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        建筑材料及制品燃燒性能試驗

        建筑材料及制品燃燒性能試驗

        作者:admin    來源:未知    發布時間:2021-01-29 09:30    瀏覽量:

               建筑材料和制品燃燒性試驗規范對保證建筑物內人的生命安全和財產安全是非常重要的。由于建筑材料和制品的燃燒引發的火災往往會導致人員傷亡和財產損失,才迫使人們不得不制定相應的規范和測試方法來解決建材及制品的燃燒性能問題。當今的測試方法很多,范圍也非常廣泛,測試樣品從粉末狀到全尺寸火災試驗不等。測試方法還受到材料燃燒性試驗參數的特殊規定,施加于材料表面的火焰強度、試驗樣品的尺寸大小等諸多因素的影響。與此同時,某些特殊的規定如樣品方向、火焰強度等,使得現存的一些規范的測試結果與建筑材料或制品在全尺寸模擬火災條件下的測試結果不相符,因此,不得不對某些有特殊要求的材料或制品的測試方法進行修改或替換。

        目前,對建筑材料和制品的燃燒性試驗結果往往都是采用火焰傳播距離來表征。20世紀70年代,國際上對材料燃燒性試驗結果的比較,都是根據不同試驗方法對材料進行的分級判定,這無異于產生隨機數,其試驗結果間幾乎無可比性。筆者對目前國際上建筑材料和制品主要的燃燒性試驗規范進行概述,討論不同測試方法的優缺點。只涉及建筑材料防火性能試驗規范中最常用的一部分。

          1 美國建筑材料和制品的燃燒性要求
          美國國際建筑規范(International Building Code)及其他建筑規范、國家防火保護協會(National Fire Protection Association, NFPA)101(NFPA 101)-生命安全規范等均對建筑材料和制品燃燒性及其危害的試驗方法和標準作了相關規定。在美國,為公眾接受的判定標準和分級方法一般都參照國際建筑規范中的規定,該規范也是美國主要的建筑規范。上述規范均要求測試建筑材料的燃燒性和火焰傳播特性,它們的測試方法分別對應ASTM E136(燃燒性)和ASTM E84(火焰傳播),其中ASTM E84還對可見煙的特征作了規定。

          1.1 燃燒性試驗方法

          美國對不燃材料進行分級的試驗方法是ASTM E136,該方法測試材料在750℃的垂直管狀爐的熱行為。試驗前對樣品進行干燥處理,樣品的外形尺寸為38mm×38mm×51mm。材料如果能達到ASTM E136標準中規定的指標,即可判定為不燃材料。ASTM E136規定需對每個材料或制品4個樣品進行測量,其中的3個樣品通過試驗,即可判定材料為不燃材料。具體判定要求為:如果測試樣品的重量損失不大于50%,在試驗開始后的前30s內,首先樣品表面和內部的溫升不超過30℃,其次樣品不燃燒;如果測試樣品的重量損失大于50%,則材料的溫度不超過試驗前測得的材料達到穩定時溫度,且整個試驗過程中樣品不燃燒。

          ASTM E136標準的注釋部分對該標準的測試方法和原理作了說明。Carpenter等指出,ASTM E136有一個重要的缺陷,那就是不能定量地測量材料的熱釋放率或燃燒性,只是定性地給出一個通過/不通過的試驗結果。盡管如此,ASTM E136也是一個非常嚴格的試驗,測試材料中即使只含有少量的可燃成份都常常會導致試驗失敗。因此,根據ASTM E136,含有可燃性粘合劑和礦物木質隔熱材料、爐渣混凝土、水泥與木屑的復合材料、木纖維增強石膏板等都判定為可燃材料。石膏墻板的板芯能滿足不燃性規定要求,而紙面石膏墻板卻不能通過不燃性試驗。

          此外,對可燃材料進行阻燃處理并不能使之成為不燃材料,其試驗結果也達不到ASTM E136的要求。Tewarson等認為E136也能夠為性能化火災設計提供定量的數據支持。
          為了對那些低燃燒性的材料進行分級,需要其他的試驗方法,如NFPA 259規定的建筑材料潛熱的試驗方法。材料的燃燒潛熱是指材料在氧彈量熱汁測得的總熱量與其在750℃的爐子中放置2小時以后的測得燃燒熱值之間的差。
          在NFPA 101生命安全規范中,該測試方法被用作判定難燃材料的標準,標準中規定難燃材料的燃燒潛熱應低于8140kJ/kg。Carpenter等研究了將錐形量熱計試驗作為判定材料燃燒性能的標準試驗,但他們同時指出,由該方法產生的分級系統可能會打亂現存的材料的分級體系。
          1.2 內裝飾材料的燃燒性試驗
          北美對建筑材料表面燃燒特性的主要試驗是7.6 m的Steiner隧道爐試驗。與之對應的標準有ASTM E84,NFPA 255和UL 723。該試驗是在樣品的一末端施加長1.35 m的火焰作為燃燒源,來觀察材料表面的火焰傳播特性和燃燒過程的煙密度。根據所觀察的火焰傳播,通過計算火焰傳播距離–時間曲線下的面積得到相對無因次火焰傳播指數(Flame Spread Index,FSI),為了便于計算,假定火焰前端不會后退。相對煙密度指數(Smoke Developed Index,SDI)是通過計算煙密度-時間曲線下的面積得到的,計算時,規定增強水泥板的SDI=0,紅橡木地板的SDI=100。歷史上也曾以紅橡本地板為100,石棉板為0來計算火焰傳播指數和煙密度指數,目前仍采用火焰到達橡木板末端的時間來校準設備,但不用來計算火焰傳播指數。由于上述試驗方法中都是將樣品安放在矩形試驗爐的頂部,導致了樣品的安裝方法成為了這些測試方法中最具爭議的地方。ASTM E84標準的附錄對樣品的安裝方法作了說明。
          Tewarson等認為E84的局限性與E648類似,即很難評價材料或制品在熱流作用下的火災行為,而且環境條件、樣品的形狀、尺寸以及安裝方法都會對試驗的結果產生影響。為了便于產品的研究和開發,人們常常采用其他的試驗方法來對ASTM E84進行校準。
          根據ASTM E84的FSI測試結果,將內裝飾材料分為3個等級:A級或Ⅰ級要求FSI值不大于25;B級或Ⅱ級要求FSI值在26~75之間;C級或Ⅱ級要求FSI值在76~200之間。
          如果材料的FSI值超過了Ⅲ級的上限值,則判定材料不達等級,該材料就不能在對材料燃燒性能有一定要求的場所使用。以上3個等級的SDI值都要求不大于450。建筑材料和制品的火焰傳播指數值可以在Galbreath的論文以及美國森林和紙業協會(American Forest&Paper Association),Underwriters'Laboratory, Underwriters'Laboratory Canada和Intertek的出版物中查到。

          對可燃材料的阻燃處理的主要目的是為了降低材料的火焰傳播指數。表面是否經過阻燃涂層處理對材料火焰傳播指數值有正面或負面的影響,但這些影響都不足以改變材料的分級,除非原來的基底材料的分級本身就非常低。例如:磚頭、混凝土和石膏板的FSI為0,當在它們的表面涂覆一層1.3mm的醇酸樹脂涂料、乳膠漆或纖維墻紙時,它們的FSI變為25。然而,當在FSI分級為150的木材以及FSI分級為25石膏墻板表面涂覆一層1.3mm的醇酸樹脂涂料或乳膠漆或纖維墻紙時,是不會改變材料的分級的。


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