表面防火處理對建筑材料燃燒性能的影響

黃晟

（江西省工程消防技術研究中心，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)火災的概率，從而確保建筑內人事物的整體安全。若要實現(xiàn)上述目標，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)開展有關試驗，圍繞過程及結果作如下報告[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，設置在墻體中的膠合板材料被認為是最容易遇火、預熱燃燒的材料，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干之后（模擬建筑材料在建筑工程中的應用過程），使用明火對樣品加熱。③在試驗開展初始階段的2 min 內，不點火。該階段的主要目標是，對樣品所處自然環(huán)境進行觀察、記錄，包括當時的環(huán)境溫度、濕度、風力強度、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，可適當縮短或延長，誤差按制在±5 s 內即可），實驗人員需要點燃燃燒設備，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熱釋放速率已經(jīng)穩(wěn)定，則應使明火與樣品接觸，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 層結構，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是聚乙烯，耐火溫度達到1 580～1 770 ℃，常溫環(huán)境下的導熱系數(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)；每次的涂刷劑量標準為，每次涂刷所形成的涂層厚度應該按制在0.7 mm 以下，且必須確保涂層自然風干后，方可進行第二次涂刷。流程如圖1 所示。

圖1 兩次涂刷流程

為確保涂刷處理質量，在涂刷過程中應該注意：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加水稀釋并攪拌均勻；其三，所有施工用具在使用前都應得到良好清潔，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干等待期內，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，否則會導致防火涂料涂層的整體質量下降；達到預定風干時間后，試驗人員還應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，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，務必確保樣品表面與鋁箔表面不存在任何接縫。在此基礎上，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 試驗所用儀器設備

本次試驗使用的設備如下：

（1） 無錫滕川儀器設備有限公司生產(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。內箱材質為SUS304 不銹鋼拉絲板，全箱設有福馬輪、照明玻璃視窗1 套，試品架2 個，標準測試孔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閉機制的杠桿，可以實現(xiàn)自動定位）；輸入流量按制技術為日本的kofloc 質量流量計，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速度變化頻率不得超過每秒5 mg。

（4） 用于記錄時間的設備為精密計時器，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果分析

2.1 膠合板兩組對照試驗結果

根據(jù)表1 所示結果可知，在燃燒準備工作、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果

2.2 聚苯乙烯板兩組對照試驗結果

根據(jù)表2 所示結果可知，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果

2.3 黑色橡塑保溫材料兩組對照試驗結果

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 結論

通過上述結果可知，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，在實際應用時，有助于大幅度降低火災事故發(fā)生率，故要求建筑工程相關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。