古建筑防火新技术研究

●曹 源，陈海涛

(武警学院 a.工程十四队;b.基础部，河北 廊坊 065000)

火灾是威胁古建筑安全的主要因素之一，关于古建筑消防问题过去已有许多探讨研究。我国历史悠久的古建筑众多，存在很大的火灾危险性。从历史的角度来看，文物古建筑惨遭烈焰涂炭的事例比比皆是，例如:始建于宋代的南京夫子庙曾因火灾而五毁五修，有1 500余年历史的少林寺发生过8次火灾，损失严重。而在古建筑中，木材是主要的建筑材料，是造成火灾的最主要的危险因素;纤维织物是另一种可燃材料，大大增加了古建筑火灾的风险[1－5]。为了更好地做好古建筑防火工作，本文将就木材和纤维织物的阻燃处理作相应的研究和介绍，提出具体的阻燃处理解决方案。旨在通过木材的防火阻燃技术处理大大降低古建筑的火灾风险，最大限度的降低古建筑的火灾危险。

一、古建筑火灾危险性分析[1－3]

(一)建筑构件多为木材，可燃性高

目前我国古建筑(包括东亚其他国家，如朝鲜、韩国、日本)绝大多数以木材为主要建筑材料，以木构架为主要结构形式，属于三、四级耐火等级，柱、梁、屋顶等构件也都低于现在所规定的耐火极限。这些主要构件一旦起火，很快会形成凶猛的火势，危及古建筑的安全。古建筑中的木材，经过多年的干燥后，含水量很低，极易燃烧，因此火灾危险性极大。

(二)室内纤维和织物多

由于受当时建筑艺术的影响和为了烘托神秘的宗教氛围，古建筑一般都采用油漆彩绘以及木制屏风，悬挂大量纸画和织物垂帘等可燃装饰，这就大大的增加了建筑内部火灾荷载，加之酥油灯、蜡烛等明火性原始照明工具常年不灭，香火不断，火灾危险性极大。

(三)无防火间距，火灾风险大

古建筑由于受当时建筑艺术等局限性的影响，建筑物间距不符合防火安全要求，甚至有些建筑物紧密相连，既无防火分隔区，又没有消防通道。我国的古建筑多数是以各式各样的单体建筑为基础，组成各种庭院。在庭院布局中，基本采用“四合院”和“廊院”的形式。这两种布局形式都缺少防火分隔和安全空间，如果其中一处起火，得不到有效控制，毗连的木结构建筑很快就会出现大面积燃烧，极易形成“火烧连营”的局面。

(四)火灾扑救条件差，扑救困难

我国的古建筑，大多数建造在崇山峻岭、远离城镇的偏僻地区。一般天然水源十分缺乏，根本谈不上市政管网供水，消防用水更没有保障。不少古建筑不仅缺乏必要的灭火设施，没有消防队，还存在距离消防队较远的现实情况，这就给火灾扑救带来了极大的困难。

二、古建筑防火新技术研究

由于古建筑火灾风险很大，其中建筑以木材为主，内部多有纤维织物是古建筑具有高火灾风险的最主要原因，而对木材和纤维织物进行阻燃处理是从本质上降低火灾风险的最为有效的措施。基于此，下面将详细阐述木材和纤维织物的阻燃处理新技术。实现从本质上降低古建筑的可燃性，从而达到有效防止古建筑火灾的目的[4－5]。

(一)木材的阻燃处理办法

木材是重要的古建筑材料，是绝大部分古建筑的主体。木材阻燃处理通常采用物理和化学两种方法，物理方法相对简单，在不改变木材主体性质的情况下对木材表面或对木材内部进行物理加工与混合的一种阻燃方法。化学方法则是利用化学技术提高木材抗燃性能的方法，使其不易燃烧，在点燃时火焰不沿其表面延烧或延烧速度减慢，不续燃，脱离外火源后自熄的方法和措施。具体分析如下。

1.物理阻燃法

木材物理阻燃法之一是采用大断面木构件，大断面木构件遇火不易被点着，燃烧时易生成碳化层，因碳的热导率仅为木材的1/3，碳化层可部分限制热传递，抑制木构件的继续燃烧，同时碳化层下的木材又能保持它的原始强度。这种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与其他不燃性材料制成各种不燃或难燃的复合板材，如水泥刨花板，石膏刨花板，木材岩棉复合板，木材金属复合板等。目前复合板以节约木材，阻燃，防腐，价格低等优势使其发展方兴未艾。

2.化学阻燃法

木材化学阻燃法是将具有阻燃功能的化学药物以不同方式注入木材表面、细胞壁及细胞腔中，或与木材化学成分的某些基团发生反应，从而提高木材抗燃性能的方法。

(1)浸渍处理

采用阻燃液对木质材料进行常压或加压浸渍处理。常压处理有常温浸泡和热冷槽浸泡等方法。常压浸泡又有一次浸渍和两次浸渍的区别。其中两次浸是将木材依次在两种阻燃液中浸渍，这两种药剂能相互反应，在木材内生成不溶于水的第三种成分沉积在木材细胞壁或细胞腔中。两次浸渍技术的优点是:如阻燃剂选择适当，处理后的木材具有抗流失、有效期长等优点。但是在实际操作中该方法可能造成环境污染;两次浸渍之间需要干燥将使工艺复杂、处理周期过长、成本增高等。

加压浸渍是将木质材料与阻燃液放入密封的高压容器中，在一定压力下将阻燃剂注入木材细胞壁和细胞腔中。加压浸渍处理又因在加压前是否抽真空、真空度的大小不同而分成满细胞法(也有称充细胞法)、空细胞法、双真空法等。

(2)化学改性

采用高分子化合物的单体，通过加压浸渍等手段注入木材内，再经高温加热等方法，引发化学单体在木材内聚合生成高分子聚合物沉积在木材细胞腔和细胞壁上;或者通过高温、催化等手段使药剂的分子基团与木材化学成分中某基团如羟基发生反应，生成酯化木材、乙酰化木材、醚化木材。以上两种方法均称为化学改性。目前化学改性主要用来提高木材的物理机械性质及抗生物降解的能力。通过化学改性手段赋予木材阻燃性能尚在研究和探索阶段。其关键问题是挑选合适的化学单体、优秀的阻燃成分及适合的偶联剂。

(二)纤维织物的阻燃处理办法

在古建筑中，棉、麻、丝、毛众多，一经点燃往往迅速成为火灾传播的媒介，因此有必要对其进行防火阻燃处理，改善其耐燃性能，使其即使遇到烟头、明火也不至于马上燃烧，发生火灾时也不至于蔓延扩展。纤维织物的燃烧性能与纤维材料玻璃化温度、熔点、分解温度和燃烧温度等热动力学参数有关。通常情况下，燃烧温度越低，燃烧热越高，纤维就越容易燃烧。因此，有必要通过一定的技术手段使纤维织品具有更好的阻燃能力。

1.共聚阻燃改性

将含阻燃元素，主要是磷、卤素、硫或同时含有这些元素的化合物作为工具单体，引入纤维高聚物分子链中，以提高纤维的难燃性能，这种方法主要适用于加聚型的聚丙烯晴和缩聚型的聚酯、聚酰胺类。目前这两种阻燃纤维大多是采用共聚法制造的。要求这类阻燃改性单体，在聚合的高温条件下不发生分解，无副反应发生，对纤维性能没有严重影响。该法的优点是纤维具有耐久的阻燃性。

2.共混阻燃改性

这是一种将阻燃剂加入纺丝熔体或溶液中纺制阻燃纤维的方法。该法常用于制造聚丙烯纤维，其次是聚丙烯腈和聚酯阻燃纤维，所用阻燃剂有低分子和高分子化合物，包括有机物，无机物及它们的混合物等。要求这类阻燃剂能经受熔融纺丝的高温，并与聚合体系的相容性好，不影响纺丝处理的正常进行，不使纤维及其制品的主要性能发生较大的变化，无毒，耐久性高等。

3.皮芯型复合纺丝

以共聚型或共混添加型阻燃纤维为芯，普通纤维为皮，制成的皮芯型复合纤维具有更为完善的阻燃改性效果。因为一般卤化物稳定性不好，在熔融纺丝温度下容易使纤维变色，且所得到的纤维的耐光性差。采用皮芯复合型纺丝法使阻燃剂位于纤维内部，既可以充分发挥阻燃作用，又能保持聚酯纤维的光稳定性，白度和染色性等。

4.接枝共聚

纤维的接枝共聚是一种有效而耐久的阻燃改性方法，接枝方法有高能辐射接枝和化学接枝。接枝单体为含磷、溴和氯的反应型化合物，用于聚酯、聚乙烯醇纤维等阻燃性要求。

5.阻燃后整理

改性方法是一大类阻燃方法，应用非常广泛，也是一种应用最早，研究比较彻底的阻燃处理方法。它可以应用于所有纤维的纺织品，其中以棉纤维等纤维素以及纤维素纤维与其他合成纤维组成的混纺织物为主。阻燃后整理的改性方法应用简便，工艺流程相对比较简单，目前已经有针对不同的纤维与纺织品的商业化生产的阻燃整理方法。其缺点主要是阻燃耐久性不理想，对纺织物的手感，弹力等有一定的影响。阻燃后整理工艺主要有三种方法:津轧烘焙法，涂层法，浸渍烘燥法等。浸轧烘焙法一般用于纤维素纤维织物。工艺流程为:织物准备→浸轧液的配制和浸轧→预烘→烘焙→后处理。浸轧液一般由阻燃剂，催化剂，树脂，表面活性剂，润湿剂和柔软剂组成，先配成水溶液或轧液再进行整理。涂层法根据机械设备不同分为刮刀涂布法，浇铸涂布法和压延涂布法。浸渍烘燥法主要是将织物放在阻燃液中浸渍一定时间，取出烘干即可，如下图1所示。

图1 阻燃流程图

[1]田宏.古建筑的消防安全问题[J].中国西部科技，2006，(5):39－40.

[2]杨旭红，王建军，党世伟.古建筑火灾特点及防火对策[J].消防技术与产品信息，2005，(4):54 －57.

[3]郭成.木质材料阻燃机理研究综述[J].东北林业大学学报，1998，(6):71 －74.

[4]张泽民，梅秀娟.古建筑消防[M].北京:化学工业出版社，2010:77－84.

[5]刘迎涛，李坚，杨文斌.阻燃中密度纤维板的研究现状和发展趋势[J].东北林业大学学报，2002，(6)，73 －77.