摘 要：本文分析了世贸大厦倒塌的原因，介绍一种新的结构保护材料——喷射无机纤维防火护层材料，以及这种材料在国外的发展历程以及主要特点。

关键词：世贸大厦；倒塌；喷射无机纤维防火护层材料；钢结构；耐火极限

关于美国世贸大厦的倒塌，众说纷纭，国际科学界权威刊物《科学》和《自然》刊载了专家分析——世贸大楼抗撞不抗烧。

据说大厦的设计者们在30多年前就考虑过这种摩天大厦被飞机“误撞”的可能性。于是他们根据当时最大的飞机——波音737作了防范设计，钢筋尺寸、水泥型号以及耐火材料标准都有严格规定。事实也证明设计者当初的“多虑”起了关键作用，双子塔被撞后并未马上土崩瓦解，为楼内人员安全疏散赢得了宝贵时间。

很多人认为它是被撞击力摧毁的，但建筑学家推测，它自始至终未发生倾斜，是自上而下垂直坍塌的，因而可能是飞机上大约30吨左右航空煤油爆炸燃烧，产生了上千摄氏度的高温，导致大厦的钢结构被大火烧塌。

参与事故调查工作的马里兰大学防火工程部副教授、防火专家弗雷德里克·莫拉认为这是一个豆腐渣工程，防火材料不合格、维护不利可能是世贸大厦倒塌的原因。他说，大量照片及其他证据显示，世贸大厦内部建材上的防火材料存在严重的质量问题，大到支撑整个大楼的水泥钢筋支架，小至门栓或插销上的防火材料都存在脱落或者喷涂不充分的现象。他认为，防火材料问题加速了世贸大厦的倒塌。

但笔者对此有着不同的看法，若世贸大厦没有用防火涂料加以保护，在受到飞机猛烈撞击后，将会在很短的时间内倒塌，因为钢结构的耐火极限通常只有15分钟，故此，可以肯定的说，该防火涂料应该起了很大的作用。笔者认为大厦倒塌的原因有两个：

一是由于飞机的撞击，致使飞机上的燃油泄漏，引起的是烃类火灾。实际的火灾和试验研究表明：钢结构的耐火极限很低，当钢材自身温度达到临界温度（540℃）时，其支撑强度会下降40%，容易造成建筑物的垮塌。而且烃类火灾和一般的火灾有很大的不同，它能在五分钟之内使火场的温度上升到1000多度，大大超过钢结构的临界温度（540℃），导致了钢结构的强度迅速下降。

二是由于飞机撞击大楼时过程中产生了巨大的冲力，可能使大楼被撞击或者附近区域的钢结构防火涂料发生部分开裂甚至脱落。在钢结构耐火试验中我们发现，当火场中钢结构表面的防火涂料层开裂、空鼓、厚度不均匀时，其耐火时间会受到较大的影响。因此在火场中的钢结构没有被完全保护，也是导致整幢建筑提前化为灰烬的主要原因之一。

虽然世贸大厦在不断的维护保养，但该大厦的钢结构防火保护也存在着一些问题。如第一张照片所示，钢结构表面的防火涂料涂层表面开始开裂（照片右上角），第二张照片可以清晰的看见涂层局部已经脱落，维护工人正将松动的部分小心地铲掉，并切割成矩形后重新修复。由于世贸大厦竣工已经三十多年了，该建筑的钢结构防火涂料经过了多年的修修补补和涂料本身的老化，其防火性能下降，已经达不到设计时的耐火极限。

虽然世贸大厦倒塌的原因非常的复杂，但也与防火涂料的质量与维护有着密切的关系。例如世贸大厦所有的横梁使用的都是厚涂型钢结构防火涂料，该涂料通常以无机高温粘结剂配以粉煤灰空心微珠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等耐火绝热材料和化学助剂、加水配制而成。厚涂型钢结构防火涂料是通过增加涂层的厚度来提高耐火极限，涂层过厚，就会出现开裂、脱落，为解决此问题，往往需要用钢丝网加固。在施工中，由于受到环境影响或施工水平参差不齐，涂层厚度不均匀，致使实际耐火极限下降，最后很可能达不到设计的耐火极限。但我们要认识到在三十多年前这样的保护已是很不容易的事了。事物在发展，科学研究在不断的取得新成果，下面我们将给读者介绍一种新型防火材料。

我国钢结构高层建筑近年来如雨后春笋般的拔地而起，发展迅速，为保护人民的生命和财产安全提高钢结构的耐火极限已迫在眉睫。

公安部四川消防研究所经过多年的研究开发出了新一代的防火材料——喷射无机纤维防火护层材料，该材料质轻、无毒无味、吸声、耐候性好、高效隔热、耐火可靠，可实现5h以上高耐火极限保护。适用于建筑物和隧道的防火保护，尤其是耐火极限要求比较高的高层钢结构的防火保护，同样也适用于建筑物的保温吸音和石油化工设备的保温节能。

国外矿物纤维类防火材料应用已经有100多年的历史了。二十世纪六十年代喷射无机纤维防火材料出现。最早的喷射无机纤维防火材料主要采用石棉纤维作原料。后来由于发现石棉纤维对人体有危害作用，很多地方已经明确规定限制使用石棉，人们便找到了人造无机纤维作为石棉的替代品。人造无机纤维有硅酸铝棉、矿棉、岩棉和玻璃棉等，它们都是矿石在高温下熔化，经喷丝成型而成的纤维。1972年，ASTM（美国材料与试验协会）制定了有关矿物纤维喷射技术及施工规范标准。在2000年修订的ASTM标准中，把这种材料称为SFRM（Sprayed Fire-Resistive Material ），翻译为喷射防火材料，定义为喷射到基材上以提供对基材进行防火保护的材料。它包括喷射纤维类材料和喷射水泥类材料。美国保险商实验室（UL）与加拿大保险商实验室（ULC）出版的产品服务手册中，刊载有大量不同形式的建筑结构，施用喷射无机纤维材料达到不同耐火极限的设计号，供设计、使用者选用。

喷射无机纤维防火护层材料就属于喷射纤维类材料。该材料主要由一种或多种粘结剂、集料和矿棉纤维组成，经低压空气流通过管道输送到喷嘴口，与雾化水混合喷到需要保护的基材上形成护层。该护层满足防火保护的基本要求，并有以下优点：

1．有很好的附着力。

2．导热率低。

3．质量轻。

4．在高温火场中，厚度没有明显变化，护层不熔化、不脱落，能够使被保护构件达到5h小时以上的耐火极限。

5．产品经济，包括材料费、生产费和施工费的总费用低。

6．耐候性好，能长时间经受昼夜温差和四季温差以及紫外线的侵袭。

7．能根据用户需要做外观装饰。

正是由于以上特点，喷射无机纤维防火护层材料在国外已经得到了广泛的应用。例如芝加哥的西尔斯大厦、布鲁塞尔的欧盟办公大厦、欧洲议会大厦、摩根银行大厦、法国巴黎的DES IMPOTS饭店、世界阿拉伯学院大楼、法国财政部大楼等。另外，该材料还可以用于特殊的防火场合，如核电站、一些有或者可能有碳氢易燃物存在的地方、机场及船舶的防火隔热吸声施工等。以国际上最大的从事喷射无机纤维防火护层材料生产的CAFCO集团为例，其产品的工程施工面积已达到5亿平方米。

由于喷射无机纤维防火护层材料的制造工艺及设备较为复杂，施工必须使用专用的设备——喷射机，这些设备目前在我国尚无制造厂家，而引进国外的生产施工设备，价格非常昂贵，使得该材料在我国的推广举步为艰。

由我所最新研制成功的喷射无机纤维防火护层材料的生产设备和专用喷射机将填补国内空白。喷射机采用干料输送方式，输送管内只是空气和干料，因此管道轻，不会产生堵料，物料输送速度可达到6kg/min，距离可达百米，施工迅速，一次喷射厚度可达20mm，特别适用于大面积和异形面上施工作业，每次施工后不用清洗管道，材料浪费少。

喷射无机纤维防火护层材料不会出现其他防火涂料暴露的问题。因为该材料不含有机成分，不会出现任何的盐析、分解、降解反应，就不会带来与之相关的开裂、脱落等老化失效问题，而占主要成分的无机纤维本身就可以作为炉衬材料在火场中起隔热保温的作用，可见，利用其优秀的耐火性能作防火材料将进一步提高建筑物的耐火极限。

喷射无机纤维防火护层材料在进行钢结构耐火试验中，护层厚度为33.8mm，耐火时间达5h而未到极限，钢梁的挠度变形仅为40.7mm。该材料不仅满足任何超高层钢结构建筑的耐火极限要求，而且对于相同厚度的厚型钢结构防火涂料来讲，在耐火时间上有着充分的余量，为火灾中的人员疏散和建筑抢险提供了更多的时间。

世贸大厦倒塌快要三年了，它的灰飞烟灭使得人们对火灾安全的要求越来越高，对火灾的防范工作日益重视。其中，改变材料的耐火性能，使材料本身能够阻止火灾的发生或发展是火灾安全材料的研究和发展的重点。喷射无机纤维防火护层材料开发的最终目的就是为了寻求一种性能可靠、高耐火极限、价廉的护层材料及经济高效的施工技术。该产品的面市，将使我国高层钢结构保护技术更上一个崭新的台阶。