建筑用装饰装修材料防火性能调查研究

广 东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2013年 5 月第 5 期MAY 2013No5纵观我省特大火灾事故 （除森林火灾外 ），用火不慎 、电气使用问题引发的火灾约占半数以上 ，而使用易燃有毒的建筑材料是火势蔓延的主要途径 。 如果建设单位使用防火性能达标的建筑材料 ，减少室内可燃物 ，即使存在点火源也不会酿成伤亡惨重的特大火灾 。 随着装修材料在各类公共建筑和住宅建筑中使用量的剧增 ，我省市面上装修材料种类繁多 ，产品质量不一 ，材料性能参差不齐 ，生产商为了制造出外观漂亮 、使用方便 、性能优良的材料 ，在原材料中加入不同的化学物质 ，它们在燃烧过程中会释放出各种有毒气体 ；同时有机材料外表美观大方 ，可塑性强 ，使用的商家逐渐增多 ，尤其是人群密集的公共场所或者娱乐密集型场所 ，但未阻燃的有机建筑材料属易燃品 ，燃烧后也会释放大量有毒烟气 ，并形成蔓延渠道 ，从而酿造成火灾 。 大多数材料燃烧后都会产生 CO2、CO、C3H6，而绢 、羊毛 、聚氨酯 、C3H6等燃烧会产生毒性较大的 HCN，聚氯乙烯燃烧则会产生HCl， 因此易燃可燃装修材料一旦被引燃就会出现人员伤亡的情况 。因此 ，本项目首先阐述了目前的燃烧性能检测机理也即耗氧机理 ，同时采用英国引进的单体燃烧测试仪器 （基于耗氧机理 ）以及最新的建筑材料燃烧性能分级标准 ，对广东省现有的几大类装饰装修材料进行防火性能调查研究 ， 结果涉及我省上百个工程 ，覆盖面广 ；调查主要针对常用的几种室内装修材料 ，包括板材及墙面装饰材料 、地毯及常用地面装饰材料 、空调管道用保温材料 、临时建筑用夹芯板材等 。1 耗氧原理耗氧原理测试方法是基于一个简单的物理事实 ，即要产生热释放量 ，就得消耗一定量的氧气 。 对于燃烧产物为 CO2、H2O、HF、HCl、Br2、SO2和 N2的有机液体和气体燃料 ， 学者研究认为由于燃烧过程中能量的产生主要是断裂 C-C 键或者 C-H 键造成的 ，这些键具有相似的键能 ，因此尽管对于这类燃料 ，摩尔燃烧热存在很大的变化 ， 但消耗的每克氧气的燃烧热平均值均为 12.72kJ g，误差在 3%以内 。 对于天然燃料 ，如建筑中常用的木材 、纸张 、棉花等材料 ，消耗单位质量氧气产生的热释放平均值为 13.21kJ g，误差在 5.3%以内 ；对不完全燃烧 ，也存在相同结论 。对于大多数天然有机材料及塑料 、 橡胶等材料燃烧时消耗 1m3（标准状态下 ）氧气约放出 1.7MJ 的热量 ，或者说每消耗 1kg 氧气约放出 13.1103kJ 的热量 ，其测量精度在 5%以内 。 因此 ，通过精确测量某种物质燃烧产生的烟气流量及组分浓度 ，便可以求出其热建筑用装饰装修材料防火性能调查研究马烨红（广东省建筑科学研究院 广州510500）摘 要 ：对广东省现有的几大类装饰装修材料，包括板材及墙面材料、地毯及地面装饰材料、空调管道用保温材料、临时建筑用夹芯板分别进行燃烧性能试验，从而对各类材料的燃烧性能进行分级评定，并对其实际使用提出建议。关键词 ：耗氧机理； 燃烧性能分级； 装饰装修材料； 临时建筑用板材Research for the Fire Performance of Building Decoration MaterialsMa Yehong（Guangdong Provincial Academy of Building Research Guangzhou 510500，China）Abstract：Through the burning behavior testing of several decoration materials from Guangdong Province，including sheet metal and wallcoverings，carpets and floor decorative materials，air conditioning dusts with insulation materials，temporary buildings with sandwich panels，as-sessed the graded burning behavior of the materials. Meanwhile，it gives some recommendations for actual using of various decoration materialsthat mentioned.Keywords：Oxygen mechanism； burning behavior； decoration materials； plate of temporary buildings49表 1 板材及墙面材料的燃烧性能级别试验结果样品名称燃烧增长速率指数（FIGRA）（W s）总热释放量（THR600s）（MJ）烟气生成速率指数（SMOGRA）（m2s2）总产烟量（TSP600s）（m2）合格级别难燃胶合板 31166 2.68.5 05 332 B、C石膏板 04 0.61.3 0 034 B、C高压装饰耐火板 85 2.0 4 32 B阻燃板 151 11 0 22 C墙纸 35146 1.82.6 077 2964 B、C木质吸音板 28 2.4 0 15 B软包 163 2 19 43 C注 ） 燃烧长度 FS=2045mm；火焰横向蔓延长 （LFS）、燃烧滴落物 微粒均符合要求 。马烨红 ： 建筑用装饰装修材料防火性能调查研究 MAY 2013 No52013 年 5 月 第 5 期释放速率 ，这种方法被称为耗氧原理量热法 ，现在已经广泛地应用于建筑火灾测试中 。我国新分级标准的主要实验 SBI 单体燃烧试验（即 EN13823 SBI）是以该耗氧原理为基础的建筑材料燃烧性能测试方法 ，主要遵循以下简化假设 ：完全燃烧时每消耗单位质量氧气释放的热量为常数 ，E=13.1MJ kg；所有气体都是理想气体 ；流入系统的空气包括 O2、CO2、H2O 和 N2，流出系统的气体包括 O2、CO2、CO、H2O 和 N2， 其中 N2在此实验条件下不参与燃烧反应 ，其他所有不参加燃烧反应的惰性气体都被当作 N2；O2、CO2、CO 都在干性基础上测量1。 热释放速率 （kW）采用下式计算 ：HRR 总 （t）=EV298（t）xa-o2f （t）1+0.105f （t）式中 ：HRR总（t）为试样和燃烧器总热释放速率 ，kW；E 为温度为 298K 时单位体积耗氧的热释放量 ，E=1.72104kJ m3；V298（t）为排烟系统的体积流速 ，m3s，标准条件温度设为 298K；xa-o2为氧气 （含水蒸气 ）在环境温度的摩尔分数 ；f （t）为耗氧系数 ，用下式计算 ：f （t）=xo21-xco2（t）-xo2（t）（1-xco2）xo21-xco2（t）-xo2（t）式中 ：xo2（t）为氧气的摩尔分数 ；xo2（t）为 30s90s 氧气的摩尔分数平均值 ；xco2（t）为 CO2的摩尔分数 ；xco2（t）为 30s90s 二氧化碳的摩尔分数平均值 。 xa-o2的计算公式如下 ：xa-o2=xo21-H100Pexp（23.2-3816T-46）式中 ：H为相对湿度 （%）；P 为环境大气压 （Pa）；T 为综合测量区的温度 （K）。 因此 ，SBI 单体燃烧仪器主要通过综合测量区的对烟气的采集 ，通过烟气中的氧浓度 、CO2浓度和管道内气体流速 ，便能通过以上公式测试出燃烧的热释放速率 ，经过计算即可得到主要参数即燃烧增长速率 。2 试验评价方法新标准 GB 8624-2006 建筑材料及制品燃烧性能分级 对建筑材料的评级要求 ，包含的材料燃烧特性参数更全 、试验的燃烧模型与火灾更接近 、试验中材料安装状态和工程应用实际更符合 。 目前建筑材料燃烧性能的评定按照 GB 8624-2006 进行 ，该标准适用于各类工业与民用建筑中所使用各种建筑材料 。依据该标准规定 ，建筑材料的燃烧性能分为 A1、A2、B、C、D、E 和 F （铺地材料 Alf1、A2f1、Bf1、Cf1、Df1、Ef1 和 Ff1）七个级别 。 A1、A2（Alf1、A2f1）级属于不燃材料 ，B、C（Bf1、Cf1）级属于难燃材料 ，D、E（Df1、Ef1）级属于可燃材料 ，F（Ff1）级属于易燃材料 。该标准涉及到的试验主要有单体燃烧试验 、不燃性试验 、可燃性试验以及氧弹量热仪 ，评价指标主要有燃烧增长速率指数 、总热释放量 、蔓延长度等 ，燃烧增长速率指数是基于 “耗氧原理 ”计算所得 ，也是燃烧分级的最重要评价参数 。 最新分级标准 （GB8624-2002）建筑材料及制品燃烧性能分级 也即将执行 。3 试验结果及讨论3.1 板材及墙面材料试验选取了多组有代表性的难燃胶合板 、石膏板 、墙纸 、吸音板等装饰材料进行分级试验 ，具体结果见表 1。 可见 ，难燃胶合板 、石膏板 、墙纸 、吸音板等材料的燃烧性能主要分布在 B、C级 ，属于难燃材料类 ，按 GB 50222-95建筑内部装修设计防火规范 （2001 年版 ）要求 ，可以应用在公共 、民用建筑及工业厂房的墙面 、屋面等部位 。3.2 地毯及地面装饰试验选取了多组有代表性的地毯及地面装饰材料进行试验 ， 试验材料包括多种高分子地毯 、复合地毯及木地毯 ，具体结果见表 2。可见 ， 地毯及地面装饰材料的燃烧性能等级主要分布在 BflDfl，属于难燃材料 、可燃材料范畴 。 按照 GB50222-95 建筑内部装修设计防火规范 （2001 年版 ）要求 ，绝大部分建筑强调地面材料用 B1 级及以上材料 ， 因此建议地毯及地面装饰类材料应采用难燃等级的材料 ，尽量避免用可燃材料 。3.3 空调管道用保温材料公共场所以及部分民用50表 3 橡塑保温材料及酚醛复合板燃烧性能检测结果样品名称工程部位燃烧增长速率指数FIGRA（W s）总热释放量THR600s（MJ）烟气生成速率指数SMOGRA（m2s2）总产烟量TSP600s（m2）合格级别橡塑保温材料橡塑海绵板材室内空调 355 3.0 551 141 D室内空调 216 2.1 281 75 C橡塑海绵 室内空调 669 3.8 493 199 D酚醛复合风管芯材 - 45 2.1 0 27 B钢面型酚醛复合风管板材空调系统14 1.1 0 14A22 0.5 0 21复合酚醛泡沫保温板 空调风管 10 0.9 0 5 A2注 ） 燃烧长度 FS=1570mm；火焰横向蔓延长 （LFS）、燃烧滴落物 微粒均符合要求 。表 2 地毯及地面材料的燃烧性能等级试验结果序号样品临界辐射通量（CHF）（kW m2）燃烧长度（FS）（mm）合格级别1 尼龙拼块地毯 5.7 20 Cfl2 方块地毯 4.9 20 Cfl3 地毯地毯6.9 25 Cfl4 4.2 25 Dfl5 塑胶地板 10.2 30 Bfl6 地毯 6.5 30 Cfl7 尼龙地毯 6.1 35 Cfl8 LG PVC 复合地板 8.2 30 Bfl9 TOLI 方块地毯 3.4 75 Dfl10 满铺簇绒地毯 7.1 - Cfl11 浸渍纸层压木质地板 7.6 20 Cfl12 木板 3.9 30 Dfl13 TOLI 方块地毯 8.1 30 Bfl14 簇绒丙纶地毯 5.8 30 Cfl15 PVC 同质透心安全地板 7.3 65 Cfl16 地毯地毯4.8 30 Cfl17 5.5 30 Cfl18 PVC 地毯 9.6 25 Bfl19 尼龙方块地毯 5.0 25 Cfl广东土木与建筑 MAY 2013 No52013 年 5 月 第 5 期住宅楼的空调管道需要进行保温 ，一般可采用的保温材料有较多可选择的种类 ，主要有岩棉 、玻璃棉 、橡塑保温棉及酚醛复合板等 ；其中岩棉 、玻璃棉造价高 、容易定型 ，但具有不燃性等优点 ；橡塑保温棉及酚醛复合板属于有机材料 ，保温效果好 ，目前使用较多 ，其中橡塑保温材料具有柔软 、耐屈绕 、耐寒 、耐热 、导热系数低等优点3，但其燃烧性能较差 ，因此本试验选取多组有代表性的橡塑保温棉及钢面型酚醛复合板进行试验 ，具体结果见表 3。由表 3 可见 ， 橡塑保温棉板的燃烧性能一般为B、C、D 级 ，属于难燃材料 、可燃材料范畴 ；钢面型酚醛复合风管板为 A2、B 级 ，属于不燃材料 、难燃材料范畴 。从技术角度而言 ，橡塑保温棉及酚醛复合风管属于难燃材料 、不燃材料范畴 ，若有点火源 ，此类材料不会引起火灾的蔓延 ， 但酚醛复合风管的阻燃性能较好 ，建议多采用酚醛复合风管 。3.4 临时建筑用夹芯板临时建筑用夹芯板材 ，2012年市面上较多采用彩钢夹芯聚苯乙烯复合板 ， 即双面为彩钢板 ，中间为聚苯乙烯保温板 ，其中聚苯乙烯保温板分阻燃和未阻燃型 ；经 “三打两建 ”后 ，今年市面上逐渐出现玻璃棉夹芯板材为临时建筑用板材 。此次该组调查针对本市的多个工程现场的临时建筑用夹芯板材进行抽检 ，具体结果见表 4，可见该批试验中多组夹芯板材中的聚苯乙烯泡沫板为非阻燃板材 ，导致夹芯板材在燃烧过程中发生坍塌 ，燃烧增长速率指数非常大 ，达到 1000W s 以上 ，烟气释放量大 ，燃烧滴落物滴落后仍然继续燃烧 ，属于 E 级 ，为极其易燃的材料 ； 实验中若采用双面彩钢玻璃棉复合板 ， 燃烧增长速率相比聚苯板夹芯板材有较大的下降 ，但是部分仍未达到 A2 级 （不燃材料 ）的要求 。依据 GB 50720-2011施工现场消防安全技术规范 中 4.2.1 宿舍 、办公用房的防火设计的要求 ，即临时建筑应符合建筑构件的燃烧性能 A 级的要求 ；当采用金属芯材板材时 ， 其芯材的燃烧性能等级应为 A 级 ，即不燃级别 。 因此依据该规范要求 ，建筑宿舍 、办公用临时活动板房应用 A 级材料 ，而此次抽检结果表明若用聚苯夹芯的金属板材基本为易燃材料 ，若用玻璃棉作为夹芯的板材板部分未达到 A 级要求 （不燃材料 ），因此建议应采用能达到 A 级材料的保温材料做临时建筑用夹芯板材 ，并应从管理上加强监督管理 ， 加大抽检力度 ，从而保证临时建筑防火安全 。4 结论4.1 燃烧增长指数是评价建筑材料燃烧性能的重要参数 ， 该参数基于“耗氧原理 ”计算所得 。4.2 试验选取多组有代表性的难燃胶合板 、石膏板 、墙纸 、吸音板等装饰材料进行燃烧性能检测 ， 其燃烧增长指数较低 ，综合其他参数数值 ，发现其为51表 4 临时建筑用夹芯板材燃烧性能检测结果样品名称THR600s（MJ）FS（mm）热值 （MJ kg）SMOGRA（m2s2）TSP600s（m2）级别内部 外部 整体彩钢聚苯乙烯 （EPS）复合夹芯板 28.8 10 - - - 135 375 E 级合格金属面聚苯乙烯夹芯板 14.7 15 - - - 202 266 E 级合格双面彩钢聚苯乙烯 （EPS）复合夹芯板 16.5 15 - - - 147 247 E 级合格玻璃棉夹芯板 12.5 - 38.3 0 3.1 144 368 A2 级不合格双面彩钢玻璃棉复合夹芯板 9.9 - 38.2 0 2.9 125 236 A2 级不合格玻璃棉板 0.9 - 2.7 0 1.0 0 11 A2 级合格玻璃棉夹芯板 12.1 - 39.6 0 3.4 140 238 A2 级不合格玻璃丝棉板 16.2 - 38.9 0 3.1 219 311 A2 级不合格离心玻璃棉板 1.1 - 2.8 0 1.0 0 11 A2 级合格FIGRA（W s）15251328131754350806507090注 ） 火焰横向蔓延长 （LFS）、燃烧滴落物 微粒均符合要求 。马烨红 ： 建筑用装饰装修材料防火性能调查研究 MAY 2013 No52013 年 5 月 第 5 期5555555555555555555555555555555555555555B、C 级 ，属于难燃材料范畴 ，符合设计要求 ，可以应用在公共 、民用建筑及工业厂房的墙面 、屋面等部位 。4.3 试验选取多组有代表性的高分子地毯 、复合地毯及木地毯等材料进行燃烧性能检测 ，其热辐射通量高 ，属于难燃材料 、可燃材料范畴 。 实际应用中应避免使用可燃性地毯进行铺贴 ，建议选用难燃材料类的材料进行铺贴 。4.4 试验选取多组空调保温用橡塑保温棉及酚醛复合板 ，发现橡塑保温棉板的燃烧性能一般为 B、C、D 级 ，属于难燃材料 、可燃材料范畴 ；钢面型酚醛复合风管板为 A2、B 级 ，属于不燃材料 、难燃材料范畴 。4.5 对临时建筑用金属板材进行检测 ，发现若用聚苯夹芯的金属板材基本为易燃材料 ， 若用玻璃棉作为夹芯的板材板材部分未达到 A 级要求 （不燃材料 ）， 因此建议采用能达到 A 级材料的