張屹東，朱春玲

（1.建筑安全與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 101119；2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

作為一種新型的兼顧防火及保溫效果的墻體保溫材料，熱固復(fù)合聚苯乙烯泡沫保溫板（以下簡(jiǎn)稱“改性聚苯板”）目前在工程中被廣泛應(yīng)用。在其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)JG/T 536－2017《熱固復(fù)合聚苯乙烯泡沫保溫板》［1］中要求，對(duì)于標(biāo)稱密度在140～200 kg/m3（±10 % 的偏差）的高密度型（G 型）改性聚苯板，燃燒性能等級(jí)須達(dá)到 A2 級(jí)。該材料的性能參數(shù)及施工技術(shù)已有部分研究［2-5］。有研究指出，表觀密度超過(guò) 200 kg/m3 以上時(shí)其燃燒性能等級(jí)才有可能達(dá)到 A 級(jí)［6］，而也有研究表明容重在 125～130 kg/m3的改性聚苯板，其燃燒性能也可達(dá) A 級(jí)［7］，目前各項(xiàng)研究也是說(shuō)法不一，對(duì)產(chǎn)品的燃燒性能等級(jí)評(píng)價(jià)及其在工程中的應(yīng)用造成一定的困擾。在 GB 8624－2012《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》［8］中對(duì)平板狀制品燃燒性能 A2 的判定中，燃燒熱值和單體燃燒試驗(yàn)（SBI）是比較常用的判定方法。根據(jù)近些年對(duì)此類產(chǎn)品的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，G 型改性聚苯板在進(jìn)行 A2 級(jí)測(cè)定過(guò)程中，一般均可以通過(guò)單體燃燒試驗(yàn)（SBI）確認(rèn)對(duì) A2 級(jí)的判定要求，問(wèn)題常出現(xiàn)在板材的燃燒熱值判定試驗(yàn)中，因此經(jīng)過(guò)燃燒熱值的測(cè)定，即可大致判斷出此類材料能否可滿足 A2 級(jí)的要求。

目前對(duì)此類材料的燃燒性能研究較少，研究較多的為材料的隔熱性能、力學(xué)性能、耐候性、吸水性能等［9-11］。但在工程應(yīng)用中存在一個(gè)誤區(qū)：只要板材的標(biāo)稱密度達(dá)到 140 kg/m3，甚至有 10 % 的負(fù)偏差時(shí)，樣品的燃燒性能肯定可以達(dá)到 A2 級(jí)。本文針對(duì)此問(wèn)題，選取不同生產(chǎn)廠家、相同及不同密度的 G 型改性聚苯板，對(duì)其進(jìn)行燃燒熱值的測(cè)定，并結(jié)合 X 射線衍射（XRD）對(duì)無(wú)機(jī)改性材料的成分進(jìn)行分析，來(lái)對(duì)上述誤區(qū)進(jìn)行初步的解釋，以達(dá)到避免不合格樣品在工程中應(yīng)用的目的。

1 樣品準(zhǔn)備

首先，選擇 3 個(gè)廠家（廠家 1#、廠家 2#、廠家 3#）的板材（見圖 1）。廠家 1# 板材整體顏色為白色；廠家 2#板材整體顏色為灰黑色，標(biāo)稱密度均為 180 kg/m3；廠家 3# 板材整體顏色為淡橙紅色，標(biāo)稱密度為 140 kg/m3，3 個(gè)廠家樣品的基本信息如表 1 所示。

圖1 三個(gè)廠家樣品的外觀照片

表1 廠家 1#，2# 和 3# 板材樣品基本信息

從樣板芯部均勻處取樣，對(duì)板材的無(wú)機(jī)改性材料、有機(jī)泡沫進(jìn)行機(jī)械分離，為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將分離出的兩組份樣品，全部依次進(jìn)行燃燒熱值試驗(yàn)，并通過(guò)各組份所占的質(zhì)量百分比，計(jì)算最終樣品整體的燃燒熱值。3 個(gè)廠家板材試樣的組份分離結(jié)果如表 2 所示。

表2 廠家 1#、2# 和 3# 板材試樣組份分離結(jié)果

可以看出，3 個(gè)廠家板材分離后的有機(jī)泡沫和無(wú)機(jī)改性材料的質(zhì)量百分比存在著一定的差異。尤其廠家 3# 標(biāo)稱密度為 140 kg/m3的樣品，有機(jī)泡沫的百分含量明顯升高，約占整體質(zhì)量的 1/3。

2 試驗(yàn)及結(jié)果分析

1）對(duì)廠家 1# 板材無(wú)機(jī)改性材料的試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示。

表3 廠家 1# 板材的無(wú)機(jī)改性材料的試驗(yàn)結(jié)果

2）對(duì)廠家 1# 板材有機(jī)泡沫的試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所示。

表4 廠家 1# 板材有機(jī)泡沫的試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù) GB/T 14402－2007《建筑材料及制品的燃燒性能 燃燒熱值的測(cè)定》［12］中對(duì)于多組份材料熱值的計(jì)算方法，在廠家 1# 無(wú)機(jī)改性材料測(cè)試中，所有的結(jié)果均為負(fù)值，并且此結(jié)果（約-0.3 MJ/kg）會(huì)對(duì)樣品的整體試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，所以不能將其燃燒熱值設(shè)定為 0。因此廠家 1# 板材整體的熱值結(jié)果計(jì)算如式（1）所示。

3）對(duì)廠家 2# 板材無(wú)機(jī)改性材料的試驗(yàn)結(jié)果如表 5 所示。

表5 廠家 2# 板材無(wú)機(jī)改性材料的試驗(yàn)結(jié)果

4）對(duì)廠家 2# 板材的有機(jī)泡沫的試驗(yàn)結(jié)果如表 6 所示。

表6 廠家 2# 板材有機(jī)泡沫的試驗(yàn)結(jié)果

廠家 2# 板材整體的熱值結(jié)果計(jì)算如式（2）所示。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，廠家 1# 和廠家 2# 標(biāo)稱密度為 180 kg/m3的板材的燃燒熱值均可以滿足燃燒性能 A2 級(jí)熱值的要求（≤3.0 MJ/kg），分別為 2.53 MJ/kg和 1.9 0 M J/k g。但也可看出，對(duì)于同樣是標(biāo)稱密度 180 kg/m3 的板材，兩者熱值結(jié)果相差 0.63 MJ/kg，可以說(shuō)明這完全是兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)果。

為了進(jìn)一步說(shuō)明不同廠家相同標(biāo)稱密度的板材燃燒熱值存在較大差異的問(wèn)題，對(duì)比兩個(gè)廠家較低密度的板材的試驗(yàn)結(jié)果的情況，選擇標(biāo)準(zhǔn)中要求燃燒性能為 A 級(jí)的 G 型改性聚苯板的最低標(biāo)稱密度（140 kg/m3）。由于只搜集到一個(gè)密度為 140 kg/m3 板材樣品，而針對(duì)廠家 2# 的樣品，我們收集標(biāo)稱密度為 170 kg/m3、180 kg/m3及 220 kg/m3 三種樣品，對(duì)這三種樣品均進(jìn)行了組份分離并計(jì)算百分比，結(jié)果如表 7 所示。

表7 廠家 2# 三個(gè)密度板材組份含量

分別針對(duì)不同密度的板材無(wú)機(jī)改性材料及有機(jī)泡沫百分占比作圖，并添加線性趨勢(shì)線，如圖 2 所示。

圖2 廠家 2# 密度和兩個(gè)組份占比分析圖

從趨勢(shì)線的公式可以看出，兩者斜率相同，也就是說(shuō)隨著密度的變化，無(wú)機(jī)改性材料和有機(jī)泡沫所占的百分比變化率相同。從公式推算，當(dāng)廠家 2# 的材料標(biāo)稱密度為 140 kg/m3 時(shí)，無(wú)機(jī)改性材料所占比例為（%）：0.105×140+60.717=75.42；有機(jī)泡沫所占比例（%）為：-0.105×140+39.283=24.58。針對(duì)廠家 2# 四種標(biāo)稱密度的無(wú)機(jī)改性材料和有機(jī)泡沫分別進(jìn)行了試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

無(wú)機(jī)改性材料的熱值平均值（約 20 個(gè)）：0.51 MJ/kg；

有機(jī)泡沫的熱值平均值（約 15 個(gè)）：7.61 MJ/kg；

按此推算出廠家 2# 標(biāo)稱密度為 140 kg/m3 的板材燃燒熱值如式（3）所示。

推算的結(jié)果只在現(xiàn)有工藝生產(chǎn)出的產(chǎn)品有一定的意義。但是隨著密度的降低，有機(jī)泡沫和無(wú)機(jī)改性材料的比例并不一定會(huì)按照上述的比例線性遞增或遞減。密度越小，產(chǎn)品的總?cè)紵裏嶂翟鲩L(zhǎng)的越快。所以最終的結(jié)果，如果保證增加在 25 % 之內(nèi)，均可以滿足 A2 級(jí)熱值的要求。

對(duì)廠家 3# 的無(wú)機(jī)改性材料和有機(jī)泡沫組份進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表 8 和表 9 所示。

廠家 3# 板材整體的熱值結(jié)果如式（4）所示。

圖3 3 個(gè)廠家無(wú)機(jī)改性材料 XRD 分析

表8 廠家 3# 板材無(wú)機(jī)改性材料的試驗(yàn)結(jié)果

表9 廠家 3# 板材有機(jī)泡沫的試驗(yàn)結(jié)果

可以看出，不同廠家標(biāo)稱密度較低的板材（140 kg/m3）燃燒性能可能存在較大的差異，并且已經(jīng)關(guān)系到樣板是否合格的問(wèn)題。首先，有機(jī)泡沫和無(wú)機(jī)改性材料的比例是其中一個(gè)重要因素；其次無(wú)機(jī)改性材料的成分、添加阻燃劑的成分等對(duì)燃燒性能也有較大影響。針對(duì)三個(gè)廠家的板材，有機(jī)泡沫的成分一致，均為 EPS 顆粒，從外觀上可以看出，整板分別呈現(xiàn)白色、灰黑色及淡橙紅色。為確定其具體成分，采用 XRD 對(duì)這三種板材的無(wú)機(jī)改性材料進(jìn)行了測(cè)定，分析結(jié)果如圖 3 所示。

從對(duì)三種無(wú)機(jī)改性材料的 XRD 測(cè)試結(jié)果可以看出，白色粉料的主要成分為 BaSO4及含 Mg 化合物。BaSO4性能穩(wěn)定，不易分解，在織物、皮革及部分塑料制品中作為耐燃填料使用；灰黑色粉末的主要成分為 CaCO3及含 Al 的化合物，CaCO3是常見的天然礦物建筑材料石灰石的主要成分，也可能是來(lái)自生石灰或煤灰中的 CaO 與空氣中的 CO2反應(yīng)得到的最終產(chǎn)物，含 Al 的無(wú)機(jī)化合物，常在建筑材料中作為無(wú)機(jī)阻燃劑使用；紅色粉料的主要成分為含多種 Mg 的化合物，主要成分可能來(lái)自菱鎂礦，再添加部分無(wú)機(jī)阻燃劑。在建筑材料中，含 Mg 無(wú)機(jī)化合物具有好的耐燃效果，如玻鎂板。綜上可以看出，不同生產(chǎn)廠家所使用的無(wú)機(jī)改性材料完全不同，并且其主要成分在燃燒性能試驗(yàn)（純氧中點(diǎn)燃）中提供的高溫環(huán)境下，可能會(huì)發(fā)生分解，吸熱還是放熱均不好判斷。所以從無(wú)機(jī)改性材料講，也不可單獨(dú)將密度這一指標(biāo)作為改性聚苯板能否通過(guò) A2 級(jí)的依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

不同生產(chǎn)廠家的高密度改性聚苯板的燃燒熱值存在較大的差異，且密度對(duì) G 型板材的熱值有著較大的影響。密度越大，理論上燃燒性能 A2 級(jí)的通過(guò)率越高，而較低密度的 G 型改性聚苯板是否可以通過(guò) A2 級(jí)的測(cè)試，考慮其有機(jī)泡沫的成分占比較大、無(wú)機(jī)改性材料成分不同，需結(jié)合材料，在建筑工程應(yīng)用時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試評(píng)估，不能簡(jiǎn)單按照密度進(jìn)行燃燒性能等級(jí)的判斷，以保證建筑的防火安全。Q