建筑材料和制品燃燒性試驗(yàn)規(guī)范對(duì)保證建筑物內(nèi)人的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全是非常重要的。由于建筑材料和制品的燃燒引發(fā)的火災(zāi)往往會(huì)導(dǎo)致人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，才迫使人們不得不制定相應(yīng)的規(guī)范和測(cè)試方法來(lái)解決建材及制品的燃燒性能問(wèn)題。當(dāng)今的測(cè)試方法很多，范圍也非常廣泛，測(cè)試樣品從粉末狀到全尺寸火災(zāi)試驗(yàn)不等。測(cè)試方法還受到材料燃燒性試驗(yàn)參數(shù)的特殊規(guī)定，施加于材料表面的火焰強(qiáng)度、試驗(yàn)樣品的尺寸大小等諸多因素的影響。與此同時(shí)，某些特殊的規(guī)定如樣品方向、火焰強(qiáng)度等，使得現(xiàn)存的一些規(guī)范的測(cè)試結(jié)果與建筑材料或制品在全尺寸模擬火災(zāi)條件下的測(cè)試結(jié)果不相符，因此，不得不對(duì)某些有特殊要求的材料或制品的測(cè)試方法進(jìn)行修改或替換。
ZY6162-5K電絕緣試驗(yàn)裝置
目前，對(duì)建筑材料和制品的燃燒性試驗(yàn)結(jié)果往往都是采用火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x來(lái)表征。20世紀(jì)70年代，國(guó)際上對(duì)材料燃燒性試驗(yàn)結(jié)果的比較，都是根據(jù)不同試驗(yàn)方法對(duì)材料進(jìn)行的分級(jí)判定，這無(wú)異于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，其試驗(yàn)結(jié)果間幾乎無(wú)可比性。筆者對(duì)目前國(guó)際上建筑材料和制品主要的燃燒性試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行概述，討論不同測(cè)試方法的優(yōu)缺點(diǎn)。只涉及建筑材料防火性能試驗(yàn)規(guī)范中最常用的一部分。
1 美國(guó)建筑材料和制品的燃燒性要求美國(guó)國(guó)際建筑規(guī)范(International Building Code)及其他建筑規(guī)范、國(guó)家防火保護(hù)協(xié)會(huì)(National Fire Protection Association, NFPA)101(NFPA 101)-生命安全規(guī)范等均對(duì)建筑材料和制品燃燒性及其危害的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)作了相關(guān)規(guī)定。在美國(guó)，為公眾接受的判定標(biāo)準(zhǔn)和分級(jí)方法一般都參照國(guó)際建筑規(guī)范中的規(guī)定，該規(guī)范也是美國(guó)主要的建筑規(guī)范。上述規(guī)范均要求測(cè)試建筑材料的燃燒性和火焰?zhèn)鞑ヌ匦裕鼈兊臏y(cè)試方法分別對(duì)應(yīng)ASTM E136(燃燒性)和ASTM E84(火焰?zhèn)鞑?，其中ASTM E84還對(duì)可見(jiàn)煙的特征作了規(guī)定。
1.1 燃燒性試驗(yàn)方法
美國(guó)對(duì)不燃材料進(jìn)行分級(jí)的試驗(yàn)方法是ASTM E136，該方法測(cè)試材料在750℃的垂直管狀爐的熱行為。試驗(yàn)前對(duì)樣品進(jìn)行干燥處理，樣品的外形尺寸為38mm×38mm×51mm。材料如果能達(dá)到ASTM E136標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的指標(biāo)，即可判定為不燃材料。ASTM E136規(guī)定需對(duì)每個(gè)材料或制品4個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)量，其中的3個(gè)樣品通過(guò)試驗(yàn)，即可判定材料為不燃材料。具體判定要求為：如果測(cè)試樣品的重量損失不大于50％，在試驗(yàn)開(kāi)始后的前30s內(nèi)，首先樣品表面和內(nèi)部的溫升不超過(guò)30℃，其次樣品不燃燒；如果測(cè)試樣品的重量損失大于50％，則材料的溫度不超過(guò)試驗(yàn)前測(cè)得的材料達(dá)到穩(wěn)定時(shí)溫度，且整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中樣品不燃燒。
ASTM E136標(biāo)準(zhǔn)的注釋部分對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法和原理作了說(shuō)明。Carpenter等指出，ASTM E136有一個(gè)重要的缺陷，那就是不能定量地測(cè)量材料的熱釋放率或燃燒性，只是定性地給出一個(gè)通過(guò)/不通過(guò)的試驗(yàn)結(jié)果。盡管如此，ASTM E136也是一個(gè)非常嚴(yán)格的試驗(yàn)，測(cè)試材料中即使只含有少量的可燃成份都常常會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。因此，根據(jù)ASTM E136，含有可燃性粘合劑和礦物木質(zhì)隔熱材料、爐渣混凝土、水泥與木屑的復(fù)合材料、木纖維增強(qiáng)石膏板等都判定為可燃材料。石膏墻板的板芯能滿足不燃性規(guī)定要求，而紙面石膏墻板卻不能通過(guò)不燃性試驗(yàn)。
此外，對(duì)可燃材料進(jìn)行阻燃處理并不能使之成為不燃材料，其試驗(yàn)結(jié)果也達(dá)不到ASTM E136的要求。Tewarson等認(rèn)為E136也能夠?yàn)樾阅芑馂?zāi)設(shè)計(jì)提供定量的數(shù)據(jù)支持。為了對(duì)那些低燃燒性的材料進(jìn)行分級(jí)，需要其他的試驗(yàn)方法，如NFPA 259規(guī)定的建筑材料潛熱的試驗(yàn)方法。材料的燃燒潛熱是指材料在氧彈量熱汁測(cè)得的總熱量與其在750℃的爐子中放置2小時(shí)以后的測(cè)得燃燒熱值之間的差。
在NFPA 101生命安全規(guī)范中，該測(cè)試方法被用作判定難燃材料的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定難燃材料的燃燒潛熱應(yīng)低于8140kJ/kg。Carpenter等研究了將錐形量熱計(jì)試驗(yàn)作為判定材料燃燒性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，但他們同時(shí)指出，由該方法產(chǎn)生的分級(jí)系統(tǒng)可能會(huì)打亂現(xiàn)存的材料的分級(jí)體系。
1.2 內(nèi)裝飾材料的燃燒性試驗(yàn)
北美對(duì)建筑材料表面燃燒特性的主要試驗(yàn)是7.6 m的Steiner隧道爐試驗(yàn)。與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)有ASTM E84，NFPA 255和UL 723。該試驗(yàn)是在樣品的一末端施加長(zhǎng)1.35 m的火焰作為燃燒源，來(lái)觀察材料表面的火焰?zhèn)鞑ヌ匦院腿紵^(guò)程的煙密度。根據(jù)所觀察的火焰?zhèn)鞑?，通過(guò)計(jì)算火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x–時(shí)間曲線下的面積得到相對(duì)無(wú)因次火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)(Flame Spread Index，F(xiàn)SI)，為了便于計(jì)算，假定火焰前端不會(huì)后退。相對(duì)煙密度指數(shù)(Smoke Developed Index，SDI)是通過(guò)計(jì)算煙密度-時(shí)間曲線下的面積得到的，計(jì)算時(shí)，規(guī)定增強(qiáng)水泥板的SDI=0，紅橡木地板的SDI=100。歷史上也曾以紅橡本地板為100，石棉板為0來(lái)計(jì)算火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)和煙密度指數(shù)，目前仍采用火焰到達(dá)橡木板末端的時(shí)間來(lái)校準(zhǔn)設(shè)備，但不用來(lái)計(jì)算火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)。由于上述試驗(yàn)方法中都是將樣品安放在矩形試驗(yàn)爐的頂部，導(dǎo)致了樣品的安裝方法成為了這些測(cè)試方法中最具爭(zhēng)議的地方。ASTM E84標(biāo)準(zhǔn)的附錄對(duì)樣品的安裝方法作了說(shuō)明。
Tewarson等認(rèn)為E84的局限性與E648類(lèi)似，即很難評(píng)價(jià)材料或制品在熱流作用下的火災(zāi)行為，而且環(huán)境條件、樣品的形狀、尺寸以及安裝方法都會(huì)對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生影響。為了便于產(chǎn)品的研究和開(kāi)發(fā)，人們常常采用其他的試驗(yàn)方法來(lái)對(duì)ASTM E84進(jìn)行校準(zhǔn)。
根據(jù)ASTM E84的FSI測(cè)試結(jié)果，將內(nèi)裝飾材料分為3個(gè)等級(jí)：A級(jí)或Ⅰ級(jí)要求FSI值不大于25；B級(jí)或Ⅱ級(jí)要求FSI值在26~75之間；C級(jí)或Ⅱ級(jí)要求FSI值在76~200之間。
如果材料的FSI值超過(guò)了Ⅲ級(jí)的上限值，則判定材料不達(dá)等級(jí)，該材料就不能在對(duì)材料燃燒性能有一定要求的場(chǎng)所使用。以上3個(gè)等級(jí)的SDI值都要求不大于450。建筑材料和制品的火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)值可以在Galbreath的論文以及美國(guó)森林和紙業(yè)協(xié)會(huì)(American Forest＆Paper Association)，Underwriters＇Laboratory, Underwriters＇Laboratory Canada和Intertek的出版物中查到。
對(duì)可燃材料的阻燃處理的主要目的是為了降低材料的火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)。表面是否經(jīng)過(guò)阻燃涂層處理對(duì)材料火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)值有正面或負(fù)面的影響，但這些影響都不足以改變材料的分級(jí)，除非原來(lái)的基底材料的分級(jí)本身就非常低。例如：磚頭、混凝土和石膏板的FSI為0，當(dāng)在它們的表面涂覆一層1.3mm的醇酸樹(shù)脂涂料、乳膠漆或纖維墻紙時(shí)，它們的FSI變?yōu)?5。然而，當(dāng)在FSI分級(jí)為150的木材以及FSI分級(jí)為25石膏墻板表面涂覆一層1.3mm的醇酸樹(shù)脂涂料或乳膠漆或纖維墻紙時(shí)，是不會(huì)改變材料的分級(jí)的。
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