玻璃棉是否能满足防排烟风管耐火极限的探讨
来源: | 作者:优嘉抗震支架 | 发布时间: 2023-01-05 | 1086 次浏览 | 分享到:
玻璃棉是否能满足防排烟风管耐火极限的探讨

建筑防排烟风管是建筑防排烟系统的重要组成部分。在火灾发生时,防烟风管输送和补充加压空气维持逃生通道和空间不受烟气的侵入;排烟风管及时排除火灾产生的大量烟气,以利于人员的转移和疏散。常见的做法是在镀锌钢板风管包覆绝热材料,以保证防排烟风管在火灾发生时能维持一定时间内的有效工作。


玻璃棉是一种常见的绝热材料,广泛应用于建筑的保温和隔热。那么玻璃棉是否能适用于防排烟风管的耐火包覆呢?笔者将从以下几个方面进行阐述。


一、玻璃棉的耐高温性能


不同的绝热材料自身的理化性能决定了不同的使用温度范围。按现行GB/T13350-2017《绝热用玻璃棉及其制品》对于玻璃棉制品的定义:

高温玻璃棉制品为可以用于高温工况(热面温度大于250摄氏度),且通过最高使用温度评估的玻璃棉制品。那么高温玻璃棉制品的最高使用温度到底是多少呢?笔者查询了全球几个知名的玻璃棉制造商官网,如欧文斯科宁0WENSCORNING、圣戈班伊索维尔SAINT-GOBAINISOVER、杰斯曼Johns Manvi11e等,其公布的耐高温绝热玻璃棉产品的最高使用温度均在300~500摄氏度:


例1:欧文斯科宁公司OWENS CORNING FIBERGLAS SCR BOARD玻璃棉板

FIBERGLAS SCR BOARD 玻璃棉板产品是欧文斯科宁公布的最耐高温的玻璃棉板制品,其使用温度极限为538摄氏度,但绝热厚度需达到203mm!


例2:圣戈班公司SAINT-GOBAINISOVER TECHSlab3.0玻璃棉板

TECH S1ab3.0玻璃棉板是圣戈班伊索维尔公司生产的玻璃棉板,其最高使用温度为300摄氏度,这也是圣戈班所有玻璃棉板制品使用的极限温度。


例3:美国杰斯曼公司Johns Manville Fabrication Board玻璃棉板

Fabrication Board玻璃棉板为美国杰斯曼公司产品,其最高使用温度为454摄氏度,这也是杰斯曼官网上所能查询到的耐受温度最高的玻璃棉制品。


玻璃棉材料及制品,为何其使用温度范围特别是耐高温性均在300~500摄氏度范围,很难突破呢?这是由于玻璃棉制品的材料构成和生产工艺所决定的。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化并加以热固性树脂为主的粘结剂加工而成的制品,其主要成分为玻璃纤维。玻璃纤维本身是不燃的,且具备一定的耐高温性。但是玻璃纤维制成玻璃棉制品必须添加树脂类粘结剂,起到粘结玻璃纤维和维持结构支撑的作用。在遇到高温(通常为200~300摄氏度)时,树脂类粘结剂即会炭化和熔解,玻璃棉就会失去结构支撑,这就是玻璃棉无法耐受500摄氏度以上高温的关键因素。


二、建筑火灾的温升与玻璃棉的熔(烧结)点


按下图国家标准GB9978建筑火灾标准温升曲线,亦是GB17428通风管道耐火测试所使用的温升曲线。火灾初期温度上升极为迅速,0.5小时温度即可达到842摄氏度。1小时温度达到945摄氏度!

通常玻璃棉的熔点为565摄氏度左右,通过火灾标准温升曲线拟合:当火灾发生6分钟左右,玻璃棉就熔化烧结。当绝热材料发生熔化烧结,其结构、尺寸、颜色等发生巨大的变化。其物理性能如导热系数、热阻等均会突变。

进一步对玻璃棉进行烤箱加热(烧结)测试中可以明显看出,玻璃棉暴露在高温下超过650℃,玻璃棉会大幅收缩,当温度升至850℃时,体积缩减了96%,结构完整性完全丧失。

玻璃棉的熔点,玻璃棉会出现大幅塌陷和收缩,即玻璃棉结构完整性无法满足火灾时短时间内的迅速温升。完整性一旦失去,那么其隔热性也就不复存在了。


因此,高温下玻璃棉的变化表明,玻璃棉无助于为建筑构件提供额外的防火保护。采用玻璃棉作为建筑防火材料特别是防排烟风管防火外包覆的材料,显然是不合适的。防排烟风管采用玻璃棉进行防火包覆的做法无法满足防排烟风管在火灾时能持续工作,即规定时间的耐火极限(完整性和隔热性)。


三、建筑防排烟风管标准与检验


国家现行的标准和规范对建筑防排烟风管的设计、用材和检验进行了严格的规定:


1.按GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》,防排烟风管包括耐火绝热层主材必须为A级不燃材料(按GB8624建筑材料和制品燃烧分类等级进行测试),防排烟风管构件必须通过耐火测试(按GB/T17428通风管道耐火试验方法进行检验)。


2.按GB/T17428-2009通风管道耐火测试标准,必须通过规定时间的耐火极限测试,包括完整性和隔热性。


3.以上材料和构件需通过国家相关监督检验机构的型式检验。


四、行业现状与总结


随着GB51251-2017《建筑防烟排烟系统技术标准》在全国范围内实施落地,市场上出现了各种防排烟风管达到耐火极限的解决方案。许多玻璃棉制造商纷纷推出了“耐高温绝热玻璃棉”、“防排烟系统专用绝热玻璃棉”等用于防排烟风管的防火包覆的产品,其中不乏一些知名品牌:优嘉就是其中之一。

所谓的防排烟专用玻璃棉产品公开的宣传型录中无一例外地宣称:“针对应用特点”“专业设计”,但并没有体现材料的具体成分组成。而且在使用温度范围、高温下的导热系数等一系列影响耐火极限性能的关键参数缺乏说明。

此类防排烟专用玻璃棉是如何进行耐火极限检验的呢?从以下几个品牌的玻璃棉外包覆风管耐火实验的检验报告,我们来看具体结构和工法:

这些所谓的玻璃棉外包风管之所以能通过检验,玻璃棉包覆风管均涂布了大量的高温胶,或用高温胶进行玻璃棉的粘结固定。所以高温胶的大量涂布是在整个试验过程中维持风管完整性和隔热性的关键因素,而玻璃棉本身的完整性和隔热性无法得到量化和验证。


众所周知高温胶在实际建筑项目施工过程和受到高温时会释放大量醛、苯类有毒有害物质,损害人体健康。而且,因其成本高昂、施工繁复、严重增加系统荷载,无法真正在实际项目中应用,不具备可行性。


笔者通过大量的资料搜集和查询,包括对国内外领先的、具备玻璃棉产品研发、制造和技术应用能力的品牌进行查证,玻璃棉产品均用于建筑保温和工业管道隔热领域,并未发现有玻璃棉产品在防排烟风管耐火极限方面的应用。如果玻璃棉能用于建筑防排烟风管的耐火极限,相关开发和制造厂家应提供更详实的产品性能说明和具体技术参数,而不是以所谓的“耐高温”“专用”等模糊的概念来混淆视听。


建筑火灾一旦发生,防排烟风管对人员快速疏散和逃生、防止火灾烟气蔓延起到至关重要的作用。笔者总结适用于防排烟风管防火包覆达到耐火极限的绝热产品应满足以下要点:


1.产品的最高使用温度;


2.产品应具备耐火性,即火灾温升过程中的完整性和隔热性;


3.产品及构件具备国家相关监督检验机构出具的型式检验报告;


4.产品和工法应具备在实际项目应用的可行性和便利性。