朱靖哲
(廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司)
在許多火災(zāi)事故的原因分析中,使用的建筑材料燃燒性能不達(dá)標(biāo)是被提及最多的因素之一,阻燃防火性能優(yōu)秀的建筑材料能夠阻隔火焰的傳播,延緩火勢(shì)的擴(kuò)大,對(duì)于減小火災(zāi)造成的損失,保護(hù)人員生命及財(cái)產(chǎn)安全起到重要作用。GB/T 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也均對(duì)建筑物各部位所使用建筑材料的燃燒性能要求做出了規(guī)定。
不燃性試驗(yàn)是判定材料燃燒性能達(dá)到A 級(jí)即不燃性材料的代表性試驗(yàn),通過該試驗(yàn)可得到材料是否具有在高溫環(huán)境下不燃燒的性質(zhì)。本研究按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5464-2010《建筑材料不燃性試驗(yàn)方法》中的測(cè)試方法對(duì)巖棉板進(jìn)行了不燃性試驗(yàn),并通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果中爐內(nèi)溫升和質(zhì)量損失率這兩項(xiàng)參數(shù)的深入解析,闡述和分析了在試驗(yàn)過程中的不確定度來源以及各個(gè)不確定度的分量值,最終以合成不確定度的形式體現(xiàn)在結(jié)論當(dāng)中。
本試驗(yàn)選用燃燒性能為不燃A1級(jí)的防火巖棉;密度80kg/m3,規(guī) 格 數(shù) 量 為(300 mm×300 mm×100 mm)/塊×3塊。
⑴建材不燃性試驗(yàn)爐,南京江寧分析儀器有限公司生產(chǎn),設(shè)備型號(hào)為JCB-3;
⑵電子天平,量程0~300g,精度0.01g。
⑴按標(biāo)準(zhǔn)要求制備規(guī)格為直徑(450-2)mm、高(50±3)mm的圓柱體試樣5 個(gè),先于溫度為(23±2)℃,濕度為(50±5)%的條件下進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié),再置于溫度為(60±5)℃的烘箱中處理(20~24)h,處理完成后冷卻至室溫備試驗(yàn);
⑵啟動(dòng)控制軟件及儀器不燃爐,開啟加熱至不燃爐爐內(nèi)溫度升至(750±5)℃并達(dá)到溫度平衡;
⑶將一個(gè)試樣用電子天平稱量其試驗(yàn)前質(zhì)量m1,精確到0.01g,然后將樣品裝入樣品架,放入試驗(yàn)爐內(nèi);
⑷若試驗(yàn)進(jìn)行至30min 時(shí)三支熱電偶溫度達(dá)到最終平衡則試驗(yàn)結(jié)束,若30min 時(shí)溫度未達(dá)到最終平衡則繼續(xù)試驗(yàn)直至溫度達(dá)到平衡或在試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到60min時(shí)結(jié)束試驗(yàn),結(jié)束后應(yīng)重新使?fàn)t內(nèi)溫度恢復(fù)至(750±5)℃并達(dá)到溫度平衡;
⑸將試驗(yàn)結(jié)束后將爐中試樣取出放置于干燥皿中,待其冷卻至室溫,稱量試驗(yàn)后質(zhì)量m2,精確到0.01g;
重復(fù)步驟⑶至步驟⑸直至整組試樣全部完成試驗(yàn)。
針對(duì)該組巖棉試樣的5次不燃性試驗(yàn)結(jié)果如表1。
表1 試驗(yàn)結(jié)果
表2 爐內(nèi)溫升不確定度分量表
表3 質(zhì)量損失率不確定度分量表
不燃性試驗(yàn)爐內(nèi)溫升公式為:
式中:ΔT為爐內(nèi)溫升,℃;Tm為爐內(nèi)最高溫度,℃;Tf為爐內(nèi)最終溫度,℃。Tm與Tf為本試驗(yàn)中的直接被測(cè)量,可在試驗(yàn)軟件中直接讀??;而ΔT則是由直接被測(cè)量Tm和Tf通過函數(shù)關(guān)系確定的間接被測(cè)量。
根據(jù)計(jì)算公式中直接被測(cè)量Tm與Tf的影響因素,爐內(nèi)溫升ΔT的不確定度來源包括:重復(fù)試驗(yàn)引入的不確定度、不燃性試驗(yàn)爐設(shè)備誤差引入的不確定度和爐用K 型熱電偶測(cè)量誤差引入的不確定度。其中重復(fù)試驗(yàn)引入的不確定度屬于A 類不確定度;不燃性試驗(yàn)爐設(shè)備誤差引入的不確定度和爐用K 型熱電偶測(cè)量誤差引入的不確定度屬于B類不確定度。
對(duì)于直接被測(cè)量Tm,由貝塞爾公式得到其標(biāo)準(zhǔn)偏差為:
對(duì)于直接被測(cè)量Tm,由A 類及B 類不確定度分量合成得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度:
兩直接被測(cè)量Tm和Tf為同一組試驗(yàn)樣品在試驗(yàn)過程中兩個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的爐內(nèi)溫度數(shù)據(jù),此時(shí)認(rèn)為這兩被測(cè)量之間存在具有一定相關(guān)性的可能,因此需進(jìn)行二者相關(guān)系數(shù)r(Tm,Tf)的計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證:
依據(jù)爐內(nèi)溫升公式ΔT=Tm-Tf,取五次平行試驗(yàn)結(jié)果的平均值計(jì)算得到ΔT= 1.44℃;
取包含因子k=2,爐內(nèi)溫升ΔT的擴(kuò)展不確定度為U(ΔT)=2uc(ΔT)=0.658℃;此次不燃試驗(yàn)爐內(nèi)溫升測(cè)量結(jié) 果 不 確 定 度 為ΔT= 1.44℃,U= 0.658℃,k= 2 或ΔT= 1.44℃±0.658℃,k= 2。
不燃性試驗(yàn)樣品質(zhì)量損失率公式為:
式中:LR為質(zhì)量損失率,%;m1為試驗(yàn)前試樣質(zhì)量,g;m2為試驗(yàn)后試樣質(zhì)量,g。m1和m2為本試驗(yàn)中的直接被測(cè)量,可由電子天平直接稱量讀??;而LR則是由直接被測(cè)量m1和m2通過函數(shù)關(guān)系確定的間接被測(cè)量。
根據(jù)計(jì)算公式中直接被測(cè)量m1和m2的影響因素,質(zhì)量損失率不確定度來源包括:重復(fù)試驗(yàn)引入的不確定度和電子天平稱量誤差引入的不確定度。其中重復(fù)試驗(yàn)引入的不確定度屬于A 類不確定度;電子天平稱量誤差引入的不確定度屬于B類不確定度。
對(duì)于直接被測(cè)量m1和m2,B 類不確定度均來自于電子天平稱量誤差引入的不確定度。根據(jù)電子天平校準(zhǔn)證書可得,當(dāng)包含因子k=2 時(shí),擴(kuò)展不確定度U=0.03g,因此由電子天平帶來的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
對(duì)于直接被測(cè)量m1,由A 類及B 類不確定度分量合成得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度:
⑴爐內(nèi)溫升ΔT測(cè)量結(jié)果為ΔT= 1.44℃±0.658℃,
⑵從對(duì)兩項(xiàng)參數(shù)的不確定度分析中可以看出,影響爐內(nèi)溫升和質(zhì)量損失率結(jié)果的最主要因素為重復(fù)試驗(yàn),重復(fù)試驗(yàn)所帶來的A 類不確定度大于試驗(yàn)儀器設(shè)備帶來的B類不確定度。
⑶本研究中的兩項(xiàng)參數(shù)均為由試驗(yàn)直接測(cè)得數(shù)值通過函數(shù)關(guān)系確定的間接被測(cè)量,合成不確定的過程中,需要注意輸入量間是否存在相關(guān)關(guān)系并進(jìn)行協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)的計(jì)算,輸入量間不同程度的相關(guān)關(guān)系會(huì)對(duì)合成不確定度結(jié)果帶來對(duì)應(yīng)的影響。