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石棉及其制品的耐火极限与防火分级

阅读:7130 发布时间:2026-09-13

石棉及其制品是一类以天然纤维状硅酸盐矿物为原料的耐火材料,因其具有优异的耐高温性、热绝缘性和化学稳定性,在建筑防火、工业隔热及船舶舱室分隔等领域长期占据重要地位。本文基于国内外标准与试验数据,系统解析石棉制品的耐火极限防火分级,并扩展相关应用及安全注意事项。

石棉及其制品的耐火极限与防火分级

耐火极限是指材料或构件在标准耐火试验条件下,失去承载能力、完整性或隔热性的时间。对于石棉及其制品,其不燃性主要来源于石棉纤维本身极高的熔点(约1500℃),但当石棉与水泥、橡胶、树脂等基材复合后,制品的耐火极限则取决于基材的分解温度与物理结构。例如,纯石棉纤维在火焰中不燃烧、不熔化,可保持纤维形态;而石棉水泥板中的水泥基体受热会发生脱水分解,导致强度下降,最终丧失完整性。

依据中国国家标准GB/T 9978.1-2008(建筑构件耐火试验方法),耐火极限以“分钟”为计量单位,常见判定指标包括:承载能力(R)完整性(E)隔热性(I)。石棉制品多用作非承重防火分隔,因此主要考核其完整性和隔热性。下表汇总了典型石棉制品的耐火极限试验数据(数据来源:中国建筑科学研究院防火所公开报告及ISO 834系列试验)。

制品类别

厚度(mm)

密度(kg/m³)

标准耐火试验时间(min)

失效模式

石棉板(纯石棉压制)

6

800~1200

≥ 90

背面温升超标

石棉水泥板(A类)

10

1600~2000

≥ 120

开裂后失去完整性

石棉布(硅酸铝复合)

2

500~700

≥ 45

织物破洞

石棉绳(圆形编织)

φ 20

600~900

≥ 60

径向收缩导致缝隙

石棉瓦(波形)

6

1500~1900

≥ 75

承载塌落

从上表可见,石棉水泥板因其高密度和低导热系数,在10mm厚度下即可实现120分钟以上的耐火极限,是传统的防火隔墙材料。但需要指出的是,耐火极限并不等同于防火分级。防火分级是根据材料燃烧行为、产烟毒性、热释放速率等综合指标划定的等级,而耐火极限是构件系统在特定火荷载下的时间性能。

中国现行建筑材料及制品燃烧性能分级标准为GB 8624-2012,该标准等效采用欧盟EN 13501-1。石棉及其制品因主要成分是天然矿物,通常被划分为A级(不燃材料)。具体分级需要依据GB/T 5464(不燃性试验)和GB/T 14402(热值试验)的测试结果。纯石棉制品的热值几乎为零,且不参与燃烧链式反应,因此可直接判定为A1级。然而,若石棉制品中添加了有机纤维、防水剂或涂料,则需按照复合材料的燃烧特性重新分级。

分级体系

级别代号

判据要点

石棉制品典型归属

中国GB 8624-2012

A1

GB/T 5464不燃性合格,且热值≤2.0 MJ/kg

纯石棉板、石棉水泥板(无有机添加)

A2

不燃性合格,热值≤3.0 MJ/kg,产烟量有限

含少量沥青的石棉布

欧盟EN 13501-1

A1

完全不燃,无闪燃现象

纯石棉纤维制品

A2

不燃,但允许有限可燃组分

石棉橡胶板

美国ASTM E136

不燃性材料

炉内温度升高≤30℃,持续加热无火焰

无机胶凝石棉板

在工程应用领域,石棉及其制品的防火分级还须考虑使用场景。例如,在钢结构防火保护中,厚涂型石棉防火涂料石棉硅酸钙板以其耐火极限匹配钢构件的耐火等级。根据GB 51249-2017《建筑钢结构防火技术规范》,一级耐火等级的钢柱要求耐火极限为3小时(180分钟),此时需选用厚度大于20mm的石棉复合板或喷涂30mm以上的石棉纤维层。下表给出了不同耐火等级对石棉制品厚度的典型需求。

建筑耐火等级

构件要求(min)

推荐石棉制品及厚度

一级

180(柱)、150(梁)

石棉水泥板≥25mm,或石棉喷涂层≥40mm

二级

120(柱)、100(梁)

石棉硅酸钙板≥20mm,或石棉布多层≥15mm

三级

60(柱)、45(梁)

石棉板≥10mm,或石棉绳填充缝隙

需要特别说明的是,石棉纤维粉尘对人体健康有严重危害。国际癌症研究机构(IARC)已将石棉列为一级致癌物。因此,在当今防火设计中,石棉及其制品的选用受到严格法规限制。中国自2002年起禁止生产和使用角闪石类石棉,温石棉虽未完全禁止,但在建筑领域已逐步被硅酸铝纤维岩棉玻化微珠等环保替代材料取代。这些替代品的耐火极限与防火分级可参照ISO 1182和EN 1363标准执行,但需注意其高温收缩率与耐碱性可能与石棉存在差异。

综合上述,石棉及其制品的耐火极限取决于制品的密度、厚度、粘合剂种类以及试验条件,而防火分级则根据燃烧热值和不燃性试验确定。作为一种无机矿物材料,纯石棉制品的热稳定性和不燃性极为优异,最高可达到A1级防火标准。然而,出于健康与环保的考量,现代工程中应优先采用无石棉的耐火产品。若仍存有石棉构件,则必须严格封闭或专门拆除,不得任意切割或暴露,以防止纤维释放。

最后,设计人员在参考耐火极限数据时,应索取由具备CMA/CNAS资质的检测机构出具的型式检验报告,并注意区分“材料级”与“构件级”测试结果。实际工程中的安装方式、接缝处理、支撑结构等均会显著影响成品的防火性能,绝不可仅凭材料厚度数值直接套用。