應力。

由于火災的熱輻射作用或火焰(高溫煙氣)直接作用在玻璃表面，造成玻璃表面急劇受熱。玻璃耐熱沖擊性能的提高，意味著在火災時更能保證其完整性。因此，鋼化玻璃的耐火性能要比普通玻璃好得多，但一般的鋼化玻璃還達不到防火玻璃的耐火性能要求。

4．3提高壓應力的化學處理方法

典型平板玻璃的化學成分為：SiO2(70％～74％)，Na20(12％～15％)，CaO(8％一10％)，MgO(1.0％一3.8％)，A1203(0.2％一1.8％)；K20(0％～0.5％)，另外可能還含有少量的Fe和S等。在玻璃表面噴涂鉀鹽溶液或銫鹽溶液，干燥后在熱處理爐內(nèi)進行化學鋼化。其原理是通過含有高濃度的K+和Cs+，在普通玻璃的表面層置換出玻璃中的Na+，由于K+和Cs+的半徑遠大于Na+的半徑(K、Cs與Na為同一主族原素)，將增加在玻璃表面產(chǎn)生的壓應力。大量雜質(zhì)的注入彌散，在高溫下可產(chǎn)生彌散相，產(chǎn)生彌散強化，使表面強化。

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防火玻璃主要有五種，其一是夾層復合防火玻璃，其二是夾絲防火玻璃，其三是特種防火玻璃，其四是中空防火玻璃，其五是高強度單層銫鉀防火玻璃。近兩年，國內(nèi)發(fā)生了央視新址北配樓、上海靜安區(qū)高層住宅等幾起重大火災事故，造成了嚴重的損失和危害。國家開展了大范圍的消防安全檢查工作，人民的防火意識得到逐步提升。防火玻璃具有阻緩火勢蔓延、隔熱、隔煙等優(yōu)點，在火災發(fā)生時能夠為人員、財產(chǎn)、建筑物的救護創(chuàng)造有利條件，最大限度的減少損失，備受人民的青睞，防火玻璃市場潛力巨大。（2014年中國單片防火玻璃市場等級劃分）防火玻璃是一種新型建筑防火材料，主要用于制作防火門、防火墻、防火隔斷等，歐洲將防火玻璃分為單片完整型、復合隔熱型防火玻璃兩種。從耐火性能等級劃分，防火玻璃可分為30分鐘、60分鐘和90分鐘三個等級。單片完整型防火玻璃是由單層玻璃構造的防火玻璃，主要用于大型公共建筑的隔斷、防火分區(qū)、室外幕墻等建筑部位。單片防火玻璃經(jīng)過長時間的高溫離子交換化學處理過程，具有低熱膨脹率的優(yōu)點，在一段時間內(nèi)可以保持高溫下玻璃軟化而不破碎，通過保持玻璃的完整性阻擋迎火面的明火、有毒有害氣體等，但不能隔溫絕熱。此外，除了防火玻璃，還應重視玻璃框架的重要性。如果框架不防火，在發(fā)生火災時就容易軟化、變形，再好的防火玻璃也起不到應有的作用，因此配備相應的防火框架安裝配件也很重要。2014年以后我國將全面啟動公共建筑，民用建筑的消防認證新標準，單片防火玻璃的應用面積將出現(xiàn)井噴式需求。