浅谈材料燃烧性能对火灾的影响

摘要：火灾的产生发展复杂，影响因素多，材料的燃烧性能是不可忽视的因素之一。材料燃烧对火灾的影响可从热危害性和烟气危害性两方面进行评价。目前，我国材料燃烧性能分级测试标准基本涵盖这两方面的内容。

关键词：燃烧性能；热释放；生烟性；烟密度；烟气毒性

中图分类号：TU551 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0163-03

1 火灾的发展过程

材料点燃后，燃烧的发展情况取决于所处环境和材料燃烧性能。在燃烧室内，火灾发展可建立一个通用模型。

四个阶段：阶段1是起始阶段，是指材料被小火焰引燃的阶段。阶段2是发展阶段，是指材料燃烧直至发生轰燃。阶段3是完全燃烧阶段，是指轰燃发生到火、热衰减之前的过程。阶段4是火灾衰减到熄火，如图1所示：

2 材料燃烧性能影响火灾的主要参数

材料燃烧会释放出热量和烟气，可从燃烧的热危害、烟气危害两方面对火灾进行评估，如图2所示：

材料燃烧性能是指材料对火反映的能力。目前试验方法只是在可控实验条件下，测试材料的各个燃烧性能参数。例如，材料可燃性、点燃性、火焰传播、热释放性、生烟性和烟气毒性等。

2.1 评价热危害的参数

2.1.1 可燃性。材料可燃性往往是评价材料初始燃烧阶段的重要参数，是材料在规定条件下进行有焰燃烧的能力，包括点燃性和火焰传播。

（1）点燃性。材料的点燃性表征着材料引发火灾的概率。点燃的材料必须是可燃材料，并且有足够的热源和适量的供氧量。这个热源可以是化学热能（如火焰）、电热能（如电热丝或电热棒）或机械能（摩擦生热）等。同种材料在不同的环境条件下点燃难易度是不同。例如：氧气的浓度和室温对点燃性影响较大。最常用的试验方法有氧指数试验GB/T2406和可燃性试验GB/T8626等。

（2）火焰传播。火焰传播表征材料维持燃烧的能力，它由表面火焰的传播速率和传播距离等指标来衡量。在实际火灾中，火焰传播与材料表面方向密切相关，不同的表面方向会有不同的实验结果。例如，同种材料在天花、墙面、地面火焰传播的结果是不同的。此外空气流动方向也是影响火焰传播的主要因素。常用的试验方法有铺地材料的燃烧性能测定GB/T11785、塑料水平及垂直燃烧试验GB/T2408和泡沫材料水平垂直燃烧试验GB/T8333、GB/T8332等。

2.1.2 热释放性。材料热释放是描述火灾过程的一个重要参数，它体现了材料在火灾中释放能量的多少，是决定火灾发展和火灾危险的基本参数，也是评价材料燃烧发展阶段的重要参数。

（1）热释放速率（HRR）。热释放速率反映材料燃烧释放热量的速率。它能够指示火灾的大小，提供火势发展的速度，是火灾研究的基础数据。目前，实验室测试材料热释放速率多采用耗氧原理的方法。耗氧原理是指大多数固体材料完全燃烧每消耗一单位质量的氧气所释放的热量基本相同（13.1±0.05MJ/kgO2）。通过测定材料燃烧的烟气组分，计算材料在燃烧过程中的热释放速率。

，单位为kW。

△p为气体经过孔板后压力的变化，Pa；Te为气体在孔板处的温度，K；C为孔板流量计的标定常数。为材料燃烧消耗单位质量氧气放出的能量，13.1MJ/kg：为进入系统空气中O2的摩尔分数；为烟气中O2的摩尔分数。

（2）总热释放量（THR）。总热释放量THR反映了材料在燃烧过程中释放热量的多少。根据能量守恒原理，固定质量的同种材料完全燃烧释放的热总量是相同的，它与外界受到的热辐射是无关的。，单位为MJ。

（3）燃烧增长速率指数（FIGRA）。燃烧增长速率指数反映了材料对热反应的能力，是指材料热释放速率峰值max.（HRR）与峰值出现的时间t的比值。指数越大，表明材料一旦暴漏在过强的热环境就能够快速燃烧，使火势迅速蔓延扩大。单体燃烧试验中计算该参数公式如下：

，单位为W/s。

2.2 评价材料烟气危险参数

2.2.1 材料生烟性。材料生烟性是个较为复杂的过程，它与火灾规模、单位质量物质的生烟量、通风情况、材料燃烧时的温度等一系列因素有关。目前生烟性的测试方法多采用光学法。光学法评价材料生烟性有静态分析法和动态分析法两种。

（1）静态分析法。静态分析法是材料燃烧生成的全部烟量处于一个封闭的空间，测定烟气对光束的衰减。现有以光学测定烟密度的仪器，都是按照Bouguer-lambert原理工作的。例如：GB/T8627、GB/T8323等试验方法。

基本公式：F=F0e-σL

F为烟层引起衰减后的光通量；F0为初始光通量（定义为100）；σ为衰减系数；L为通过烟的光径长。

（2）动态分析。动态分析法的测定系统是开放式的，在烟气通过设备流出的过程中测定烟气对光的衰减。实际上，烟密度越大或增长越快，所提供给疏散人员和灭火的时间越短，故应考虑时间要素。目前，锥形量热仪和单体燃烧试验方法均采用此方法进行评价。测定的主要烟气参数如下：

比消光面积（SEA）是消耗单位质量样品产生的烟气量，可衡量烟气的遮光性。公式：，单位

为m2/kg。OD为光密度，Vflow为体积流速。MLR为燃烧过程中样品质量的损失率。

生烟速率（SPR）被定义为比消光面积与质量损失速率之比。公式：SPR=SEA/MLR，单位为m2/s。

生烟总量（TSP）表示单位样品面积燃烧时的累积生烟总量。可由积分得到，，单位为m2。

烟气生成速率指数（SMOGRA）试样产烟率与所需受火时间的比值的最大值。公式：，单位为m2/s2。该指

数越大，烟气危险性就越大。

2.2.2 烟气毒性。材料燃烧形成的毒性物质对人及动物影响至关重要，目前的试验方法有化学分析法和生物试验法两大类。

（1）化学分析法。化学分析法主要采用光谱法（包括红外光谱、质谱、色谱、色谱-质谱及核磁共振普）测定气态产物中CO、CO2、HCN、HBr及NO2等有害气体的浓度。化学分析法评估火灾气体的毒性时，往往与烟密度测定平行进行，一般只考虑最普通的有毒物质，所以结论意义是相当有限的。

（2）生物试验方法。生物试验方法多基于燃烧产物对被试验动物中枢神经系统（致死率）及生理状态的影响，但这种影响与很多因素有关，如材料的分解模式（热裂解还是燃烧）、分解产物的温度及浓度、动物种类及中毒时间等。GB/T20285主要采用实验室定量制取材料烟气的方法和实验小鼠急性吸入烟气染毒的方法进行材料毒性评价。

3 GB8624-2006评价火灾危险性的应用

目前，国家标准GB8624-2006是我国建筑材料燃烧性能的主要分级方法。标准将材料燃烧性能分为A1、A2、B、C、D、E、和F七个等级。从试验测试方法来看，考虑了材料的火焰传播、燃烧热释放速率、热释放量、烟气浓度和烟气毒性等参数，而这些参数均属于评价热危害和烟气危害的重要内容。如表1。

参考文献

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[5] 建筑材料及制品燃烧性能分级（GB8624-2006）[S].

作者简介：匡龙（1978—），男，深圳市计量质量检测研究院工程师，硕士，研究方向：建筑材料及轻工产品质量检测。