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歐美大地 材料試驗
材料試驗
錐形量熱儀探究保溫材料“阻燃”還是“助燃”?
發布時間:2021-06-11 瀏覽次數:56059 來源:歐美大地

隨著我國“節能減排”政策和法規的不斷完善及其執行力度的加強,建筑節能已成為建筑工程中越來越重要的組成部分。建筑節能措施中的外墻外保溫系統得到廣泛應用。但近年來,建筑外保溫材料火災頻發,把外墻保溫材料的質量問題推到了風口浪尖,引起社會廣泛關注。

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其實早在2009年國家住房和城鄉建設部和公安部就聯合發布了《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》公通字[2009]46號文通知中明確規定,“高度小于24m的建筑,其保溫材料的燃燒性能不應低于B2級。其中,當采用B2級保溫材料時,每層應設置水平防火隔離帶。”

2011年,國務院在《關于加強和改進消防工作的意見》(國發〔2011〕46號)文件中強調,“嚴格建筑工地、建筑材料消防安全管理…… 新建、改建、擴建工程的外保溫材料一律不得使用易燃材料,嚴格限制使用可燃材料”。

近幾年,隨著保溫材料的大面積應用,因保溫材料引起的火災時有發生,各省市自治區也都相應出臺了相關管理措施。因此,外保溫材料燃燒性能的研究亟待深入。

本文主要介紹針對兩種典型的外墻保溫材料:巖棉板和擠塑式聚苯乙烯隔熱保溫板,采用FTT錐形量熱儀進行的燃燒性能實驗研究,供大家參考探討。

 

實驗儀器  Instrument 

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錐形量熱儀

iCone2+錐形量熱儀是以耗氧原理為基礎的聚合物材料燃燒性能測定儀。它不僅可以測試熱釋放速率,還能測試點燃時間、臨界點火通量、質量損耗速率、產煙率、有效燃燒熱、有毒氣體釋放速率(如碳氧化物)等參數,可用于預測大規模測試,如EN 13823(單體燃燒)和ISO 9705(房間墻角測試)。

利用小尺寸的錐形量熱儀實驗,根據量熱學耗氧原理來模擬外保溫材料的實際火災狀態,同時測定2種典型外保溫材料的點火性能、熱釋放速率、煙及毒性氣體釋放速率等燃燒性能參數,分析兩種樣品的燃燒性能和抹面砂漿對同種樣品燃燒性能的影響。

 

實驗過程  Experiment 

實驗采用巖棉板Rock Wool Board(RWB)和擠塑式聚苯乙烯隔熱保溫板(XPSB),材料的燃燒性能分別為A級和B1級,根據國際標準IS05660-1的要求,將樣品尺寸截成100mm×100mm,其厚度為樣品實際厚度。

在實驗中,將試樣用鋁箔包裹其背面和側面以減少質量損失。為保證平表面燃燒,用不銹鋼網柵夾住試樣。實驗時,采用50kW/m2的輻射強度,試樣的背部墊有一種厚13mm,密度為650kg/m3的熱阻很大的陶瓷纖維毯以保證標準的背面熱邊界條件。

輻射強度50kW/m下

樣品燃燒性能指標及基本參數

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01

熱釋放速率

1

砂漿對XPSB熱釋放速率

如下圖,沒有涂抹砂漿的XPSB在70s時達到熱釋放速率峰值478.2kW/m2,涂抹砂漿的XPSB在225s時達到熱釋放速率峰值270.9kW/m2,達到峰值的時間延長了3.2倍,熱釋放速率峰值下降了43.4% ,平均熱釋放速率下降了35.6%。

砂漿對XPSB熱釋放速率影響曲線

2

砂漿對RWB熱釋放速率的影響

砂漿對RWB熱釋放速率影響在接觸持續火源伊始起抑制作用,隨著火源的持續進行,砂漿會增加RWB的熱釋放速率,并最終使其熱釋放速率峰值和平均值分別增加21.7%和12%。

砂漿對RWB熱釋放速率影響曲線

3

有無涂抹砂漿的材料的熱釋放速率

XPSB的熱釋放速率峰值分別是RWB的14.2倍和30.6倍,XPSB的平均熱釋放速率分別是RWB的7.4倍和12.9倍。可見RWB具有較好的阻燃效果。

涂抹砂漿樣品的熱釋放速率曲線

未涂抹砂漿樣品的熱釋放速率曲線

 

02

材料的質量損失

在有無砂漿的情況下,RWB的平均質量損失速率比XPSB的下降了24%和41.2%.說明RWB不易燃燒,火焰蔓延速度慢。

砂漿對XPSB質量損失速率影響的曲線,可見,無砂漿時XPSB的質量損失速率峰值出現在59s,有砂漿時出現在245s,當有砂漿涂抹時最大火焰蔓延速度延遲出現186s,平均質量損失速率降低37.5%。說明涂抹砂漿能夠有效降低XPSB的燃燒性能。

砂漿對RWB熱釋放速率影響曲線

 

03

發煙量及煙氣毒氣

1

發煙量

XPSB的比消光面積是同等工況下RWB的9~12倍,可見XPSB的煙氣釋放量遠遠大于RWB,火災危險性更高。同時,XPSB和RWB在有砂漿涂抹時的比消光面積比無砂漿時高出2.3% 和35% ,說明在有砂漿時材料的燃燒不充分,煙氣釋放量增加,其中RWB的砂漿涂抹對其煙氣釋放量有更明顯的影響。

2

煙氣毒氣

燃燒開始時在有砂漿涂抹的情況下,RWB的CO產率在218 s達到峰值1.15 kg/kg,XPSB的CO產率在440s達到峰值1.02kg/kg,比RWB少11.3% ,平均產率少17.7%,說明燃燒過程中RWB的CO釋放量較多,不利于火災初期人員逃生。有砂漿時XPSB和RWB的CO產率分別比無砂漿時高13.8%和12.5%,說明砂漿增加了材料的CO釋放量。

涂抹砂漿樣品的CO釋放速率曲線

 

04

材料的點燃性能

1

XPSB點燃性能

未涂抹砂漿:表面迅速融化,,產生大量煙氣,在33s時被點燃,有效燃燒熱峰值為71.9MJ/kg。

涂抹砂漿:砂漿表面沒有明顯變化,產生少量煙氣,砂漿下部XPS由于熱傳導作用開始融化,致使砂漿不斷下降,點燃時間為118 s,有效燃燒熱峰值為76.9 MJ/kg,比沒有砂漿時增加了6.9%。

2

RWB點燃性能

無論有無砂漿,試驗開始后,表面無明顯變化,產生少量的煙氣,300 s后未出現明火。但有砂漿時的有效燃燒熱峰值比無砂漿時增加了45.1%,說明砂漿增加了RWB的有效燃燒熱。

 

實驗總結  Result 

砂漿對XPSB燃燒性能有明顯影響,可以大幅降低材料的熱釋放速率、質量損失速率和火災蔓延速度,有利于火災初期人員逃生和火災撲救;但砂漿同時會增加材料的煙氣釋放量,增加了火災危險系數

砂漿對RWB燃燒性能的影響沒有對XPSB影響明顯,在火災初期砂漿可以起到抑制熱釋放速率的作用,但隨著熱輻射的持續作用,砂漿會增加RWB的熱釋放速率。同時,砂漿會使RWB的煙氣釋放量增加35%左右,CO產率增加12.5% ,增加一定的火災危險性。對采用RWB作為保溫材料的建筑的火災,人員疏散和滅火救援應著重防止吸入有毒有害氣體。

砂漿對XPSB點燃時間影響顯著,當無砂漿抹面時,點燃時間僅為33s,當有砂漿抹面時,點時間延長為118s。對既有建筑中已采用XPS等難燃、可燃材料作為外保溫材料時,抹面砂漿完好率應納入監管范疇。

RWB作為A級外保溫材料,阻燃性能明顯優于XPSB。RWB的質量損失速率比XPS少24-41.2%,XPSB的熱釋放速率和比消光面積分別是RWB的7~12倍和9~12倍。因此,對于新建建筑應采用RWB等A級外保溫材料,從而降低火災荷載。

 

后記

錐形量熱儀是火災科學研究領域中最重要的試驗設備之一,它不僅可以用于研究各類材料或制品的燃燒性能,以評價材料或制品的燃燒行為,而且其測得的數據還是性能化火災設計和火災模型化最為重要的數據來源。本文的試驗研究表明,錐形量熱儀是建筑外保溫材料燃燒性能的有效研究手段,可以定量測量各種保溫材料的熱釋放速率、質量損失速率、煙氣釋放速率等。通過對比,可以評估新型材料或阻燃劑添加前后各項燃燒性能的改進,既保證安全性又能對成本進行有效控制,為篩選高性價比材料提供有效途徑。

 

參考文獻:馬哲.兩種典型外保溫材料燃燒性能研究[J].西安科技大學學報,2013,33(2):226-229.

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