常用裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性分析

鄔玉龍，曾洪平，高世杰，蔡永榮，梁鈺煒

（1.廣州市建筑材料工業(yè)研究所有限公司，廣東 廣州 510663；2.廣東省材料與構(gòu)件防火檢測技術(shù)企業(yè)重點實驗室，廣東 廣州 510663；3.廣州市建筑材料工業(yè)研究所有限公司清遠(yuǎn)分公司，廣東 清遠(yuǎn) 511533）

0 引言

常用裝飾板材在火災(zāi)高溫的情況下，會發(fā)生熱分解，產(chǎn)生氣體，在遇空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)的情況下快速燃燒，產(chǎn)生大量的毒性和煙氣。火災(zāi)煙氣和毒性的成分復(fù)雜、濃度高，還會隨著時間和燃燒情況而不斷變化。但是，由于裝飾板材的燃點不同，所產(chǎn)生的煙氣和毒性也不盡相同，裝飾板材在室內(nèi)燃燒過程中，受空氣流通不暢、缺氧室內(nèi)的裝飾板材不會全部燃燒，因此會產(chǎn)生很多種不同的生成物。裝飾板材作為常用的建筑裝飾材料，主要有兩種燃燒形式，分別是明火引燃和高溫輻射下自燃。

1 火災(zāi)與裝飾板材

雖然現(xiàn)代建筑物體都比較堅固，但大部分的陳設(shè)和裝飾都以板材為主，裝飾會使用到大量的實木板、膠合板和阻燃板，使得大量的可燃物用在了我們的裝修上，大大增加了火災(zāi)安全隱患。以上這些裝飾板材在發(fā)生火災(zāi)的情況下會散發(fā)出大量的一氧化碳（表1）、氰化氫、苯等的毒氣，這樣的環(huán)境下，死亡往往不是被火燒，而是被毒氣煙熏引起窒息或中毒導(dǎo)致的。

表1 一氧化碳的毒性

建筑物體內(nèi)各種上下貫通的樓梯口、管道豎井、電梯井就好比一座高聳的煙囪，內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)后所產(chǎn)生的煙氣和毒氣的擴(kuò)散方向是向上的，遇頂棚又會折向水平方向，再沿著墻壁上下運動，一旦到達(dá)屋頂、門窗會迅速向外蔓延。有研究表明：裝飾板材煙氣及毒性的水平方向流動速度為0.3～0.8m/s，垂直方向為2～4m/s。這也就是說，裝飾板材的煙氣和毒性在無任何阻擋的情況下，對一座高百米的建筑物體僅僅需要2～2.5min其火勢就會從一端蔓延至另一端，垂直方向下不到1min就會蔓延至幾十層，而人們的疏散方向由于是與煙氣和毒氣的蔓延方向是呈現(xiàn)相反的，但煙氣及毒性的傳播速度則是人逃生速度的4～8倍。所以，當(dāng)建筑物體內(nèi)發(fā)生火災(zāi)的時候，人員的疏散是十分困難的，加上樓梯狹窄，人們在慌亂之中更容易造成踩踏、擁擠的現(xiàn)象[1]。

所以，在裝飾板材被大量使用的今天，消除建筑物體內(nèi)的火災(zāi)隱患，保證人們的生命及財產(chǎn)安全的途徑之一就是要加大對常用裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性分析。

2 實驗裝置與方法

2.1 實驗?zāi)康?/h3>

就目前的情況來看，國內(nèi)有很多裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性分析方法，比如常見的NBS煙箱測試法，但由于所測試樣的厚度和距離中心的改變會造成裝飾板材燃燒狀態(tài)的改變，具有很大的不確定性，難以保證數(shù)據(jù)的可靠性。為避免以上問題的產(chǎn)生，文章采取火災(zāi)煙氣毒性危險性評價動物試驗裝置，在不同燃燒情況下對阻燃板、普通膠合板、實木板三種常見的裝飾板材進(jìn)行試驗，分析溫度和進(jìn)氣速率對裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性的影響。

2.2 試驗裝置

常用裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性危險性評價動物試驗裝置（圖1），該試驗裝置主要由環(huán)形爐、溫控系統(tǒng)、位移動系統(tǒng)、石英管、石英試驗舟、載氣、稀釋氣供氣系統(tǒng)、煙氣稀釋配給組件等的部分組成，可以使裝飾板材在某種特定條件下燃燒，得出燃燒產(chǎn)物數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行分析。

圖1 裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性分析試驗裝置

2.3 裝飾板材產(chǎn)煙流程

（1）將裝飾板材根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求制作成符合試驗的試樣，將試樣放入石英試樣舟內(nèi)，開啟循環(huán)加熱爐，待其溫度穩(wěn)定后，勻速移動環(huán)形爐掃描試樣對其進(jìn)行加熱，試樣在充分受熱的情況下回慢慢產(chǎn)生煙氣和毒性，煙氣和毒性同載氣混合，在經(jīng)過稀釋和一定的比例進(jìn)行混合與調(diào)配之后送入小白鼠試驗箱內(nèi)。

（2）試驗中，通過嚴(yán)格控制載氣和稀釋氣的流量掌控試樣煙氣和毒性的濃度，并在試驗過程中能持續(xù)且穩(wěn)定的提供試樣的煙氣和毒性，便于對小白鼠的染毒情況進(jìn)行試驗[2]。試驗使用的裝置根據(jù)小白鼠吸入的煙氣和毒性進(jìn)行專門的設(shè)計，分別由暴露箱、小鼠轉(zhuǎn)籠、小鼠運動記錄儀和排煙管等組成，試驗裝置中的煙氣和毒性從暴露箱下部進(jìn)入，上部排出。

（3）小鼠運動記錄儀主要用來記錄小白鼠在試驗過程中每個時間的行為變化。

裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性計算按照下列公式計算。

式中：C——裝飾板材產(chǎn)煙濃度，mg/L；V——環(huán)形爐移動速率，mm/min；M——試樣質(zhì)量，mg；F——煙氣流量，載氣流量F1與稀釋氣流量F2之和；F=F1+F2，L/min；L——試樣長度，mm。

2.4 試驗動物和毒性試驗

試驗動物和毒性試驗使用的小白鼠必須滿足以下3點要求。

（1）一級試驗小白鼠要求。

（2）試驗過程中暴露在火災(zāi)煙氣及毒性中的小白鼠時間應(yīng)為30min。

（3）試驗完畢后觀察3d。

筆者采用的常用裝飾板材的火災(zāi)煙氣即毒性，根據(jù)《材料產(chǎn)煙毒性危險分級》（GB/T 20285—2006），判斷裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性所屬級別，確定方法如下：以常用裝飾板材在燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣和毒性為試驗依據(jù)，按照小白鼠在試驗箱內(nèi)30min不死亡和染毒后3d內(nèi)體重恢復(fù)情況確認(rèn)試驗過程中所需的煙氣和毒性量[3]。

3 試驗材料及方法

選取市場中常見的3類9種裝飾板材先進(jìn)行GB 8624—2012的燃燒性能等級試驗，測得具體的燃燒性能等級后再進(jìn)行毒性試驗，接著再將9種裝飾板材制作成試樣后放置在溫度為（23±2）℃、濕度為（50±5）%的調(diào)節(jié)室內(nèi)調(diào)節(jié)，后進(jìn)行試驗，本次試驗的小白鼠為某醫(yī)學(xué)動物試驗中心提供的生命周期為5~8周的小白鼠，體質(zhì)量為（21±3）g，雌雄各1/2。試驗開始前，將小白鼠進(jìn)行不得少于2d的喂養(yǎng)，直至小白鼠的體質(zhì)量有明顯的增加趨勢。

為了確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，試驗過程選擇相同的參數(shù)進(jìn)行，以此保證最終的裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性試驗中小白鼠處于相同的煙氣濃度環(huán)境中。

將環(huán)形爐加熱至700℃，煙氣流量F=9L/min，環(huán)形爐移動速率V=10mm/min、試樣長度L=400mm，選取F1=5L/min，F(xiàn)2=4L/min，調(diào)節(jié)載氣至相同位置，火災(zāi)煙氣及毒性試驗時間為30min，每一次試驗中分別對8只雌雄各半的小白鼠進(jìn)行試驗[4]。

試驗開始前將環(huán)型爐調(diào)節(jié)至初始位置，設(shè)置加熱溫度，讓環(huán)形爐升溫達(dá)到設(shè)定的溫度并保持穩(wěn)定，試驗前5min分別將8只雌雄各半的小白鼠稱重，裝入小鼠轉(zhuǎn)籠內(nèi)，放置于染毒箱的支架上，蓋上蓋子，調(diào)節(jié)稀釋氣體流量至設(shè)定值，待環(huán)形爐溫度穩(wěn)定后，將載有試樣的石英舟放置在環(huán)形爐內(nèi)，啟動環(huán)形爐，讓環(huán)形爐保持一定的速率且勻速移動，在對試樣掃描和加熱的過程中，試樣慢慢產(chǎn)生煙氣和毒性，當(dāng)煙氣和毒性進(jìn)入放有小白鼠的染毒箱時，開始計時，染毒時間為30min，實驗過程中觀察小白鼠的行為變化，并詳細(xì)記錄出現(xiàn)各種現(xiàn)象的時間，試驗結(jié)束后1h內(nèi)觀察每一只小白鼠的實際行動能力，并在此后的3d內(nèi)連續(xù)觀察小白鼠各項情況，詳細(xì)記錄小白鼠的體重變化。

4 試驗結(jié)果

根據(jù)對9種常用裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性進(jìn)行的小白鼠染毒試驗，獲得了試驗過程中30min內(nèi)小白鼠的行為和體重變化的情況，試驗結(jié)束后小白鼠的體量 變化如表2所示。

表2 常用裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性試驗結(jié)束后小白鼠體質(zhì)量變化情況

從表2中可以看出：小白鼠在火災(zāi)煙氣及毒性染毒后第一天除了序號1有5只小鼠死亡，判定為不合格，其余序號的小白鼠體重變化情況較大；染毒后第二天的小鼠除了序號2、序號3和序號4體重未恢復(fù)，其余序號的小鼠體重基本恢復(fù)到試驗前體重；染毒后第三天的小白鼠體重序號2未恢復(fù)，判定為不合格，其余序號小鼠體重超過試驗前重量。根據(jù)表2可知3類裝飾板材的燃燒毒性從大到小依次為阻燃板、普通膠合板、實木板。

根據(jù)GB/T 20285—2006判定出以上9種常用板材火災(zāi)煙氣及毒性級別，判定結(jié)果如表3所示。

表3 常用9種板材火災(zāi)煙氣及毒性級別判定結(jié)果

5 結(jié)語

上文通過對9種不同的常用裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性試驗分析得出：其中有2種裝飾板材達(dá)不到ZA3級別，比例為22.2%，但阻燃板的比例高達(dá)66.7%。由此可見，市場中售賣的裝飾板材質(zhì)量不容樂觀，特別是符合國家越來越嚴(yán)消防要求的阻燃板，為使裝飾板材向著更加環(huán)保合無毒的方向發(fā)展，筆者提出以下5點建議。

（1）將常用裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性的實驗列入強(qiáng)制檢測項目中，明確裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性的試驗的重要性，確保市面上出售的板材其質(zhì)量都可以達(dá)到GB 8624—2012國家標(biāo)準(zhǔn)要求，為保證人們的身體健康和市場監(jiān)管提供重要理論依據(jù)和科學(xué)支撐。

（2）參考和借鑒國外先進(jìn)的常用裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性試驗方法，比如傅里葉紅外（FIRST）分析法定量評價產(chǎn)煙毒性，并能根據(jù)工程項目的實際情況，制定出更加科學(xué)合理的試驗方法，將煙氣及毒性的試驗逐漸上升至由小白鼠到煙氣量化分析與成分分析，提高試驗效率和精度，降低試驗成本，減少對小白鼠的傷害。

（3）《建筑材料及制品燃燒性能分級》（GB 8624—2012）中未能將市場中常見的板材火災(zāi)煙氣及毒性試驗列入強(qiáng)制試驗項目中，且缺乏強(qiáng)制試驗的依據(jù)。

（4）目前用于常用板材火災(zāi)煙氣及毒性試驗需要采用小白鼠染毒試驗進(jìn)行定性分析，為保證試驗結(jié)果的可靠性需要多次反復(fù)的實驗，實驗成本較高，為降低試驗成本，并能保證試驗結(jié)果的可靠性，還應(yīng)加大對常用裝飾板材火災(zāi)煙氣及毒性的分析[5]。

（5）加大市場監(jiān)管，逐步規(guī)范市場秩序，保證裝飾板材質(zhì)量，激發(fā)行業(yè)潛力，促進(jìn)裝飾板材健康與可持續(xù)發(fā)展，生產(chǎn)出性能更好、毒性更小的裝飾板材，為建筑行業(yè)的發(fā)展和自然環(huán)境保護(hù)做出更多的貢獻(xiàn)。