古建筑油饰材料防火研究
董凯      时间:2016-11-15    字体:      

木构建筑容易起火,古建防火也一直是文物保护领域的重点和难点之一。本文旨在通过实验研究,在传统油饰工艺的基础上,尝试将现代防火材料与传统古建油饰材料相结合,使其不仅能够充分展现古建筑样貌,起到防腐、防水、防潮、耐磨、延年的作用,而且防火阻燃效果也能达到国家标准要求。

早在古代,人们就已经使用明矾等材料使古建筑具有一定的防火作用,后来古建筑防火涂料研究虽然取得了一些成果,但效果仍不太理想,也没有古建筑油饰彩画加入防火材料的成熟案例。随着时代的发展,防火材料在不断更新和演变,现已研究出比较成熟的透明防火材料。

此次实验主要针对近年研究出的两种新型透明防火材料(PC60-1饰面型防火涂料和水基型阻燃处理剂)进行,这两种材料在室内木构件和家具上使用较多,但在古建中使用较少。选择透明材料的目的是不影响木料原有的风貌,而且这两种防火材料均为水溶性透明防火材料,有国家防火建筑材料质量监督检验中心出示的检验报告,综合判定质量合格,阻燃时间达到国家标准(≥15分钟)。

其他实验用材料有红花梨木材、烧杯、生桐油、熟桐油、水、汽油、刷子、喷灯、砂纸、刮板等。

表面涂刷实验

有经验的人都知道,木构建筑要通过防腐来延长其使用寿命。油饰传统材料中生桐油油质透明,耐候性好,不易老化,较熟桐油稀,干燥慢,有防水、防潮、防腐的作用,不足之处是生油结皮后易起皱且光亮度差,在传统油饰彩画工艺中很少作为面层涂料使用,而熟桐油在古建中常作为罩面油。在以下的实验中均采用先上生桐油,最后上熟桐油的步骤进行。实验用木块来源于同一块木材,方便对比实验效果。因为经过钻生油和罩油后,木料颜色会变深和变亮,所以通过实验首先要对比加入防火材料是否会对腻子、木板的颜色有所影响,另外就是研究如何根据颜色变化来调配腻子,使之在具体施工中得以运用。

1.PC60-1饰面型防火涂料

饰面型防火涂料是引进公安部四川消防研究所技术生产的水溶性膨胀型防火涂料,它不含油脂和有机溶剂。经国家防火建筑材料质量监督检验中心(NFTC)检测,各项指标均达到优级,同时还达到美国NFPA703标准及ASTM标准A级。PC60-1饰面型防火涂料是由多种防火材料、助剂聚合而成,该涂料遇火后迅速膨胀、发泡形成较厚的炭化隔热层,用来隔绝热量传播及火灾的蔓延。

实验一:将生桐油满刷于打磨好的红花梨实验木块表面,完全干透后将饰面型防火涂料满刷于试块上,待其干透后再上一遍,之后以同样的方法再满刷熟桐油两遍。

可以看到PC60-1饰面型防火涂料和生桐油能够很好地结合,均匀地分布于木块表面,干透后使木材颜色变深。饰面型防火涂料刷一遍后,漆膜光亮,刷两遍会更加明显。

实验二:在打磨好的红花梨实验木块表面满刷两遍饰面型防火涂料,操作方法同上,然后将生桐油满刷于试块上,待其完全干透后以同样的方法再满刷熟桐油两遍。

实验二的表面效果和实验一基本相同。

2.水基型阻燃处理剂

水基型阻燃处理剂是公安部四川消防研究所的最新成果,它是有机、无机复合阻燃剂以及酸、金属氧化物在一定条件下反应而成的一种高效防火阻燃透明液体。

实验三:将生桐油满刷于打磨好的红花梨实验木块表面一遍,完全干透后将水基型阻燃处理剂满刷于试块上一遍,待干透后以同样的方法再满刷熟桐油两遍。

可以看到,先刷生桐油后刷水基型阻燃处理剂时,水基型阻燃处理剂在试块表面形成水珠,使其无法均匀涂刷,干后表面形成斑点状。

实验四:将水基型阻燃处理剂满刷于打磨好的红花梨实验木块表面一遍,完全干透后将生桐油满刷于试块上,待干透后以同样的方法再满刷熟桐油两遍。

可以看到,水基型阻燃处理剂和生桐油能够均匀刷涂于实验木块表面,干后平整,刷后对木材颜色影响较少,容易渗入木块且没有漆膜,基本与刷之前没有变化。刷完生桐油后颜色变深。

实验五:将水基型阻燃处理剂满刷于打磨好的红花梨实验木块表面一遍,待其完全干透后再上一遍(共两遍),完全干透后将生桐油满刷于试块上,待干透后以同样的方法再满刷熟桐油两遍。

可以看到,实验效果与实验四无明显差别,水基型阻燃处理剂依然能够很容易地渗入木块。

实验六:将水基型阻燃处理剂满刷于试块上三遍,之后所有步骤和方法同实验五。

可以看到,实验效果与实验四和五无明显差别,水基型阻燃处理剂渗入较前两次缓慢,待10分钟后全部渗入。

3.结论

从PC60-1饰面型防火涂料两个实验可以看到,不论是先上生桐油后上饰面型防火涂料,还是先上饰面型防火涂料后上生桐油,二者都可以很好地结合,均匀分布于木块表面,且干透后效果相同,都会使木材颜色变深。饰面型防火涂料刷一遍后,漆膜光亮,刷两遍会更加明显。

通过实验三和实验四,可以看到先刷生桐油后刷水基型阻燃处理剂时,水基型阻燃处理剂在试块表面形成水珠,使其无法均匀涂刷,干后表面形成斑点状;而先刷水基型阻燃处理剂后刷生桐油时就能够均匀刷涂,干后也平整,所以实验五和实验六均选择先刷水基型阻燃处理剂后刷生桐油的方法步骤进行。实验四、五、六中所刷的水基型阻燃处理剂依次为一遍、两遍、三遍,刷后对木材颜色的影响很小,都已渗入,没有漆膜,基本与刷之前没有变化,再刷生桐油后颜色变深。

防水实验

实验用的两种防火材料均为水溶性防火漆,怕雨水冲刷,所以古建筑外檐防水问题必须在实验中解决。传统油饰材料中,熟桐油常作为罩面材料,具有油膜光亮、坚硬、有弹性、有韧性、耐水、耐磨、干燥快、能长期保存的特点,理论上能够解决防火材料怕水的问题,所以接下来的实验将观察二者在水中是否能够紧密结合,是否能够达到防水效果。

将实验一至实验六所做的试块在水中浸泡一天。擦干表面积水后,可见所有试块表面没有因水的影响而有任何变化,用手揉搓表面漆膜,没有卷曲、龟裂等现象。

燃烧实验

将实验一、二、四、五、六做的5种试块和仅刷生、熟桐油的试块两两组合,使用喷灯对准试块表面,用1000℃的火焰进行燃烧实验,观察其阻燃时间和阻燃效果。

1.实验一和实验二试块对比

实验一和实验二所用木块从燃烧开始到燃烧3分钟之间火势较旺,之后火势明显减弱。燃烧15分钟时移开喷灯后,木块表面没有燃烧,燃烧过程中用铁刀划过木块表面有炭化层。燃烧至17分钟时,关闭喷灯,木块起火,表面已没有炭化层。再过3分钟木块火焰自然熄灭后,测得实验一木块燃烧掉的厚度约为1.2厘米,实验二木块约为1.4厘米。

2.实验四和实验五试块对比

两试块从实验开始就一直在燃烧,没有间断,且火势要较前一个实验大。待燃烧17分钟时关闭喷灯,木块自燃,3分钟后火焰自燃熄灭。测得实验四木块燃烧厚度约为2.5厘米,实验五木块燃烧厚度约为2厘米。

3.实验六和没刷防火材料试块对比

刷一遍生桐油两遍熟桐油、没有上防火材料的木块和实验六试块从实验开始就一直燃烧,没有间断,火势大。待燃烧17分钟后关闭喷灯,木块自燃,3分钟后火焰自燃熄灭。没有上防火材料的木块已基本燃烧殆尽,全部变黑,实验六木块燃烧掉的厚度约为1.8厘米。

4.结论

所有做出来的试块均能起到一定的防火作用。对比来看,水基型阻燃处理剂防火效果不够明显,只能减缓燃烧速度,阻燃时间达不到要求;PC60-1饰面型防火涂料的两个实验效果显著,15分钟内火焰并没有突破该涂料所形成的炭化隔热层。

经实验对比,在同一时间内,实验一试块的燃烧厚度比实验二的厚0.2厘米,据此结果可知使用先刷两遍PC60-1饰面型防火涂料后刷生桐油的方法防火效果最好。但是,桐油钻生步骤为传统油饰工艺中非常重要的一步,它直接关系到木材防腐的效果,如不先刷生桐油,就无法使其渗入到木材当中,防腐效果大大减弱。综合考虑,实验一中先刷生桐油一遍后刷PC60-1饰面型防火涂料的步骤,既能起到很好的防腐效果,也能达到国家防火标准。

表面效果实验

此实验保留木材原有样貌,不大面积上地仗层,但为了统一木材表面颜色和填补木材裂缝,会调配与木材相近颜色的地仗来处理。

选择红白相间、有缝隙、表面不平整的红花梨木板,对如何填补缝隙、找平木材表面、协调表面颜色做效果实验。

1.实验步骤

用调配好的仿红花梨颜色的颜料放入腻子中均匀搅拌,后用相应大小的刮板将腻子刮于所需的地方,待完全干透后用砂纸打磨平整。之后将实验区域分为四块,从左至右依次为,先刷一遍生桐油,后刷两遍PC60-1饰面型防火涂料,再刷两遍熟桐油的做法;第二片区域为先刷两遍PC60-1饰面型防火涂料,再刷一遍生桐油和两遍熟桐油的做法;第三片区域为仅刷PC60-1饰面型防火涂料的做法;第四片区域为仅刮好有色腻子没有刷桐油和防火材料的做法。

通过实验看到,不论刷饰面型防火涂料,还是刷生、熟桐油,都会使红花梨木材和腻子的颜色变深,漆膜光亮,但变色程度不同,其中木材先刷生桐油比先刷防火涂料的颜色要深,而腻子的变化基本一样。先刷生桐油的区域,腻子与木材变色差距较大,而先刷PC60-1饰面型防火涂料的区域变化基本同步,色调比较统一,腻子颜色略显浅一些。

2.结论

通过使用调配好颜色的腻子添补缝隙、找平木材表面、协调不统一的表面颜色后,整体色调统一,效果比较理想。先刷生桐油的区域,腻子与木材变色差距较大,颜色变深,漆膜光亮,所以在具体施工中,要根据实验中颜色的对比差来加深腻子的颜色,使其最终效果达到色调统一。

以上实验证明,现代防火材料是可以和古建筑油饰彩画传统工艺相结合运用的。实际操作中可先在古建筑表面刷生桐油一遍,后刷PC60-1饰面型防火涂料两遍,再刷熟桐油一遍,既可以起到防腐、防水的作用,又能达到国家防火标准。最后为了使表面色调统一,只需将腻子颜色调配得比原木色更深一些,来添补缝隙、找平木材表面即可。

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