建筑材料和制品燃燒性試驗(yàn)規(guī)范對保證建筑物內(nèi)人的生命安全和財產(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)往往會導(dǎo)致人員傷亡和財產(chǎn)損失，才迫使人們不得不制定相應(yīng)的規(guī)范和測試方法來解決建材及制品的燃燒性能問題。當(dāng)今的測試方法很多，范圍也非常廣泛，測試樣品從粉末狀到全尺寸火災(zāi)試驗(yàn)不等。測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，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)條件下的測試結(jié)果不相符，因此，不得不對某些有特殊要求的材料或制品的測試方法進(jìn)行修改或替換。
ZY6162-5K電絕緣試驗(yàn)裝置
目前，對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來表征。20世紀(jì)70年代，國際上對材料燃燒性試驗(yàn)結(jié)果的比較，都是根據(jù)不同試驗(yàn)方法對材料進(jìn)行的分級判定，這無異于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，其試驗(yàn)結(jié)果間幾乎無可比性。筆者對目前國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 美國建筑材料和制品的燃燒性要求美國國際建筑規(guī)范(International Building Code)及其他建筑規(guī)范、國家防火保護(hù)協(xié)會(National Fire Protection Association, NFPA)101(NFPA 101)-生命安全規(guī)范等均對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，為公眾接受的判定標(biāo)準(zhǔn)和分級方法一般都參照國際建筑規(guī)范中的規(guī)定，該規(guī)范也是美國主要的建筑規(guī)范。上述規(guī)范均要求測試建筑材料的燃燒性和火焰?zhèn)鞑ヌ匦裕鼈兊臏y試方法分別對應(yīng)ASTM E136(燃燒性)和ASTM E84(火焰?zhèn)鞑?，其中ASTM E84還對可見煙的特征作了規(guī)定。
1.1 燃燒性試驗(yàn)方法
美國對不燃材料進(jìn)行分級的試驗(yàn)方法是ASTM E136，該方法測試材料在750℃的垂直管狀爐的熱行為。試驗(yàn)前對樣品進(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)定需對每個材料或制品4個樣品進(jìn)行測量，其中的3個樣品通過試驗(yàn)，即可判定材料為不燃材料。具體判定要求為：如果測試樣品的重量損失不大于50％，在試驗(yàn)開始后的前30s內(nèi)，首先樣品表面和內(nèi)部的溫升不超過30℃，其次樣品不燃燒；如果測試樣品的重量損失大于50％，則材料的溫度不超過試驗(yàn)前測得的材料達(dá)到穩(wěn)定時溫度，且整個試驗(yàn)過程中樣品不燃燒。
ASTM E136標(biāo)準(zhǔn)的注釋部分對該標(biāo)準(zhǔn)的測試方法和原理作了說明。Carpenter等指出，ASTM E136有一個重要的缺陷，那就是不能定量地測量材料的熱釋放率或燃燒性，只是定性地給出一個通過/不通過的試驗(yàn)結(jié)果。盡管如此，ASTM E136也是一個非常嚴(yán)格的試驗(yàn)，測試材料中即使只含有少量的可燃成份都常常會導(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不燃性試驗(yàn)。
此外，對可燃材料進(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)計提供定量的數(shù)據(jù)支持。為了對那些低燃燒性的材料進(jìn)行分級，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得的總熱量與其在750℃的爐子中放置2小時以后的測得燃燒熱值之間的差。
在NFPA 101生命安全規(guī)范中，該測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)，但他們同時指出，由該方法產(chǎn)生的分級系統(tǒng)可能會打亂現(xiàn)存的材料的分級體系。
1.2 內(nèi)裝飾材料的燃燒性試驗(yàn)
北美對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1.35 m的火焰作為燃燒源，來觀察材料表面的火焰?zhèn)鞑ヌ匦院腿紵^程的煙密度。根據(jù)所觀察的火焰?zhèn)鞑?，通過計算火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x–時間曲線下的面積得到相對無因次火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)(Flame Spread Index，F(xiàn)SI)，為了便于計算，假定火焰前端不會后退。相對煙密度指數(shù)(Smoke Developed Index，SDI)是通過計算煙密度-時間曲線下的面積得到的，計算時，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來計算火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)和煙密度指數(shù)，目前仍采用火焰到達(dá)橡木板末端的時間來校準(zhǔn)設(shè)備，但不用來計算火焰?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試方法中最具爭議的地方。ASTM E84標(biāo)準(zhǔn)的附錄對樣品的安裝方法作了說明。
Tewarson等認(rèn)為E84的局限性與E648類似，即很難評價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對試驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生影響。為了便于產(chǎn)品的研究和開發(fā)，人們常常采用其他的試驗(yàn)方法來對ASTM E84進(jìn)行校準(zhǔn)。
根據(jù)ASTM E84的FSI測試結(jié)果，將內(nèi)裝飾材料分為3個等級：A級或Ⅰ級要求FSI值不大于25；B級或Ⅱ級要求FSI值在26~75之間；C級或Ⅱ級要求FSI值在76~200之間。
如果材料的FSI值超過了Ⅲ級的上限值，則判定材料不達(dá)等級，該材料就不能在對材料燃燒性能有一定要求的場所使用。以上3個等級的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的論文以及美國森林和紙業(yè)協(xié)會(American Forest＆Paper Association)，Underwriters＇Laboratory, Underwriters＇Laboratory Canada和Intertek的出版物中查到。
對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)過阻燃涂層處理對材料火焰?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，除非原來的基底材料的分級本身就非常低。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的醇酸樹脂涂料、乳膠漆或纖維墻紙時，它們的FSI變?yōu)?5。然而，當(dāng)在FSI分級為150的木材以及FSI分級為25石膏墻板表面涂覆一層1.3mm的醇酸樹脂涂料或乳膠漆或纖維墻紙時，是不會改變材料的分級的。
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