電氣線路貫穿孔口防火封堵應(yīng)用現(xiàn)狀研究

雷 蕾副教授 嚴(yán)恩澤 楊衛(wèi)國(guó)副教授 魏彤彤副教授

(1.中國(guó)人民警察大學(xué) 消防工程系,河北 廊坊 065000；2.遼寧省撫順市消防救援支隊(duì)，遼寧 撫順 113000)

0 引言

電力作為人類社會(huì)生產(chǎn)生活最主要的能源之一，在帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，其所造成的火災(zāi)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅也在不斷加重。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，2005-2018年，我國(guó)共發(fā)生火災(zāi)3 197 504起，其中電氣火災(zāi)894 727起，約占火災(zāi)總數(shù)的27.98%。僅2014年，電氣火災(zāi)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)187 993.2萬(wàn)元，約占火災(zāi)總損失的40.0%。2015年全年有10.2萬(wàn)起火災(zāi)是由于電氣原因引發(fā)的，較大火災(zāi)中有56.7%是電氣火災(zāi)。2017年，全國(guó)共接報(bào)火災(zāi)21.9萬(wàn)起，亡1 065人，傷679人，已核直接財(cái)產(chǎn)損失26.2億元，電氣是引發(fā)火災(zāi)的首因，其中因電氣引發(fā)的火災(zāi)共有7.4萬(wàn)起，約占33.8%，直接財(cái)產(chǎn)損失11.2億元。由此可見(jiàn)，電氣火災(zāi)無(wú)論是發(fā)生頻率，還是造成的損失程度，均居各類火災(zāi)之首。

通常，水平電纜燃燒速率為3m/min，而豎井電纜燃燒速率一般在8～9m/min左右[2]?？梢?jiàn)，電氣線路火災(zāi)燃燒速率較快，若缺少必要的防火封堵措施，極有可能造成火勢(shì)蔓延，加重生命和財(cái)產(chǎn)安全損失。

電氣線路的防火保護(hù)技術(shù)可分為兩類；一是從材料阻燃的角度出發(fā)，發(fā)展電氣線路耐火阻燃技術(shù)，提高絕緣層和保護(hù)套材料的耐火、阻燃性能[3]；二是從防火角度出發(fā)，發(fā)展防火封堵技術(shù)，對(duì)電氣線路貫穿孔口予以封堵，阻止火災(zāi)蔓延和火勢(shì)發(fā)展[4]。由此，“電氣防火封堵”的概念得以引出。

1 電氣防火封堵

1.1 電氣線路火災(zāi)原因

電氣線路火災(zāi)原因按直接原因可分為過(guò)載、短路、接觸不良、外部熱作用、雷電和靜電6個(gè)方面。按起火源劃分，可分為線路故障、設(shè)備故障、電加熱器具和其他。其中，電氣線路火災(zāi)，又可按事故原因劃分為外部原因和內(nèi)部原因[5]。

外部原因常見(jiàn)如下幾種：施工焊接或其他明火作業(yè)中，火花飛濺引燃電纜而起火;電纜受到機(jī)械性損傷形成氣隙，運(yùn)行后引起局部放電，形成的故障電弧導(dǎo)致電纜表皮發(fā)生紋狀裂縫，導(dǎo)致接地短路，引起火災(zāi);在電纜溝與油開(kāi)關(guān)室的連接部位未做好防火封堵，含油系統(tǒng)漏油而引發(fā)火災(zāi);在電路設(shè)計(jì)中，因開(kāi)關(guān)故障導(dǎo)致母線短路而引起火災(zāi);敷設(shè)時(shí)，未按電壓等級(jí)進(jìn)行分層，導(dǎo)致通風(fēng)不暢，引起火災(zāi);老鼠咬破電纜絕緣材料而引起短路起火。

由于電氣線路自身原因引發(fā)火災(zāi)常見(jiàn)于以下幾種情況：產(chǎn)生接地或斷路故障，繼電保護(hù)未動(dòng)作，引起電氣線路過(guò)電流而發(fā)熱自燃;電氣線路受潮或被水浸漬，絕緣電阻下降，最終因接地或短路而引起火災(zāi);設(shè)計(jì)負(fù)荷偏小，長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，易引發(fā)火災(zāi);電纜絕緣層老化，過(guò)載能力差，自燃點(diǎn)降低，易造成自燃。

1.2 電氣線路火災(zāi)危害性

由于電氣線路的敷設(shè)環(huán)境具有隱蔽、多塵、潮濕的特點(diǎn)，火災(zāi)隱患常不易被發(fā)現(xiàn)。再加之電纜成束敷設(shè)安裝，一旦著火，燃燒速度較快，火勢(shì)兇猛，同時(shí)伴有大量有毒煙氣生成，現(xiàn)場(chǎng)能見(jiàn)度低，消防人員難以發(fā)現(xiàn)起火部位，給火災(zāi)撲救帶來(lái)難題。

一般，電氣線路火災(zāi)可分為以下4個(gè)階段：陰燃階段：局部電纜發(fā)生熱解，有焦糊味產(chǎn)生，并伴有冒煙現(xiàn)象?；馂?zāi)初期：電纜局部燃燒，生成大量煙氣。劇烈燃燒期：電纜出現(xiàn)明火燃燒，溫度急劇上升，可視距離下降，火焰沿敷設(shè)方向迅速蔓延。熄滅階段：電纜延燃，火焰逐步衰減熄滅。此時(shí)，環(huán)境溫度從1000～1100℃開(kāi)始緩慢下降。

通過(guò)對(duì)電氣線路火災(zāi)發(fā)展階段的分析，可對(duì)其火災(zāi)危害性作如下歸納：

(1)火情不易察覺(jué)。電纜集中敷設(shè)處，除值班巡檢和維護(hù)人員外，人員活動(dòng)較少，對(duì)初期火災(zāi)很難察覺(jué)。

(2)火場(chǎng)生煙量大、毒氣濃度高。這些物質(zhì)的使用雖然較好的解決了電線電纜阻燃和耐火性能，但其本身仍是可燃物。以聚氯乙烯為例，其材料在熱解過(guò)程中會(huì)生成順式、反式多烯結(jié)構(gòu)，在有焰燃燒時(shí)，反式多烯交聯(lián)成炭，而順式多烯經(jīng)氧化、環(huán)化等反應(yīng)釋放芳香類化合物、有毒氣體和微小固體顆粒煙霧。隨著溫度升高，反應(yīng)速度加快，煙霧濃度急劇上升。

(3)火場(chǎng)溫度高。聚氯乙烯自身引燃和自燃溫度分別為390℃和450℃左右，其制成的電纜成品引燃溫度在650℃左右。因電纜敷設(shè)環(huán)境相對(duì)封閉，通風(fēng)系統(tǒng)在火災(zāi)發(fā)生時(shí)也自動(dòng)關(guān)閉，熱量不易散失，導(dǎo)致火場(chǎng)溫度較高，可達(dá)1000℃以上。

(4)火勢(shì)猛烈，蔓延迅速。民用建筑中，電纜敷設(shè)分為水平貫穿墻體和垂直貫穿樓板，火災(zāi)發(fā)生后，火勢(shì)可沿電纜敷設(shè)方向和豎向蔓延，形成多層次立體式火災(zāi)。

(5)易擴(kuò)大事故范圍。普通電線起火后，一般在1～2 min內(nèi)就可喪失供電能力，導(dǎo)致消防水泵、應(yīng)急照明等消防設(shè)施無(wú)法正常工作，從而擴(kuò)大事故損傷。

(6)電力電纜等高壓電纜密集敷設(shè)處，火災(zāi)致使其斷電后仍留有殘余電壓，滅火救援人員有發(fā)生觸電的危險(xiǎn)。

(7)電纜溝內(nèi)部有觸電危險(xiǎn)。電力電纜等高壓電纜密集敷設(shè)處，火災(zāi)致使其斷電后仍留有殘余電壓，滅火救援人員有發(fā)生觸電的危險(xiǎn)[6]。

1.3 電氣防火封堵重要性

通過(guò)分析電氣線路火災(zāi)原因與危害性，防止其火災(zāi)事故擴(kuò)大蔓延，阻止電纜延燃等，有必要對(duì)建筑進(jìn)行防火分隔。此外，隨著電線電纜阻燃、耐火技術(shù)的發(fā)展，雖然在一定溫度范圍內(nèi)，延緩了材料的熱解過(guò)程，提高了自燃點(diǎn)。但是，阻燃劑的添加使用，也帶來(lái)了產(chǎn)煙率和毒性氣體增加的危害，當(dāng)阻燃劑消耗完后會(huì)引起更加強(qiáng)烈的燃燒。電氣防火封堵的重要性由此體現(xiàn)：

(1)阻止煙氣擴(kuò)散。煙氣是火災(zāi)人員致死的主要原因，當(dāng)所采用的防火封堵措施具有良好的氣密性時(shí)，可在火災(zāi)過(guò)程中，最大限度的減小煙氣滲透量，從而保證人員生命安全。

(2)阻止火勢(shì)蔓延。當(dāng)著火部位靠近電氣線路貫穿孔口或者室內(nèi)全面燃燒狀態(tài)下，火焰會(huì)通過(guò)貫穿孔口向相鄰區(qū)域發(fā)展。為了控制其范圍，應(yīng)采取防火封堵措施對(duì)貫穿孔口實(shí)施封堵。

(3)阻止電纜延燃。電氣火災(zāi)事故都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)本身造成較大損傷，當(dāng)因火災(zāi)而引發(fā)停電、停運(yùn)等事故時(shí)，常會(huì)引發(fā)二次災(zāi)害。因此，有效的防火封堵能阻止電纜延燃，保障用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

表1列出了近年來(lái)因缺少電氣線路防火封堵或防火封堵失效引發(fā)的火災(zāi)案例?？梢钥闯?，雖然電氣防火封堵的對(duì)象看似微小，但其在防火系統(tǒng)中扮演的角色卻十分重要，有效的封堵措施能夠避免電氣線路貫穿孔口成為煙氣、火焰穿越相鄰防火分區(qū)的突破口，阻止火勢(shì)沿電(線)纜敷設(shè)方向持續(xù)蔓延，將火勢(shì)最大限度的控制在一定范圍。相反，缺少電氣線路的防火封堵或是防火封堵失效會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。在實(shí)際工程中，有時(shí)只需在防火封堵上面增加少許工程預(yù)算，所帶來(lái)的安全保證和防火效果卻遠(yuǎn)勝于其他防火措施。

表1 防火封堵失效導(dǎo)致火勢(shì)擴(kuò)大的案例

2 電氣線路貫穿孔口防火封堵應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 電氣防火封堵應(yīng)用范圍

電氣防火封堵技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展是出于工程需要。首先，從實(shí)現(xiàn)建筑功能和用途的應(yīng)用需求看，在建筑中，為滿足供電需求，電氣線路常會(huì)有穿越防火分隔(墻體、樓板)的需要，如圖1。此時(shí)，在被貫穿體上會(huì)預(yù)先留下孔洞，待后期電氣線路敷設(shè)完畢后加以填塞、封堵和密實(shí)。電氣防火封堵應(yīng)用范圍可根據(jù)貫穿孔口位置進(jìn)行劃分，常見(jiàn)有：電纜(線)穿越防火分區(qū)時(shí)，在相應(yīng)的防火分隔構(gòu)件上(如防火墻等)預(yù)留貫穿孔口;電纜(線)沿豎井垂直敷設(shè)穿越樓板處、電纜井與房間、走道等相連通的地方需預(yù)留貫穿孔口;電纜溝、電纜(線)間的隔墻上預(yù)留貫穿孔口；電纜(線)穿越建筑物外墻處預(yù)留貫穿孔口；電纜(線)至建筑物入口處，或至配電間、控制室的溝道入口處會(huì)預(yù)留貫穿孔口；電纜(線)引至電氣柜或控制屏(臺(tái))會(huì)留有貫穿孔口。

2.2 電氣貫穿孔口形式分類

電氣貫穿的工程案例多種多樣，如裸電纜(不帶槽盒)、電纜槽盒、電纜橋架、母線穿墻、控制盤(pán)底部穿線、電纜溝、電纜隧道等。為便于研究問(wèn)題的系統(tǒng)性，可從貫穿孔口形式對(duì)其加以分類。這里所說(shuō)的貫穿孔口形式主要指孔口形狀、貫穿方式、敷設(shè)情況。

孔口形狀主要以圓形和方形為主，如圖2。圓形孔口主要是裸電纜(不帶槽盒)、母線穿墻等情況，方形一般是帶槽盒、電纜橋架或采用防火板等情況。

圖1 穿越防火分隔的幾種常見(jiàn)類型

圖2 孔口形狀

貫穿方式是指水平貫穿和垂直貫穿，如圖3。水平貫穿主要指穿越水平防火分隔，如防火墻、防火門(mén)等。垂直貫穿是指穿越垂直防火分隔，如樓板等。

圖3 貫穿方式

敷設(shè)情況是指電纜在貫穿孔口處的敷設(shè)形式，一般可分為單層敷設(shè)和疊層敷設(shè)，如圖4。在民用建筑中，考慮到電磁干擾等因素，低壓電纜一般采用單層敷設(shè)，且電纜之間有一定間隔。

2.3 電氣防火封堵規(guī)范要求

目前，我國(guó)現(xiàn)行的GB 50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[6]作為建筑類通用防火規(guī)范，從建筑構(gòu)件防火保護(hù)角度出發(fā)，規(guī)定了建筑內(nèi)防火封堵的部位，但卻沒(méi)有規(guī)定防火封堵措施的細(xì)節(jié)，也未對(duì)電氣防火封堵問(wèn)題作集中說(shuō)明。例如，在規(guī)范6.2節(jié)“建筑構(gòu)件和管道井”中規(guī)定：“建筑內(nèi)的電纜井應(yīng)采用不低于樓板耐火極限的防火封堵材料或不燃材料封堵”。相較于GB 50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[7]和GB 50045-2005《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[8]中“采用不燃燒體進(jìn)行填塞密實(shí)”的說(shuō)法，此次規(guī)范修訂不僅增加了防火封堵的概念，更是深化了電氣防火封堵的技術(shù)要求。

圖4 敷設(shè)情況

在GB 50217-2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]中，出于對(duì)電纜防火的考慮，明確了電氣防火封堵的構(gòu)成，并要求其按照等效工況進(jìn)行測(cè)試，滿足相應(yīng)耐火性能。比如，在第7章“電纜防火與阻止延燃”中，要求“電纜貫穿隔墻、樓板孔洞處，設(shè)置防火封堵”。

JGJ/T 16-2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]則是從電氣線路敷設(shè)和布線的形式對(duì)防火封堵做了相關(guān)要求。如第8章“配電線路布線系統(tǒng)”的一般規(guī)定中指出，“布線的電纜、電纜橋架、金屬線槽及封閉式母線在穿越防火分區(qū)樓板、墻體時(shí)，洞口等處應(yīng)設(shè)有防火封堵措施”。

在分析防火封堵材料特性和國(guó)外防火封堵技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國(guó)于2003年批準(zhǔn)修訂了CECS 154:2003《建筑防火封堵應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[11]，并將其作為有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的必要補(bǔ)充和支撐文件，對(duì)防火封堵的設(shè)計(jì)和施工做了科學(xué)的規(guī)范。

當(dāng)前，為適應(yīng)防火封堵技術(shù)的迫切需求，對(duì)各類封堵措施和封堵材料加以規(guī)范和管理，根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的要求，由公安部天津消防研究所會(huì)同有關(guān)單位正在開(kāi)展對(duì)《建筑防火封堵應(yīng)用技術(shù)》的編制。

國(guó)外防火封堵參考依據(jù)較多，僅以美國(guó)為例，NFPA 101《生命安全規(guī)范》[12]綜合考慮了火災(zāi)煙氣、熱量、有毒氣體對(duì)人員生命安全的威脅，明確要求防火封堵組件應(yīng)按照實(shí)際工況或等效工況并通過(guò)測(cè)試。NFPA 70《國(guó)家電氣規(guī)范》[13]針對(duì)電氣線路貫穿孔口防火封堵制定相應(yīng)規(guī)范。

3 電氣防火封堵現(xiàn)存問(wèn)題

3.1 防火封堵性能參數(shù)

防火封堵的性能參數(shù)要求較多，若按照國(guó)內(nèi)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，分為：燃燒性能、耐火性能和理化性能。從工程應(yīng)用角度，分為材料性能和結(jié)構(gòu)性能兩類。

(1)材料性能有如下方面：燃燒性能：對(duì)防火封堵材料燃燒性能的要求，是保證其在火災(zāi)中不至成為助推火勢(shì)發(fā)展的可燃傳播材料。理化性能：包括表觀密度、初凝時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、腐蝕性、耐水性、耐油性、耐濕熱性、耐凍融循環(huán)、膨脹性能等。上述理化性能只針對(duì)具體的防火封堵材料來(lái)說(shuō)，它是保證材料質(zhì)量的基本要求。

(2)結(jié)構(gòu)性能側(cè)重于防火封堵系統(tǒng)組件整體的防火封堵效果，也即阻止火焰、煙氣等。由此包括兩方面：耐火性能：對(duì)于耐火性能，目前國(guó)內(nèi)在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，將其視為材料性能，但是在防火封堵領(lǐng)域中，這一劃分并不合適。耐火性能一般指耐火隔熱性、完整性，從背火面溫升情況、是否有裂隙進(jìn)行判定，測(cè)試指標(biāo)與建筑構(gòu)件耐火性能相同。作為防火封堵材料的核心參數(shù)，耐火性能是目前產(chǎn)品檢測(cè)的重點(diǎn)。氣密性能：國(guó)內(nèi)尚不能對(duì)防火封堵的氣密性能進(jìn)行檢測(cè)，但要求在有防煙需求的場(chǎng)所，應(yīng)采用具備防煙性能的封堵材料。事實(shí)上，從防火封堵的定義來(lái)看，防煙性能也應(yīng)是一個(gè)檢測(cè)關(guān)鍵。對(duì)于這一性能，國(guó)外有專門(mén)的評(píng)級(jí)要求和檢測(cè)方式。

除上述性能以外，材料性能還包括隔音性能，如在電子信息機(jī)房和其他精密電子儀器場(chǎng)所，應(yīng)有此要求。結(jié)構(gòu)性能還包括水沖特性，即在結(jié)構(gòu)受高溫后，在水沖作用下是否炸裂。目的是判斷封堵結(jié)構(gòu)在消防員滅火救援過(guò)程中，是否仍具有安全性。

3.2 國(guó)內(nèi)防火封堵檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

在我國(guó)，防火封堵質(zhì)量認(rèn)證屬于消防產(chǎn)品型式認(rèn)證。根據(jù)《中華人民共和國(guó)消防法》和《消防類產(chǎn)品型式認(rèn)可實(shí)施規(guī)則》[14]的規(guī)定，防火封堵材料屬于阻燃材料的一類，應(yīng)按公安部消防產(chǎn)品合格評(píng)定中心要求認(rèn)證，其型式認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)為GB 23864-2009《防火封堵材料》。

GA 161-1997《防火封堵材料的性能要求和試驗(yàn)方法》[15]是我國(guó)在防火封堵材料檢測(cè)方面制訂的第一本標(biāo)準(zhǔn)，部分參考了美國(guó)ASTM E814《貫穿型防火封堵材料耐火試驗(yàn)方法》[16]，對(duì)防火封堵材料的耐火性能和干密度、耐水性、耐油性、腐蝕性等理化性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

GB 23864-2009《防火封堵材料》是參考?xì)W盟標(biāo)準(zhǔn)EN 1366《防火封堵材料試驗(yàn)方法》[17]的基礎(chǔ)上制訂的，用以替代GA 161-1997《防火封堵材料的性能要求和試驗(yàn)方法》的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。此次修訂對(duì)防火封堵的術(shù)語(yǔ)概念進(jìn)行細(xì)化，同時(shí)應(yīng)對(duì)新型防火封堵材料的應(yīng)用增加了相關(guān)理化指標(biāo)的檢測(cè)，如耐凍融循環(huán)、膨脹性能等。

3.3 國(guó)外防火封堵檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)外關(guān)于防火封堵的認(rèn)證方式較多，如UL認(rèn)證、BS認(rèn)證和EN認(rèn)證等。其中，UL認(rèn)證最具代表性。UL(Underwriters Laboratories Inc.)美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室成立于1894年，是美國(guó)乃至世界上從事產(chǎn)品安全試驗(yàn)、鑒定和認(rèn)證的非營(yíng)利性權(quán)威機(jī)構(gòu)[18]。

UL產(chǎn)品認(rèn)證和試驗(yàn)服務(wù)的種類分為列名、認(rèn)可和分級(jí)3種形式。對(duì)于單一的防火封堵產(chǎn)品而言，其結(jié)構(gòu)上不完整，在使用中也并非完全獨(dú)立，因此需進(jìn)行分級(jí)認(rèn)可。UL要求防火封堵產(chǎn)品送檢時(shí)，需要將材料及其封堵部位組合構(gòu)件一起送檢。另外，對(duì)防火封堵的認(rèn)證也并非判定認(rèn)證，而是根據(jù)送檢申請(qǐng)，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的定向測(cè)試，測(cè)試結(jié)果也只限于此類工況。這也說(shuō)明，防火封堵材料的型式認(rèn)可對(duì)實(shí)際應(yīng)用并不具備足夠的參考建議。

在具體的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)上，美國(guó)材料協(xié)會(huì)將防火封堵材料分為貫穿用防火封堵材料、建筑幕墻用防火封堵材料、建筑接合縫用防火封堵材料，并分別制定了相應(yīng)的防火測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

ASTM E814《貫穿型防火封堵材料耐火試驗(yàn)方法》對(duì)各類貫穿孔口防火封堵系統(tǒng)依據(jù)耐火性能、氣密性能和水沖特性劃定為F級(jí)、T級(jí)、L級(jí)、W級(jí)。其中，F(xiàn)級(jí)和T級(jí)(耐火等級(jí)、隔熱等級(jí))為標(biāo)定級(jí)別，即防火封堵系統(tǒng)必須達(dá)到的指標(biāo)。L級(jí)和W級(jí)為屬于可選級(jí)別。其中，對(duì)于耐火性能的檢測(cè)需參照NFPA 251《建筑結(jié)構(gòu)及材料的耐火測(cè)試》[18]和ASTM E119《建筑材料耐火測(cè)試》[19]。

ASTM E1966《建筑縫隙防火封堵材料耐火試驗(yàn)方法》[20]適用于建筑內(nèi)所有形式的縫隙，包括伸縮縫、沉降縫、抗震縫、機(jī)構(gòu)或構(gòu)件之間連接的縫隙等。該標(biāo)準(zhǔn)考慮了縫隙位移，在試驗(yàn)中引入了該項(xiàng)測(cè)試。

ASTM E2307《幕墻型防火封堵材料耐火試驗(yàn)方法》[21]適用于保護(hù)建筑幕墻防火封堵材料。該標(biāo)準(zhǔn)基于幕墻封堵的結(jié)構(gòu)形式，以水平防火封堵的耐火性能檢測(cè)為主，考慮構(gòu)件在破裂，強(qiáng)度下降等不利情況。

UL 1479《貫穿型防火封堵測(cè)試》與ASTM E814《貫穿型防火封堵材料耐火試驗(yàn)方法》內(nèi)容基本一致，目前已被澳大利亞、東南亞地區(qū)等國(guó)家認(rèn)可。

IEEEStd 634TM-2004《電纜貫穿防火封堵測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》[22]是從電纜設(shè)計(jì)的要求上，編制了此規(guī)范，內(nèi)容與UL 1479《貫穿型防火封堵測(cè)試》和ASTM E814《貫穿型防火封堵材料耐火試驗(yàn)方法》相似。

3.4 國(guó)內(nèi)外防火檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

國(guó)內(nèi)外在防火封堵檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)上存在較大差異，這一差異直接導(dǎo)致了防火封堵技術(shù)的差距。

(1)性能指標(biāo)的差異。除產(chǎn)品的材料理化性能和燃燒性能外，國(guó)內(nèi)主要檢測(cè)防火封堵材料的耐火性能，包括耐火隔熱性和耐火完整性。而國(guó)外的檢測(cè)指標(biāo)較多，除耐火性能(與國(guó)內(nèi)相同)外，還包括氣密性能、水沖特性和隔音性能等。由于防火封堵面向的是工程實(shí)際，在具體工程中，其性能要求也就并不完全一致。相比較之下，在結(jié)構(gòu)性能方面，國(guó)內(nèi)的指標(biāo)要求單一，不能反映出防火封堵系統(tǒng)組件的性能。

(2)送檢對(duì)象的差異。在送檢時(shí)，根據(jù)GB 23846-2009《防火封堵材料》的要求，國(guó)內(nèi)只需廠家提供防火封堵材料產(chǎn)品即可。在進(jìn)行耐火性能檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)將送檢的封堵材料填充至規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)試件(國(guó)內(nèi)認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)試件可以表明相關(guān)工況)。而國(guó)外的做法則是要求廠商必須針對(duì)具體工況，將防火封堵材料與能夠表明該工況或等效工況的系統(tǒng)組件同時(shí)送檢。

這種送檢對(duì)象的差異反映出國(guó)內(nèi)外對(duì)防火封堵認(rèn)識(shí)的差異。國(guó)內(nèi)只偏重于防火封堵產(chǎn)品的測(cè)試，防火封堵技術(shù)核心在于材料本身。對(duì)此，國(guó)外學(xué)者和專家認(rèn)為，單一的防火封堵材料本身不具有完整的性能評(píng)價(jià)意義，因?yàn)榉阑鸱舛碌男阅懿粌H與材料本身有關(guān)，也與封堵位置等因素有關(guān)。因此，評(píng)價(jià)的主體不是材料，而是組合的整體構(gòu)件。

4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

4.1 電氣防火封堵材料研究

材料作為防火封堵研究的基礎(chǔ)，一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。由于國(guó)外防火封堵技術(shù)應(yīng)用較早，新型材料的研制也比較深入。因此，國(guó)外防火封堵材料種類繁多且性能優(yōu)越。除了部分科研機(jī)構(gòu)外，國(guó)外先后成立了一批在生產(chǎn)防火封堵材料和配套解決方案方面擁有先進(jìn)技術(shù)的公司。如STI公司、3M公司和喜利得公司等。以盈利性質(zhì)為主導(dǎo)的公司加大了在新型防火封堵材料、實(shí)際工程解決方案上的研發(fā)投入，客觀上促進(jìn)了國(guó)外防火封堵技術(shù)的進(jìn)步。

以STI為例，其生產(chǎn)的防火封堵材料產(chǎn)品有30余種，均具有較高的耐火性和氣密性，同時(shí)符合環(huán)保要求。如應(yīng)用于通信電纜防火封堵的LC隔熱保溫防火密封膠，除必要的隔熱性、阻煙性外，還具有較強(qiáng)的隔音性。再比如FPS162防火涂層板，該材料多次拉伸不脆化，方便電纜二次穿越，節(jié)約材料。表2和圖5展示了STI防火封堵豐富的產(chǎn)品類型。

國(guó)內(nèi)防火封堵技術(shù)發(fā)展較晚，從上世紀(jì)70年代后期，才在工業(yè)供電中對(duì)電纜采取防火封堵措施。由于當(dāng)時(shí)缺乏相關(guān)技術(shù)，封堵材料主要依靠進(jìn)口。直到80年代中期，以天津、上海、四川消防研究為主導(dǎo)，牽頭帶動(dòng)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)廠商，以聯(lián)合開(kāi)發(fā)研制的形式，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)防火封堵材料的從無(wú)到有，從舊到新的轉(zhuǎn)變。

表2 STI防火封堵產(chǎn)品列表

圖5 STI部分防火封堵產(chǎn)品

上世紀(jì)80年代，上海消防研究所研制了我國(guó)第一代無(wú)機(jī)防火堵料。其主要成分包含二氧化硅、硅酸鹽水泥等，解決了發(fā)電廠廢渣綜合利用的問(wèn)題，同時(shí)滿足了電纜防火的需要[23]。上海消防研究所相繼研制了PFB防火包和YFD型有機(jī)防火堵料，均用于電纜貫穿孔口的防火封堵。前者能在高溫下膨脹凝固，從而阻火隔煙，后者具有較強(qiáng)可塑性，能防鼠咬。同時(shí)，有研究表明熱膨脹型防火封堵材料具有高效防火和對(duì)環(huán)境無(wú)污染的效能[24]?？底咏〉热搜兄屏诵滦头阑鹈芊饽z——硅酮密封膠。其在阻燃性、粘結(jié)性和使用壽命上有較大優(yōu)勢(shì)。其關(guān)鍵在于采用有機(jī)硅聚合物阻燃劑代替無(wú)機(jī)阻燃劑和鹵素系阻燃劑，在不影響粘性的情況下，具有較好的環(huán)保要求[25]。王新鋼研究了一種新型的泡沫封堵材料。將聚己二酸乙二醇酯二醇和聚氧化丙烯醚多元醇的混合物與聚合MDI作為雙組分均勻流體反應(yīng)得到新型泡沫封堵材料的基料。該材料有較好的柔韌性，可適應(yīng)各種部位[26]。楊佳慶對(duì)有機(jī)防火堵料的使用壽命做了相關(guān)研究。通過(guò)對(duì)樣品在良好、一般、惡劣環(huán)境下的耐火性能測(cè)試，得到了有機(jī)防火堵料在常見(jiàn)情況中的壽命，為有機(jī)堵料在電纜防火中的應(yīng)用提供了參數(shù)依據(jù)[27]。

4.2 電氣防火封堵工程方案研究

正如前文所講，防火封堵性能不只與材料有關(guān)，還與封堵位置等因素相關(guān)。因此，防火封堵施工工藝及方案選擇對(duì)于最終的防火封堵性能同樣重要，也是研究的重點(diǎn)之一。由于我國(guó)起步較晚，真正意識(shí)到防火封堵重要性，并從施工技術(shù)角度研究則是在上世紀(jì)90年代。

李翔忠在對(duì)國(guó)內(nèi)外電線電纜防火技術(shù)手段歸納總結(jié)中，介紹了國(guó)外采用防火堵料對(duì)電纜穿墻孔洞進(jìn)行封堵的方法，并指出該材料在高溫下凝固變硬，能使火災(zāi)控制在一定范圍。由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有防火封堵產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)，因此對(duì)其阻火機(jī)理缺少認(rèn)知[28]。在對(duì)電纜防火材料應(yīng)用研究中，對(duì)無(wú)機(jī)堵料施工流程提出建議，“先固定下端封板，再倒入無(wú)機(jī)堵料，待表面平整且略高于樓板后，撤掉封板”，指出該做法可保證堵料的填充均勻[29]。結(jié)合電纜“豎井”“水平井”防火封堵的工程實(shí)際，提出耐火枕和有機(jī)堵料配合使用的雙元封堵方案。該方案不僅能起到阻火隔煙效果，還兼顧了電纜散熱的需求[30]。有研究將電纜防火封堵劃分為電纜、電纜橋架和母線3種情況，根據(jù)每種工況特點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的防火封堵方案，如圖6[31]。

國(guó)外在電氣防火封堵領(lǐng)域研究較早，無(wú)論是對(duì)防火封堵的性能測(cè)試、防火封堵方案的類型選擇還是基于新工藝和新材料的防火封堵工程配套方案研發(fā)都開(kāi)展了許多工作。

1979年，A.J.Lacey結(jié)合早期的貫穿型防火封堵測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)陶瓷纖維板、泡沫封堵材料等進(jìn)行了性能測(cè)試。結(jié)果表明，耐火性能和水沖特性可以用來(lái)表述防火封堵組件的性能，同時(shí)證明了鋼固件緊固和填入有機(jī)硅的泡沫封堵材料的配合使用方案是可行的[32]。

圖6 不同形式電氣線路防火封堵方案

Soonil Nam等人對(duì)電纜貫穿孔口的防火封堵材料氣煙氣滲透量進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)估。試驗(yàn)分為冷煙測(cè)試、熱煙測(cè)試兩組。研究認(rèn)為ASTM E814中L評(píng)級(jí)分類不能完整的評(píng)判防火封堵材料的氣密性能。因?yàn)榇┻^(guò)孔口的煙氣一部分來(lái)自火災(zāi)中的煙氣傳播，還有一部分來(lái)自防火封堵材料自身熱解。據(jù)此，他建議對(duì)L評(píng)級(jí)進(jìn)行重新規(guī)定[33]。

V.J.Herter等人對(duì)硅膠泡沫有機(jī)封堵材料在電纜穿墻中的耐火性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)通過(guò)對(duì)多種尺寸電纜的貫穿形式進(jìn)行耐火試驗(yàn)，確定了該材料的防火封堵有效性[34]。K.Y.Au等人對(duì)耐高溫電纜防火封堵密封材料進(jìn)行了可靠性比較研究。在高溫環(huán)境下，封堵材料對(duì)基料的選擇應(yīng)側(cè)重其熱機(jī)械性能，在材料加工和組件安裝時(shí)應(yīng)特別注意是否有效結(jié)合，可以對(duì)此進(jìn)行評(píng)估，以確保魯棒性不降低[35]。

STI作為國(guó)際上防火封堵廠商的先進(jìn)代表，在方案解決上，配合自身生產(chǎn)的材料，針對(duì)不同工況，提出了2000余種的工程解決方案。

國(guó)外防火封堵理念認(rèn)為，防火封堵性能的影響因素較為復(fù)雜，因此，單一的防火封堵產(chǎn)品本身不具有完整的性能評(píng)價(jià)意義，必須結(jié)合具體工程、具體情況制訂有效的解決方案。也正是基于這一理念，無(wú)論從標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制訂，還是從企業(yè)提供產(chǎn)品——方案配套生產(chǎn)的模式來(lái)看，國(guó)外在防火封堵技術(shù)上的先進(jìn)性遠(yuǎn)超國(guó)內(nèi)發(fā)展。

5 結(jié)論

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)雖然在電氣防火封堵方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與國(guó)外相比，特別是美國(guó)，仍存在較大差距，主要有以下幾個(gè)方面：

(1)缺乏基礎(chǔ)研究。電氣防火封堵不是單獨(dú)地采用不燃材料堵住孔洞就可以，而是要有相應(yīng)的防火封堵效果。事實(shí)上，防火封堵效果與諸多因素相關(guān)，包括貫穿形式、孔口尺寸、貫穿率、電纜材料、被貫穿體材料與厚度等。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)尚缺乏相應(yīng)的試驗(yàn)研究，也沒(méi)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐配套的工程解決方案。

(2)以產(chǎn)品為導(dǎo)向的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)尚不能完全滿足實(shí)際工程需求。國(guó)內(nèi)防火封堵檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)注重對(duì)材料特性的測(cè)試，“一旦某防火封堵材料經(jīng)過(guò)形式認(rèn)可，便可直接應(yīng)用于各類工程”。而國(guó)外，防火封堵性能的檢測(cè)須以實(shí)際工況或等效工況下的性能參數(shù)為判定依據(jù)，其認(rèn)證結(jié)果僅適用于此工況。由于國(guó)內(nèi)外在防火封堵性能測(cè)試導(dǎo)向不同，間接地形成了防火封堵研究技術(shù)路線的差異，由此產(chǎn)生了國(guó)內(nèi)外在防火封堵材料研究領(lǐng)域的重要差異，值得深思。

(3)判定性能指標(biāo)較少。除必要的材料性能檢測(cè)外，基于工程應(yīng)用中防火封堵性能的考慮，國(guó)內(nèi)只有耐火性能(隔熱性和完整性)測(cè)試，而在部分對(duì)防煙、防沖擊性能有需求的情況中，難以判斷。國(guó)外選用的材料質(zhì)量指標(biāo)較多，包括耐火性能、密煙性能、水沖特性和隔聲性能。多元化的指標(biāo)更能符合不同功用建筑所需，客觀上也提高了對(duì)防火封堵新型材料的研究水平。

(4)缺少具體施工工藝標(biāo)準(zhǔn)。電氣防火封堵最終要落實(shí)到工程上，如果沒(méi)有完備的施工工藝，再好的產(chǎn)品和方案也不能發(fā)揮最大功效。缺少具體的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)不僅會(huì)對(duì)施工造成困擾，同時(shí)會(huì)對(duì)最終封堵性能的評(píng)價(jià)造成影響。

(5)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量有待提高，由于長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)電氣線路防火封堵措施缺乏重視。無(wú)論從規(guī)范引導(dǎo)，還是從市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)都處于較低層次，這也影響了國(guó)內(nèi)企業(yè)在該領(lǐng)域中研發(fā)投入不足，缺少新產(chǎn)品、新技術(shù)。