張正　胡海濱　錢海帆　盧文斌

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院　廣東　廣州　510330）

建筑用防火門耐火性能理論與試驗分析

張正胡海濱錢海帆盧文斌

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院廣東廣州510330）

通過Warrington防火構(gòu)件試驗爐對不同材質(zhì)的防火門進行耐火試驗，對結(jié)果進行了研究，結(jié)果表明：防火門的不同外表材質(zhì)對耐火性能的影響較?。荒突鹦阅苤饕荛T芯填充物影響；并結(jié)合相關(guān)理論，推導耐火性能計算公式，運用實測數(shù)據(jù)計算，結(jié)果表明，理論值與試驗值相符。

防火構(gòu)件試驗爐；防火門；耐火性能；理論值

防火門是建筑物水平防火分區(qū)的主要構(gòu)件，廣泛應用于高層建筑、醫(yī)院、大型商場、倉庫、廠房、地下車庫、酒店等人員密集場所。它們是預防火災蔓延，降低火災損失的重要消防工具，防火門在我國已經(jīng)有了多年的應用與發(fā)展，經(jīng)過多年來的開發(fā)研究，從原材料、五金配件到結(jié)構(gòu)、門型、門芯等方面都有了很大的提高，在保障人民生命財產(chǎn)安全，減輕火災損失方面發(fā)揮了重要作用[1]，防火門作為公認的能有效阻止火勢的被動式防火裝置，一般發(fā)生火災時，防火門能將高溫和濃煙限制在某一特定區(qū)域內(nèi)，使火勢不能迅速蔓延。所以防火門耐火性能的優(yōu)劣在建筑發(fā)生火災的救援中起著關(guān)鍵性作用[2～3]。

耐火性能作為評價防火門質(zhì)量的重要指標，筆者結(jié)合近幾年對防火門的質(zhì)量檢驗發(fā)現(xiàn)，市場和施工領(lǐng)域使用的產(chǎn)品質(zhì)量堪憂。耐火性能達不到標準要求比例較高，本研究以單扇防火門為例，結(jié)合相關(guān)的理論知識，對防火門的耐火性能的理論計算公式進行推導，結(jié)合近幾年防火門實際的檢測檢驗工作，旨為建筑用防火門的研發(fā)、生產(chǎn)和使用過程提供一些依據(jù)和參考。

1　防火門的分類及技術(shù)要求

防火門是指按照《建筑構(gòu)件耐火試驗方法第1部分：通用要求》（GB/T9978.1-2008）檢測，耐火性能達到《防火門》（GB12955-2008）表1要求的門。

（1）按防火門的開啟方式將防火門分為閉式防火門和開式防火門兩種。

（2）根據(jù)構(gòu)成防火門框、門扇骨架、門扇面板的材料將防火門分為鋼質(zhì)防火門、木質(zhì)防火門、鋼木質(zhì)防火門及其他材質(zhì)防火門[4～5]。

（3）按照門的耐火性能分類，依據(jù)《防火門》（GB12955-2008）的要求，防火門可以分為隔熱防火門（A類fullyinsulateddoorsets）、部分隔熱防火門（B類partially insulated door sets）、非隔熱防火門（C類no insulated door sets）三種。

（4）依據(jù)《防火門》（GB12955-2008）防火門的耐火性能可分為A類、B類和C類，即隔熱性防火門、部分隔熱防火門和非隔熱防火門三類，詳見《防火門》（GB12955-2008）表1所示[6～7]。

2　耐火性能理論推導

防火門的耐火性能采用建筑構(gòu)件耐火試驗爐（豎爐）進行試驗，為了盡量使防火門受到與實際火災相似的火焰作用，耐火試驗采用明火加熱，且建筑構(gòu)件耐火試驗爐內(nèi)溫度隨時間變化而變化，并受T=345log（8t+1）+20函數(shù)關(guān)系控制，式中T為爐內(nèi)的平均溫度，單位為攝氏度（℃）；t為時間，單位為分鐘（min）。

根據(jù)GB12955-2008防火門對A類甲級防火門耐火性能的要求，由圖1可知，在正常耐火試驗進行90min時，對應的標準爐內(nèi)溫度約為1000℃；根據(jù)GBT9978.1-2008可知耐火極限判斷條件，在規(guī)定的試驗時間內(nèi)，防火門應滿足以下要求：①不喪失完整性：包括試件背火面出現(xiàn)火焰燃燒并持續(xù)燃燒時間未超過10s，竄過門縫的火焰未點燃棉墊，試件未垮塌；②不喪失隔熱性：包括試件背火面的平均溫升未超過平均溫度140℃，試件背火面任一點位置的溫度溫升未超過初始溫度（包括移動熱電偶）180℃，門框溫升未超過360℃。由此，根據(jù)GB12955-2008、GB/ T7633-2008和相關(guān)理論知識[8～9]，以防火門的背火面溫度為判斷參數(shù)，推導防火門隔熱性能的理論計算公式。

式中：η-修正系數(shù)，η=1.37；Tb-防火門背火面溫度，℃；T1、T2爐內(nèi)空氣溫度、爐外空氣溫度，℃；κ1、κ2-防火門扇內(nèi)、外表面的傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；λ-材料的導熱系數(shù)，W/（m·K）；δ-材料厚度，m；n-材料層數(shù)。

3　試驗部分

耐火性能（也稱耐火極限）包括耐火隔熱性和耐火完整性，耐火隔熱性是指在標準耐火試驗條件下，建筑構(gòu)件當某一面受火時，在一定時間內(nèi)背火面溫度不超過規(guī)定溫度極限值的能力；耐火完整性是指在標準耐火試驗條件下，建筑構(gòu)件當某一面受火時，在一定時間內(nèi)阻止火焰和熱氣穿透或在背火面出現(xiàn)火焰的能力。Warrington防火構(gòu)建試驗爐系統(tǒng)流程如圖1所示，實物圖如圖2所示。

圖1　Warrington防火構(gòu)建試驗爐系統(tǒng)流程圖

本文以《建筑構(gòu)件耐火試驗方法第1部分：通用要求》（GB/ T9978.1-2008）和《防火門》（GB12955-2008）為依據(jù)，對不同防火門進行測試，并對測試結(jié)果進行比對分析，同時也采用防火門隔熱性能理論公式進行計算，對其隔熱性能進行評價。

（1）本次鋼質(zhì)防火門（內(nèi)填充為珍珠巖）按照A1.50（甲級）進行測試，圖2為鋼質(zhì)防火門耐火試驗過程標準溫度和爐內(nèi)平均溫度隨時間的變化；圖3為鋼質(zhì)防火門耐火試驗過程背火面不同測點溫度及平均溫度隨時間的變化，試驗開始時，環(huán)境溫度為28℃。

（2）本次木質(zhì)防火門（內(nèi)填充為珍珠巖）按照A1.50（甲級）進行測試，圖4為木質(zhì)防火門耐火試驗過程標準溫度和爐內(nèi)平均溫度隨時間的變化；圖5為木質(zhì)防火門耐火試驗過程背火面不同測點溫度及平均溫度隨時間的變化，試驗開始時，環(huán)境溫度為22℃。

圖2　標準溫度和爐內(nèi)平均溫度隨時間的變化圖

圖3　背火面溫度及平均溫度隨時間的變化圖

圖4　標準溫度和爐內(nèi)平均溫度隨時間的變化

（3）按照A1.50（甲級）分別對具有和3.1鋼質(zhì)防火門具有相同外表材質(zhì)的防火門（內(nèi)填充材料分別為巖棉、玻璃棉）進行測試，鋼質(zhì)防火門（內(nèi)填充玻璃棉）進行到56min時，出現(xiàn)燒穿、背火面竄火，背火面的最高溫升達到248.5℃；鋼質(zhì)防火門（內(nèi)填充巖棉）進行到77min時，背火面最高溫升首次超過180℃，達到了185.6℃。

4　結(jié)果與分析

（1）從圖3～5可得知，木質(zhì)防火門（內(nèi)填充珍珠巖）的背火面最高溫度為116.9℃，背火面平均最高溫度為87.5℃；鋼質(zhì)防火門（內(nèi)填充珍珠巖）背火面的最高溫度為132.3℃；背火面平均最高溫度為96.7℃。試驗過程中，兩類防火門都沒出現(xiàn)坍塌、燒穿、背火面竄火等不合格項。木質(zhì)防火門的外表為經(jīng)阻燃處理的杉木板，鋼質(zhì)防火門的外表為厚約2mm的鋼板。兩種防火門都進行A1.50（甲級）試驗。

圖5　背火面溫度及平均溫度隨時間的變化圖

結(jié)果表明，兩類防火門都達到了A1.50（甲級）的耐火性能的要求，背火面的平均溫升都低于140℃，背火面的最高溫升都低于180℃；兩類防火門的不同外表材質(zhì)對耐火性能的影響較??；從圖7中看出，由于木質(zhì)防火門表面飾面膠合板阻燃處理較差或者未使用經(jīng)過阻燃處理的飾面板，在爐內(nèi)助燃，導致實測爐內(nèi)溫度在試驗開始的13min內(nèi)急劇上升，與標準爐內(nèi)溫度有很大偏離；由于飾面板燃燒殆盡，在13～20min內(nèi)，實測爐內(nèi)溫度又逐漸下降，滿足標準要求的偏離區(qū)間。

（2）圖3和圖4對應的為鋼制單扇防火門，膨脹珍珠巖板厚度δ=41mm，防火板厚度δ=5.2mm，防火門表面鋼板厚度為1.4mm；膨脹珍珠巖板導熱系數(shù)λ≤0.094W/（m·K），采用導熱系數(shù)測試儀測定可知，防火門表面鋼板傳熱系數(shù)κ1、κ2為33.8W/（m2·K），防火板等的導熱系數(shù)取0.164W/（m·K）。由于材料的導熱系數(shù)越大，其導熱性能（傳熱性能）越好，相對應其隔熱性能越差，所以，計算中所用各種材料的導熱系數(shù)，均取最高值進行計算，λ=0.094W/（m·K），本次試驗時候，防火門背火面初始溫度為28℃。

根據(jù)標準時間溫度曲線可知，90min時，爐內(nèi)溫度T1= 1000℃，將參數(shù)代入公式1中，計算出背火面溫度Tb=102.8℃，對應防火門背火面平均溫度為96.7℃，最高溫度為132.3℃，理論計算的背火面溫度滿足GB12955-2008防火門中A1.50（甲級）的要求，理論計算值與實測值相吻合。

（3）圖5和圖6對應的為木質(zhì)單扇防火門，膨脹珍珠巖板厚度δ=43mm，防火板厚度δ=5.5mm，飾面膠合板厚度為2.9mm；膨脹珍珠巖板導熱系數(shù)λ≤0.094W/（m·K），采用導熱系數(shù)測試儀測定可知，飾面膠合板傳熱系數(shù)κ1、κ2為30.4W/（m2· K），膠合板和防火板的導熱系數(shù)取0.211W/（m·K）。由于材料的導熱系數(shù)越大，其導熱性能（傳熱性能）越好，相對應其隔熱性能越差，所以，計算中所用各種材料的導熱系數(shù)，均取最高值進行計算，λ=0.094W/（m·K），本次試驗時候，防火門背火面初始溫度為22℃。

根據(jù)標準時間溫度曲線可知，90min時，爐內(nèi)溫度T1= 1000℃，將參數(shù)代入公式1中，計算出背火面溫度Tb=97.6℃，對應防火門背火面平均溫度為87.5℃，最高溫度為116.9℃，理論計算的背火面溫度滿足GB12955-2008防火門中A1.50（甲級）的要求，理論計算值與實測值相吻合。

（4）對比3.1、3.2和3.3可得知，影響防火門的主要因素在于內(nèi)填充材料，試驗結(jié)果表明，耐火性能最佳的防火門依次為，鋼質(zhì)防火門（內(nèi)填充珍珠巖）和木質(zhì)防火門（內(nèi)填充珍珠巖051）、鋼質(zhì)防火門（內(nèi)填充巖棉）、鋼質(zhì)防火門（內(nèi)填充玻璃棉）。

本文以不同材質(zhì)的單扇防火門耐火試驗為基礎(chǔ)，分析不同材質(zhì)的防火門的耐火性能差異，并運用理論公式對其耐火性能進行了評價，理論值與實測值相符合，為防火門的研發(fā)、生產(chǎn)、檢測等提供了依據(jù)，有助于提高防火門產(chǎn)品的性能。

[1]劉志鵬，陳英杰，張正，李博.防火門和防火卷簾的耐火性能分析[J].廣東科技，2012（6）：246～247.

[2]楊笛.新型防火門芯板的研制[J].門窗，2008（4）：49～51.

[3]付利民.木質(zhì)防火門制造工藝簡述[J].家具與室內(nèi)裝飾，2005（8）：74～75.

[4]《鋼質(zhì)防火門通用技術(shù)條件》（GB 12955-1991）[S].

[5]《建筑構(gòu)件耐火試驗方法-第1部分：通用要求》（GBT 9978-2008）[S].

[6]《防火門》（GB 12955-2008）[S].

[7]《門和卷簾的耐火試驗方法》（GB/T7633-2008）[S].

[8]王補宣.工程傳熱傳質(zhì)學（上）[M].北京：科學出版社，1998.

[9]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，1998.

TU892

A

1673-0038（2015）17-0118-03

2015-4-6

張正（1982-），男，漢族，工程師，碩士，主要從事防火構(gòu)件與防火材料檢測工作。