活动板房全尺寸火灾实验研究

包光宏,卢国建,王 炯

(公安部四川消防研究所,四川都江堰,611830)

活动板房全尺寸火灾实验研究

包光宏,卢国建,王 炯

(公安部四川消防研究所,四川都江堰,611830)

通过两次板房火灾试验,分析探讨板房的屋面材料和墙板材料的选用、室内可燃物的控制、板房之间的间距、板房之间设防火隔板以及板房的整体结构耐火等问题。得出:(1)板房的屋面材料建议选用:单层彩钢板+阻燃EPS泡沫板+石膏板吊顶。(2)板房中相邻房间之间的隔墙板,建议选用双层彩钢岩棉复合板等;其它墙板选用双面彩钢阻燃EPS复合板。(3)室内可燃物方面注意控制室内可燃物的种类和数量及其分布状况。(4)板房之间的间距考虑尽量放宽,同时尽量缩短房前屋檐的跨度。(5)板房之间设防火隔板可以有效地阻止火焰的蔓延,其防火效果显著。(6)板房整体结构具有一定的耐火功能。

活动板房;火灾;材料;可燃物

0 引言

了解不阻燃的 EPS夹芯板活动房屋以及阻燃的EPS夹芯板活动房屋的火灾燃烧特性。同时,根据调查中发现的很多安置点的房屋间距不满足导则要求、很多居住点活动房屋间距太小的问题,验证火灾蔓延情况。

通过本次实体火灾试验,了解灾区安置房的火灾危险性,并针对目前灾区安置房存在的问题,提出合理的解决方案,尽量降低灾区安置房的火灾危险性。同时,试验结果和相关数据也为今后相关规范的研究建立基础。

1 试验装置

1.1 安置活动板房的设置

试验的主体装置为三栋3K×6K×3P的活动板房。

A栋的墙板采用双面彩钢阻燃EPS复合板,屋面采用单层彩钢板+阻燃 EPS泡沫板+石膏板吊顶。

B栋的墙板采用双面彩钢不阻燃EPS复合板,屋面采用单层彩钢PU瓦+石膏板吊顶。

C栋的墙板采用双面彩钢阻燃 EPS复合板,屋面采用单层彩钢板+阻燃 EPS泡沫板+石膏板吊顶。

特殊处理:在C栋中间一间采用水天花板作为吊顶材料;在A栋和B栋之间采用轻钢龙骨+石膏板做一道防火隔墙。

1.2 可燃物的布置

通过在灾区安置点调查发现,每间安置房内都集聚了平常一户的大部分家具。因此,在试验房间的可燃物布置时,尽可能的按灾区安置房内的实际场景。

(1)在B栋的B 1房间按日常布置放置床、被褥、沙发、衣物等日常用品。

(2)在C栋的C1房间同样按日常布置放置床、被褥、沙发、衣物等日常用品。但与B1房间有所不同,C1房间布置的更紧凑些。同时在起火房间 C1的同栋相邻房间C2还布置了沙发和木椅等大量可燃物,而B1的相邻房间B2未摆放任何可燃物。

2 试验步骤及过程

2.1 测温点的布置

在A栋和B栋之间的防火隔板的上设置8个测温点,热电偶均从防火隔板的背面穿过至正面;在起火房间B1和C1房间分别设置2个测温点,其中:12号热电偶在第一次试验时,有C1房间的内墙穿过至外墙;第二次试验时,12号热电偶有C1房间的外墙穿过至内墙;9、10、11号热电偶均从外墙穿过至内墙,现场布置平面示意图见图1、2。

图1 防火隔板上的热电偶布置平面示意图Fig.1 Plan sketch for thermocouple arrangement in the fire bulkhead

图2 活动板房和起火房间中的热电偶布置平面示意图Fig.2 Plan sketch for makeshift house and thermocouple arrangement in fire room

2.3 试验过程

试验分成两次。第一次试验,将B1作为起火房间;第二次试验,将C1作为起火房间;两次的试验步骤同样,如下所示。

(1)检查各测温点热电偶信号,确认测试系统处于正常工作状态;

(2)试验采用墙角点火,将少许煤油倒在沙发被褥上,确认各项准备工作就绪后,点火引燃并立即启动温度测试系统;

(3)观察计算机上各测温点的温度曲线;并观察起火房间燃烧情况及其对同栋、邻栋房屋房间的影响情况(整个试验过程中的火灾蔓延情况),以及在防火隔墙的作用下观察它火焰蔓延及烟气产生等情况,并对防火隔墙后的房屋即A活动房的影响情况,并予以记录;

(4)在试验过程中用录像机拍摄火焰蔓延情况及火势的发展;

(5)试验结束后,用水使房间内的可燃物火焰完全熄灭,然后进入所有房间内仔细观察安置房内的结构、墙板以及屋顶等受损情况。

3 试验记录结果及其分析

3.1 试验一:起火房间为B1

(1)试验过程中对火灾的发展情况进行了观察记录,见表1。

表1 试验记录表(起火房间为B1) Table 1 Test record table(B1 fire room)

(2)试验过程中在起火房间B1内、邻栋房间C1内以及防火隔板上设置的热电偶的温度曲线见图3、4、5。

3.2 试验二:起火房间为C1

(1)试验过程中对火灾的发展情况进行了观察记录,见表2。

表2 试验记录表(起火房间为C1)Table 2 Test record table(C1 f ire room)

(2)试验过程中在起火房间C1内、邻栋房间B1内以及防火隔板上设置的热电偶的温度曲线见图6、7、8。

3.3 两次实验的温度曲线对比分析

(1)起火房间的温度曲线图对比分析

第一次实验时,从图3中看出起火房间B1内设置的热电偶测得最高温度仅为215℃。而第二次实验时,从图8看出,起火房间C1内设置的热电偶的最高温度达到了642℃。很明显两次实验测得的最高温度相差较大,同时在现场也观察到,第二次实验比第一次实验的起火房间的火势更大,主要原因是第二次实验的起火房间C1比第一次实验起火房间B1的可燃物布置的更紧凑些且第二次实验时在其同栋相邻房间C2还布置了大量可燃物。这说明在安置房内可燃物的布置非常重要,需要尽量减少可燃物的摆放,同时注意家具等生活必用品尽量不要过于集中摆放[1,2]。

图3 起火房间B1中的温度曲线图(第1次实验)Fig.3 Temperature curve for B1 fire room(the first test)

图4 房间C1中的温度曲线图(第1次实验)Fig.4 Temperature curve for C1 room(the first test)

图5 防火隔板正火面温度曲线图(第1次实验)Fig.5 Tem perature curve in front of fire bulkhead(the first test)

(2)邻栋房间内的温度曲线图对比分析

第一次实验起火房间为B1时,从图4中看出其邻栋房间C1内设置的热电偶的最高温度为85.4℃;第二次实验起火房间为C1时,从图7中看出其邻栋房间B1内设置的热电偶的最高温度为65.1℃。两次实验的邻栋房间内所测得的最高温度相差较小,但温度都超过了安全标准60℃;同时在现场也观察到两次实验时邻栋房间都被引燃起来了。这说明安置房之间的间距较小且安置房前屋檐的跨度过大,这些都容易导致邻栋房间燃烧起来。

图6 防火隔板正火面的温度曲线图(第2次实验)Fig.6 Tem perature curve in front of fire bulkhead(the second test)

图7 房间B1中的温度曲线图(第2次实验)Fig.7 Temperature curve for B1 room(the second test)

图8 起火房间C1中的温度曲线图(第2次实验)Fig.8 Tem perature curve for C1 fire room(the second test)

(3)防火隔板上的温度曲线图对比分析

第一次实验时,从图5中看出防火隔板上设置的热电偶测得的最高温度为232.6℃;第二次实验时,从图6中看出防火隔板上设置的热电偶测得的最高温度为53.9℃。两次实验导致温差较大主要在于起火房间不同;而第一次实验时温度达到232. 6℃,主要是热电偶设置在防火隔板的正面。同时在现场观察到两次实验火焰都没有蔓延到防火隔板的背面,更没有蔓延到A栋。这些都说明在相临安置房的一侧设防火隔板的方法可以有效地阻止了火焰的蔓延,其防火效果显著。

4 试验分析

通过这两次安置房实体火灾试验后,现主要从安置房的屋面材料(包括吊顶)和墙板材料的选用、室内可燃物的控制、安置房之间的间距、安置房之间设防火隔板以及安置房的整体结构耐火情况等方面展开分析探讨。

4.1 安置房屋面材料的试验分析

试验中安置房的屋面材料:

B栋屋面均采用单层彩钢 PU瓦 +石膏板吊顶;

C栋屋面采用单层彩钢板+阻燃 EPS泡沫板+石膏板吊顶;但在 C栋中间一间C2房间进行了特殊处理:采用水天花板作为吊顶材料。

(1)当起火房间为B1时,在火势较弱(B栋)的情况下,由于石膏板吊顶的作用,屋面PU瓦未燃烧起来,瓦上部也没有透火,只是部分炭化,产生大量的黄色浓烟。因此,活动板房在有吊顶保护时,耐火时间相对会增加,但PU材料燃烧时的毒性是其应用的最大问题。

(2)当起火房间为 C1时,在点火后,室内物品迅速燃烧,火势较大并拌有大量浓烟。在点火后第4m in,起火房间的屋面就被引燃;点火后第6min,其相邻房间 C2的屋顶就有透火,在这两分钟后,C2房间的屋顶就被彻底燃烧起来。

在第二次试验时需要特别说明的是,在 C2房间的屋顶进行了特殊的处理,即设置水天花板隔断层。但在试验时,由于水天花板隔断层的安装方式存在问题(只是采用了普通的安装方式),试验过程中,当火势较大时,水天花板很快被烧掉落下来,没有达到预期效果。

然而,如果在设计水天花板隔断层时,在其安装方式上进行改善,使水天花板块与块之间连接的更加牢固,如在水天花板下用钢丝网整体网住,使其不易在火灾发展的早期就整块的掉落下来。如果它整体安装得非常牢固,当火灾发生时,水天花板被燃后,它里面的水滴就会不断掉落下来,应该可以在一定程度上阻止或延缓火焰的蔓延,起到一定的防火作用。

(3)在市场上,屋面材料还有双面彩钢夹芯板等材料。这些材料相对防火性能较好,然而这些材料的隔热效果比较差,在夏天使用时,板房内的温度会相对较高。因此,在屋面材料选用时,除了考虑到火灾危险性外,还应考虑到灾区安置点的其它实际情况。

(4)综合这两次试验以及在灾区安置点调查分析后得出,在安置房的屋面材料选用时,建议屋面材料采用:单层彩钢板+阻燃EPS泡沫板+石膏板吊顶,在安装方式可靠、经济等条件允许下,吊顶最好选用自动水天花板,即设置水天花板隔断层。

4.2 安置房墙板材料的试验分析

试验中安置房的墙板材料:

B栋的墙板:双面彩钢不阻燃 EPS复合板;C栋墙板:双面彩钢阻燃EPS复合板。

(1)第一次试验时,点火后,安置房先从墙板的EPS芯材燃烧,墙板的 EPS火焰蔓延速度并不快。在点火后第6分钟,隔墙板开始有黑烟冒出,局部已炭化,开始被引燃。火焰由此蔓延,在点火后第21分钟时,B2房间的后墙(外墙)已经在剧烈燃烧了。而在此次试验中B2房间由于未放有任何可燃物, B3房间未被引燃。

试验后发现,房间B1、B2的外墙面板等都出现一定程度上的变形(山墙板基本已经被炭化),少数墙面板被烧掉落下来了,而活动房B1与B2之间的隔墙板(内墙)已经被烧掉落下来,大部分隔墙板被烧毁。

(2)第二次试验时,点火后,室内物品迅速燃烧,火势较大。当火灾发展到第4分钟时火焰已经通过隔墙板(内墙)窜到相邻房间;同时 C1房间的外墙板已经被引燃。从现场记录表2中看出在火灾发展到9分45秒时,房间C3也开始被引燃,此时C2与C3房间之间的隔墙板也已经被引燃,此后 C3房间的天花板也被烧掉下了一块。

试验结束后,C栋活动房里的隔墙板(内墙)已经都被烧掉,房间C1、C2的外墙面板部分被烧毁或烧掉落下来,部分出现严重变形;

(3)综合分析可以看出,火势一般会通过墙板蔓延,尤其是安置房中相邻房间的隔墙板(内墙),所以墙板的防火能力非常重要尤其是隔墙板。当火灾发生时,如果安置房中的隔墙板具有一定的防火作用,它将有效的阻止或延缓火焰的蔓延,降低安置房的火灾危险性[3-5]。

因此建议:安置房中墙板应采用具有一定防火能力的墙板,尤其是相邻房间之间的隔墙板,建议选用双层彩钢岩棉复合板等;其它墙板选用双面彩钢阻燃EPS复合板。

4.3 安置房内可燃物控制的试验分析

(1)对于第一次试验,当起火房间的同栋相邻房间没有放可燃物时,从整个火灾发展情况看,火焰蔓延速度慢且火势不大,并没有蔓延到邻栋房间,同栋房间也没有被完全燃烧起来。

(2)对于第二次试验,当起火房间及其同栋相邻房间都放有大量可燃物且布置紧密,尤其是隔墙的两侧都放有很多可燃物时,火焰蔓延速度快且火势非常大,从表2的试验记录表中可以看出,在起火房间和它的相邻房间还发生了轰燃,邻栋房屋也被引燃,非常危险。

(3)然而,在灾区安置点的几乎每个活动板房内都会有大量的可燃物。因此,为了降低安置房的火灾危险性,需要对其室内可燃物进行控制。所以建议:

①安置房内尽量少放沙发等易燃物,同时每户板房外应配备手提式灭火器和消防水桶;当每户有大量家具等可燃物时,尽量少留家具在板房内,应把剩余家具单独存放,并对其存放的活动板房加强防火保护,如采取在这些活动房屋的一侧设防火隔板等方法。

②在家具、生活用品等可燃物摆放位置,尽量不要过于集中摆放。

4.4 安置房之间的间距的试验分析

(1)在第一次试验时,由于现场风速较小且火势较小,火焰并没有蔓延到邻栋房屋,但如果发生火灾时风速较大的话,而安置房之间的间距又较小时,火势可能会受到很大影响,以致蔓延到邻栋房屋。

(2)在第二次试验时,由于火势较大,火焰蔓延速度很快。在点火后第4分钟大量高温浓烟就串到并已蓄满了B栋房屋前屋檐下,在这1分钟后B1房间的前屋檐就开始被引燃;接着1分钟后B栋前屋檐彻底燃烧起来并开始引燃B 1房间的屋顶;在点火后第11分钟B1、B2房间就彻底燃烧起来。

由此可见,B栋与C栋活动板房之间的间距过小;其次活动板房的前屋檐伸的过长,以致它离邻栋板房较近;这两个方面都易造成邻栋板房之间火焰的蔓延,使安置房的火灾危险性加大。

(3)安置房内人员密度一般较大,如果发生火灾,当安置房之间的间距过小时,将会影响到人员的安全疏散;另外,当安置房的前屋檐跨度过大时,更容易蓄积高温烟气(板房材料PU夹芯板燃烧时的烟气具有很大毒性),也不利于人员逃生。因此建议:

①安置房邻栋间距为3米,同时每隔2栋设1消防通道,即每2栋板房间距参考《建筑设计防火规范》第5.2.1条,按民用建筑耐火等级为3级设置间距为8米[6]。

②尽量缩短安置房前屋檐的跨度;

③安置房的板块尽量考虑采用燃烧时产生的烟气为无毒的材料(当然既经济又环保的材料最好)制作的复合板。

4.5 安置房之间设防火隔板的试验分析

试验时,在A栋和B栋之间采用轻钢龙骨+石膏板做一道防火隔墙。

在这两次试验过程中,由于防火隔板的作用,A栋板房基本都没有受到火势的影响,说明在相临建筑(阻燃活动房)的一侧设防火隔板的方法有效地阻止了火焰的蔓延,其防火效果显著。因此建议:在灾区安置点,当某栋特殊活动房屋需要加强防火保护时,可在这些活动房屋的一侧采用轻钢龙骨+石膏板做一道防火隔墙等等。

4.6 安置房的整体结构耐火情况的试验分析

(1)在第一次试验结束后发现,房间 B1、B2的屋架、屋架与立柱连接节点变形较小,而B3房间基本没有受到影响,B栋板房的整体结构也无碍,安置房保持稳定。而A栋和C栋房屋的结构更未受到一点影响。

(2)虽然第二次试验火势发展迅猛,火灾发展过程中还产生了轰燃,但在试验结束后,只是 C栋活动房的屋架部分变形、屋架与立柱连接节点也有一定程度的变形,但整体结构并没有发生大的变形,更未造成整体结构性垮塌,尚能保持稳定。

(3)因此,综合两次试验分析可以看出,安置房的整体结构具有一定的耐火功能。

5 结论

本文是在灾区安置点现场调研后进行的安置房实体火灾试验,通过现场调研和这两次试验的分析研究,得出如下几点结论。

(1)在板房的屋面材料选用时,建议采用:单层彩钢板+阻燃EPS泡沫板+石膏板吊顶,在安装方式可靠、经济等条件允许下,吊顶最好设置水天花板隔断层。

(2)对于板房中相邻房间之间的隔墙板,建议选用双层彩钢岩棉复合板等;其它墙板选用双面彩钢阻燃EPS复合板。

(3)在室内可燃物控制方面建议:板房内尽量少放如沙发等火灾荷载比较大的易燃物,同时每户板房外应配备手提式灭火器和消防水桶;在摆放位置时尽量不要过于集中摆放。

(4)在板房间距方面建议:板房邻栋间距为3米,同时每隔2栋设1消防通道,即每2栋相邻板房间距为8米。

(5)在相临板房的一侧设防火隔板的方法可以有效地阻止火焰的蔓延,其防火效果显著。

(6)通过两次火灾试验后发现,三栋板房的整体结构均未发生大的变形,更未造成整体结构性跨塌,说明板房的整体结构具有一定的防火功能。

(7)阻燃活动板房的火灾危险性较大,为了降低火灾发生概率和火灾发生后的损失,在灾区安置点处还需要进行消防知识的大力宣传教育,提高大家的防火意识,对专职的消防安全管理人员进行培训,并严格制定消防安全应急方案。

[1]陈爱平,张云明,张莹.室内火灾升温速率的试验研究[J].火灾科学,2004,13(1):57-62.

[2]程远平,陈亮,张孟君.火灾过程中火源热释放速率模型及其实验测试方法[J].火灾科学,2002,11(2):70-74.

[3]陈爱平.喷出火焰引起可燃性墙面燃烧问题的研究[J].火灾科学,1999,8(2):1-7.

[4]杨立中,邓志华,陈晓军.可燃材料火灾性能参数的实验研究[J].火灾科学,2000,9(4):32-37.

[5]张和平,亓延军,徐亮,等.可燃物表面积和厚度对建筑物内火灾载荷的影响[J].火灾科学,2003,12(2):90-94.

[6]GB50016-2006,建筑设计防火规范 [S].

Experimen tal study on full-scale fire of tem porary houses

BAO Guang-hong,LU Guo-jian,WANG Jiong
(Sichuan Fire Research Institute of M PS,Sichuan Dujiangyan,611830,China)

By two fire tests in temporary houses,this paper analyses the selection of roofing materials and wall materials,the control of indoo r com bustiblematerial,the spacing of tempo rary houses,setting fire baffles between tempo rary houses and fireresistance of overall structure.In the selection of roofingmaterials,we suggest the useof Single-colo r plate+Flame Retardant EPS foam+Gypsum board ceiling.For the partition wallboard between adjacent room s,we suggest to select double colo r steel composite rock wool board and select double color steel flame-retardant EPS composite board for other wallboards.For indoor combustiblematerials we should pay attention to the control of types,quantities and the distributions.The spacing between tempo rary houses should be w idened,and the span of the front of the house roof should be sho rtened.The side of the adjacent building set fire baffles can effectively prevent the spread of flame with significant fire resistance effect.It is found that the overall structure of temporary houses have certain feature of fire resistance.

Tempo rary houses;Fire;Materials;Combustible

book=99,ebook=99

X928.7

A

1004-5309(2010)-0205-07

2010-04-16;修改日期:2010-07-22

公安部科研项目“地震过渡房的火灾安全性及要求”(2008YYCXSCXS155)

包光宏(1982-),男,汉族,研究实习员,工学硕士。主要从事建筑防火技术及消防检测技术研究。