黃晟

（江西省工程消防技術(shù)研究中心，江西 南昌）

引言

燃燒性能是指材料在遇火或燃燒時，發(fā)生的所有物理和化學(xué)變化。一般來說，材料的表面區(qū)域是最先接觸明火的區(qū)域，故表面區(qū)域的著火性以及火焰?zhèn)鞑バ栽诤艽蟪潭壬蠜Q定材料在各種環(huán)境下是否容易燃燒。在現(xiàn)代建筑工程中，為提升建筑的安全性，需要不斷提升建筑材料的防火性能，降低其燃燒性能。只有如此，才能降低建筑出現(xiàn)火災(zāi)的概率，從而確保建筑內(nèi)人事物的整體安全。若要實現(xiàn)上述目標(biāo)，需對建筑材料進行表面防火處理作業(yè)。為了探究這種處理作業(yè)方式對建筑材料燃燒性能造成的影響，現(xiàn)開展有關(guān)試驗，圍繞過程及結(jié)果作如下報告[1-3]。

1 表面防火處理對建筑材料燃燒性能的影響試驗

1.1 試驗原理

開展表面防火處理對建筑材料燃燒性能造成影響試驗的主要原理及試驗過程如下：

（1） 我國當(dāng)代城市中的建筑以高層、超高層級建筑為主。在諸多建筑材料中，設(shè)置在墻體中的膠合板材料被認為是最容易遇火、預(yù)熱燃燒的材料，基于此，用于試驗的材料為膠合板。

（2） 試驗基本原理及過程如下：①完成實驗樣品的制備后，在樣品表面涂抹不同的防火涂料（此為防火處理的主要方式）。②等待樣品表面的防火涂料自然風(fēng)干之后（模擬建筑材料在建筑工程中的應(yīng)用過程），使用明火對樣品加熱。③在試驗開展初始階段的2 min 內(nèi)，不點火。該階段的主要目標(biāo)是，對樣品所處自然環(huán)境進行觀察、記錄，包括當(dāng)時的環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)力強度、光照強度等。④經(jīng)過初始的2 min 之后（需要注意，對這段時間的把按要求無需過度精確，可適當(dāng)縮短或延長，誤差按制在±5 s 內(nèi)即可），實驗人員需要點燃燃燒設(shè)備，使之呈現(xiàn)出明火，但仍然不需要與樣品接觸。該階段試驗的持續(xù)時間至少需要達到90 s，最多不能超過150 s，主要目的是針對燃燒器釋放明火并達到穩(wěn)態(tài)之后，觀察并記錄基準(zhǔn)熱釋放速率。⑤試驗整體進展至5 min 時（前后時間誤差依然為5 s），如果確保燃燒器的基準(zhǔn)熱釋放速率已經(jīng)穩(wěn)定，則應(yīng)使明火與樣品接觸，即點燃樣品。從試驗第6 min 開始，一直持續(xù)到試驗第25 min 結(jié)束，對材料進行20 min 的連續(xù)燃燒。

（3） 試驗開展過程中的把按重點：①為盡量減少試驗過程中遇到的干擾項，故選用的同種型號的樣品材料的有關(guān)參數(shù)需要確保一致。②完成實驗樣品的制備之后，需要在一側(cè)涂刷防火涂料，從而在表面形成一層阻燃層。③重點比對多種型號的樣品材料在是否涂刷表面防火涂料的情況下的燃燒性能[4]。

1.2 試驗所用樣品及制備

在本次試驗中，需要使用的建筑材料如下：

（1） 5 層結(jié)構(gòu)，總厚度達到9 mm 的膠合板。

（2） EPS 聚苯乙烯板，厚度需要達到40 mm。

（3） 建筑墻體橡塑保溫材料，顏色為黑色，厚度需要達到25 mm。

針對上述三種材料樣品的制備處理方法如下：

（1） 針對膠合板，不涂刷防火涂料的樣品可以直接使用；涂刷防火涂料的樣品：在表面涂刷碩磊節(jié)能科技生產(chǎn)的按GB28374 規(guī)定的A 級防火涂料。此種防火涂料的主要材質(zhì)是聚乙烯，耐火溫度達到1 580～1 770 ℃，常溫環(huán)境下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.03，芯材為聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇。此種防火涂料的應(yīng)用范圍較為廣泛，可以涂抹在多種建筑材料的表面（包括墻板、電纜、鋼材等）。涂刷防火處理作業(yè)共進行2 次，第一次涂刷完成后，需要間隔8 h，之后進行第二次表面涂刷作業(yè)；每次的涂刷劑量標(biāo)準(zhǔn)為，每次涂刷所形成的涂層厚度應(yīng)該按制在0.7 mm 以下，且必須確保涂層自然風(fēng)干后，方可進行第二次涂刷。流程如圖1 所示。

圖1 兩次涂刷流程

為確保涂刷處理質(zhì)量，在涂刷過程中應(yīng)該注意：其一，采用噴涂形式處理；其二，在噴涂前，試驗人員必須對涂料進行適當(dāng)加水稀釋并攪拌均勻；其三，所有施工用具在使用前都應(yīng)得到良好清潔，避免有雜物沾染在工具表面，進而混入涂料之中；其四，兩次涂刷完成后的自然風(fēng)干等待期內(nèi)，試驗人員做好對樣品的保護工作，避免樣品表面接觸水或受潮，否則會導(dǎo)致防火涂料涂層的整體質(zhì)量下降；達到預(yù)定風(fēng)干時間后，試驗人員還應(yīng)對防火涂料層進行檢查，如果未發(fā)現(xiàn)“流掛”情況，表明涂層狀態(tài)已經(jīng)達標(biāo)，可進入下一試驗階段。

（2） 針對EPS 聚苯乙烯板，與膠合板相同，不涂刷防火涂料的樣品直接使用，用于對照。涂刷防火涂料的樣品應(yīng)作如下處理：需要在聚苯乙烯板的材料表面，所用的粘接劑為山西德力眾邦橡膠制品有限公司生產(chǎn)的DLZB-3000 Art.Nr.525 2169 橡膠超強粘接劑（顏色為schwarz-black），規(guī)格為1 kg/690 ml。借助這種粘接劑，通過機械安裝結(jié)合的方法，將聚苯乙烯板與安裝厚度達到1 mm 的彩鋼板粘接為一個整體，且必須確保彩鋼板與聚苯乙烯板完全貼合，從彩鋼板一側(cè)觀察時，完全無法看到聚苯乙烯板。

（3） 針對橡塑保溫材料，同樣設(shè)置“未進行防火處理組”和“防火處理組”，后者的具體處理方法為：需要在樣品表面粘接一層厚度達到0.1 mm 的不干膠鋁箔，務(wù)必確保樣品表面與鋁箔表面不存在任何接縫。在此基礎(chǔ)上，按照與本段（2）章節(jié)中介紹的方法，使用同一種粘接劑，將樣品橡塑材料牢固粘接在不銹鋼基材之上（此種處理方式適用于該材料的兩組樣品，且用于粘接的粘接劑用量均須達到每平方米97.7 g）。

1.3 試驗所用儀器設(shè)備

本次試驗使用的設(shè)備如下：

（1） 無錫滕川儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的恒溫恒濕試驗箱，型號為GDJS-150L（具體如圖2 所示），工作尺寸為500 mm*500 mm*500 mm，外形尺寸為1 000 mm*960 mm*1 450 mm；溫度按制范圍分為三檔：A 檔：RT-130 ℃；B 檔：-20 ℃～130 ℃；C 檔：-40 ℃～130 ℃；濕度按制范圍同樣分為三檔：D 檔：20%～98%R.H；F 檔：10%～98%R.H；G 檔：80%～98%R.H。該設(shè)備的溫度參數(shù)按制精度如下：精度可達到0.1 ℃，溫度按制波動度不超過±0.5 ℃；均勻性不超過±2.0 ℃。濕度偏差按制精度如下：不超過75%RH 時，為±5%RH；超過75%RH 時，為+2%、-3%RH。內(nèi)箱材質(zhì)為SUS304 不銹鋼拉絲板，全箱設(shè)有福馬輪、照明玻璃視窗1 套，試品架2 個，標(biāo)準(zhǔn)測試孔1個。

圖2 GDJS-150 恒溫恒濕試驗箱

（2） 泰斯泰克公司生產(chǎn)的建材單體制品燃燒試驗裝置，型號為GB/T20286-2012；該設(shè)備主要配置燃燒室、小推車、排煙管道、燃氣供氣系統(tǒng)、按制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其中，燃燒室的尺寸為3.0 m×3.0 m×2.4 m，墻體由耐熱磚、石膏板、硅酸鈣板構(gòu)成。點火系統(tǒng)中配備10kV 的火花點火器，安全?；鹧b置（點火器通過連接到關(guān)閉機制的杠桿，可以實現(xiàn)自動定位）；輸入流量按制技術(shù)為日本的kofloc 質(zhì)量流量計，量程為0 g/s～2.3 g/s，且在0.6 g/s～2.3 g/s 區(qū)間內(nèi)的讀數(shù)精度可以達到1%[5-6]。

1.4 試驗操作過程

按照本文1.1 所述原理，做好各項準(zhǔn)備工作后，需要將試樣安裝在小推車之上，主燃燒器必須放置于集氣罩下方的框架內(nèi)部。

實驗操作要點如下（如圖3 所示）。

圖3 試驗操作流程

（1） 首先將排煙管道的體積流速設(shè)置為（0.60±0.05）m3/s。在全部試驗期間，針對上述數(shù)值的按制精確程度要求并不高，排煙管道體積流速最低值可以達到每秒0.50 m3，但最大不能超過0.65 m3。

（2） 對排煙管道中的三個熱電偶對應(yīng)的溫度、環(huán)境溫度進行記錄，持續(xù)觀察記錄時間至少需要達到300 s。環(huán)境溫度整體應(yīng)該按制在（20.0±5.0）℃之間，且必須確保管道中的溫度與環(huán)境溫度之間的最大差值不超過4 ℃。

（3） 將兩個燃燒器點燃之后，如果使用了引燃火焰，則全試驗過程中，引燃火焰的燃氣供應(yīng)速度變化頻率不得超過每秒5 mg。

（4） 用于記錄時間的設(shè)備為精密計時器，試驗開始時間為0 s。

2 表面防火處理對建筑材料燃燒性能的影響試驗結(jié)果分析

2.1 膠合板兩組對照試驗結(jié)果

根據(jù)表1 所示結(jié)果可知，在燃燒準(zhǔn)備工作、燃燒時間、火焰強度、環(huán)境條件完全一致的情況下，未進行表面防火處理的膠合板的FIGRA（0.2） 值、FIGRA（0.5）值、THR（600 s）值分別高達171.5 W/s、171.5 W/s、9.5 MJ，均大幅度高于經(jīng)過表面防火處理的同類型膠合板的62.8 W/s、62.8 W/s、2.4 MJ。

表1 膠合板兩組對照試驗結(jié)果

2.2 聚苯乙烯板兩組對照試驗結(jié)果

根據(jù)表2 所示結(jié)果可知，在各項條件完全相同的情況下，未進行表面防火處理的聚苯乙烯板的FIGRA（0.2）值、FIGRA（0.5）值、THR（600 s）值分別高達415.2 W/s、415.2 W/s、13.5 MJ，均大幅度高于經(jīng)過表面防火處理的同類型膠合板的65.9 W/s、65.9 W/s、6.8 MJ。

表2 聚苯乙烯板兩組對照試驗結(jié)果

2.3 黑色橡塑保溫材料兩組對照試驗結(jié)果

在各項條件完全相同的情況下，未進行表面防火處理的黑色橡塑保溫材料的FIGRA（0.2）值、FIGRA（0.5）值、THR（600 s）值分別高達395.4 W/s、395.4 W/s、3.1 MJ，均大幅度高于經(jīng)過表面防火處理的同類型膠合板的229.3 W/s、229.3 W/s、2.1 MJ。

3 結(jié)論

通過上述結(jié)果可知，在常用建筑材料表面進行防火處理（涂刷防火涂料、加裝彩鋼板等），能夠大幅度降低材料在燃燒期間的FIGRA 值（燃燒增長率指數(shù)，英文全稱Fire growth rate index）和THR 值（總熱放量，英文全稱Total heat release）。由此可見，對建筑材料進行表面防火處理，能夠在燃燒性能方面產(chǎn)生積極影響，在實際應(yīng)用時，有助于大幅度降低火災(zāi)事故發(fā)生率，故要求建筑工程相關(guān)單位必須對此提高重視，為人民群眾的生命財產(chǎn)安全負責(zé)。