中美欧屋面材料防火性能测试技术对比研究

姚玉梅

（上海建科检验有限公司， 上海 200032）

中美欧屋面材料防火性能测试技术对比研究

姚玉梅

（上海建科检验有限公司， 上海 200032）

随着各种新型屋面材料的出现和使用，我国屋面材料的防火安全问题越来越突出。随着科技不断发展，各国屋面防火性能测试技术也日趋成熟。主要着眼于中美欧主要测试方法，针对其中火源、辐射热、风的控制及可接受的判据等进行比较分析，为我国屋面材料防火测试技术的发展提供参考。

屋面材料；防火性能；模拟火源；测试技术

0 引 言

近年来，随着屋面保温工程的大幅增加，合成树脂瓦取代无机瓦片、防水卷材、光伏电池板的大量使用，屋面材料防火安全问题越来越突出，采用合适的方法和手段控制屋面材料火灾风险显得日益重要。

屋面材料作为建筑外围护结构的一部分，主要火灾风险来源于建筑外部火灾。建筑外部火灾的发生、发展和传播都不同于建筑内部火灾，屋面受到火焰作用同时还受到环境热辐射和风的明显影响，其火灾蔓延的方式主要有：热传导、热对流、热辐射、飞火。因此屋面材料防火性能测试方法应综合考虑这些因素。

美欧屋面材料防火相关标准或技术法规形成较早。我国虽然 2014 年首次发布了屋面材料防火性能测试方法标准，还未出台相关判定/分级标准。许多屋面材料产品标准、防火设计规范仍采用内装修材料的分级和判定方法，已明显不适用。现对方法中关键控制技术进行比较分析，为我国屋面材料防火测试技术的发展提供参考。

1 测试用模拟火源

建筑屋面火灾大多由两种方式引起：一种是当室内或外墙燃烧发展到猛烈阶段，大量高温烟气和火焰通过屋檐上窜，造成屋面火灾；第二种常出现在大风环境火场，建筑外部火焰因强风作用飞落接触到邻近的下风向建筑屋面，引起火灾蔓延。各测试方法中对火焰的模拟主要考虑这两种形态的火源。

1.1 美国标准

美国屋面防火测试方法最早由保险商试验室 UL 在1903 年制定 UL790 Standard Test Methods for Fire Tests of Roof Coverings《屋面材料防火性能标准测试方法》，该方法 1910年被美国消防协会 NFPA 采用，制定标准 NFPA 256 Standard Methods of Fire Tests of Roof Coverings《屋面材料防火性能标准测试方法》。经过 100 多年的使用和科学技术的不断发展，该方法被美国材料测试协会 ASTM 采用，制定标准 ASTM E108 Standard Test Methods for Fire Tests of Roof Coverings《屋面材料防火性能标准测试方法》。

该方法规定了 4 种试验方法，分别是间歇施火、持续施火、燃木试验、飞火试验；使用了 2 种不同形式的火源；同时描述了严重、中等、轻微 3 种火灾程度，把屋面材料分成对应的 A、B、C 3 个等级。

间歇施火和持续施火试验采用燃气通过钢管狭缝出口燃烧形成 0.9 m 宽带型火焰，模拟屋檐下方上窜火焰，如图 1 所示。A、B、C 3 个等级通过控制燃气流量和压力调节火焰大小。间歇施火试验是将火焰按照标准规定的时间间歇性施加到屋面上，模拟了火舌掠过屋面的情形，于此相应的是持续施火试验，将火焰持续作用在屋面，考察火焰传播情况。

燃木试验是将点燃的木垛放置在屋面上，考察其破坏性和燃烧性，模拟外来飞火情况下屋面防火性能。木垛由截面为(19.1×19.1)mm 的木条分层交错叠加构成，如图 2 所示。A、B、C 3 个等级使用木垛大小和数量不同：A 级成品木垛的干重(2000±150)g，每次试验用 1 个；B 级成品木垛的干重(500±50)g，每次试验用 2 个；C 级成品木垛干重(9.25±1.25) g，每次试验用 20 个。

图1 UL790间歇施火和持续施火火焰

图2 UL790使用木垛

1.2 欧洲标准

欧洲 2002 年推出了建筑材料及制品火灾分级系列标准EN13501 Fire classification of construction products and building elements《建筑制品和构件的火灾分级》，其中第五部分EN13501—5—Part 5: Classification using data from external fire exposure to roofs tests 就是用外部火灾数据对屋面材料进行分级，引用的分级数据来源于 ENV 1187 Test methods for external fire exposure to roofs《屋面材料外部火灾试验方法》。该方法中描述了 3 个试验方法，技术来源分别是法国、比利时等成员国国家标准，3 个试验没有排名顺序，任一试验都不能被代替，因此实际各成员国采用均有限。

ENV 1187 试验 1－燃木试验，用 600 g 木丝装入钢丝框中作为引燃屋面材料的燃木，如图 3，重量接近于 UL790 中B 级木垛，但是木垛和木丝的燃烧特性不同，木垛较难点燃,燃烧时间能持续几十分钟，而木丝容易点燃，燃烧时间 4 min～5 min，反映飞火短时间内破坏情况。

图3 ENV 1187试验1使用木丝钢丝框

ENV 1187 试验 2 木垛使用木条订制，由 8 条(10×10×100) mm 的松木组成。其中 6 条松木以 8 mm 间隔钉在余下 2 条松木上，如图 4 所示。木垛包括钉子的质量为(40±2)g，热值较小，模拟较小程度的火源。

ENV 1187 试验 3 木垛由木纤维板订制，四块钉在一起组成了(55×55×32)mm 的方块。如图 5 所示，燃木质量约 22 g，热值很小，模拟较小程度的火源。

图4 ENV 1187试验2使用木垛

图5 ENV 1187试验3使用木垛

1.3 ISO国际标准

国际标准化组织(International Organization for Standardization)制定的关于屋面材料防火性能测试方法是 ISO 12468 External exposure of roofs to fire —Part 1：Test method《屋面材料外部火灾 第 1 部分 测试方法》。

ISO 12468-1 将屋面材料分为 A、B 两类：A 类试验由燃木、风和额外辐射热试验组成；B 类试验由燃木、风试验组成，不包括额外辐射热源。ISO 12468—1 中的燃木的构造方式和 UL790 类似，其 A 类木垛大小(150×150×57)mm，与UL790 中的 B 级相当；B 类木垛大小(40×40×40)mm。

1.4 中国标准

我国标准 GB/T 30735-2014《屋面及屋面覆盖制品外部对火反应试验方法》2014 年 6 月发布，参考 ISO 12468—1:2003和 ENV 1187:2002 编制，分别规定了 3 种试验方法，其中试验方法 A 参考了 ENV 1187:2002 中的试验 1 木丝框试验，试验方法 B 参考了 ISO 12468—1:2003 中的 B 类火源和风试验，试验方法 C 参考了 ISO 12468—1:2003 中的 A 类火源、风和附加辐射热试验。

在同一方法标准中采用 3 种检测方法，并且没有优先顺序，这种情况已属少见。未来用作对产品的合格评定，用哪些数据作为判定依据必然造成困惑，同时使用 3 个方法进行评定又过于繁杂。

以上比较看出：UL790 中描述了一种模拟屋檐下方上窜火苗的模拟方式，是欧盟和国际标准中所未见的；中美欧标准中都有使用燃木的试验，不同大小的木垛模拟不同程度的火源，UL790 描述了一种最大的木垛；ENV1187 描述了一种特殊的火源，用木丝填充钢丝框制成，模拟较短时间内快速燃烧的火源。国标 GB/T 30735 参考了欧盟和国际标准内容，3 种方法实际执行时有难度。

2 热辐射的作用

实际屋面火灾发生时，屋面除了受到外来火焰的轰击，还伴有建筑外部火灾的热辐射。热辐射是热量传播和火灾蔓延的主要方式之一，能使受到热辐射的屋面温度升高，达到一定程度会被迅速引燃。

UL790 中没有关于热辐射的试验。ENV1187、ISO 12468—1 和 GB/T 30735 试验方法 C 增加了热辐射试验，3 个方法中使用辐射板的大小、辐射强度、与屋面的距离均相同。辐射板的尺寸为(600×600)mm，被安装在距试样表面500 mm 处，且与样品表面平行。辐射板中心位置的热辐射为12.5 kW/m2，四周的热辐射量为 10 kW/m2。

3 风的影响

屋面材料作为建筑外围护结构，直接暴露在大气中，时刻受到大气环境中空气流动的作用。火灾发生时，火借风势可能发展为更加严重的状态，因此风的影响不可忽略。

UL790 要求控制气流均匀稳定流过样品上表面，速度(5.3±0.2)m/s，其中飞火试验后将风速增加到 8 m/s。

ENV1187 试验 1 和 GB/T 30735 试验方法 A 中没有风的作用；ENV1187 试验 2 是将整个试件放入一个狭长的通风管道中；试验 3 是向屋面鼓风，样品表面风速约为 3 m/s。

ISO 12468—1 和国标 GB/T 30735 试验方法 B、C 都是向倾斜屋面鼓风，样品表面风速约为 3 m/s，其装置总体布局、风速测量方法都和 ENV1187 试验 3 相同。

比较看出，UL790 中描述的样品表面风速最大，试验条件最为严苛；ISO 12468—1 和 GB/T 30735 附加热辐射试验中风、辐射热条件都和 ENV 1187 试验 3 相同，但使用的木垛大小和数量不同。

4 可接受的判据

屋顶火灾造成的危害主要表现在以下几个方面：一是对屋面材料的破坏，二是对屋架结构的破坏，三是对室内或附近其他建筑的影响。因此制定的试验参数反映屋面材料三个方面性能：一是抵抗火焰在屋面蔓延传播，减小对屋面材料的破坏，其破坏程度体现在屋面材料损毁的程度、火焰传播的距离上；二是抵抗火焰穿透屋顶，防止屋顶结构的损坏，需要关注屋顶结构是否穿透、每层屋面的破环情况等；三是防止产生燃烧飞火造成室内或临近建筑火灾。

UL790 要求任何试验结束后都不能出现屋面材料被吹走、基材暴露、飞火掉落地面、背火面持续燃烧等现象；火焰传播的测试中，A 级不超过 1.8 m，B 级超过 2.4 m，C 级不超过 3.9 m。

ENV1187 试验数据被 EN 13501—5 引用对屋面材料的防火性能进行分级，不同级别对应不同的技术指标。

ISO 12468—1 为试验方法，ISO 12468—2 为分级方法，将A、B 两类试验方法的结果，依据不同的指标分为 A1、A2、B1 和 B2 四个等级。

2014 年国标 GB/T 30735 首次发布，作为试验方法标准未提出判定指标，未来还需要屋面材料产品标准、防火设计规范等给出具体判据，或指定屋面材料防火性能分级方法，才能推动新方法的具体实施。

5 结 语

综上对比分析，我国现行标准 GB/T 30735—2014，参考了 ENV 1187 和 ISO 12468—1 中方法，综合考虑了燃木、热辐射和风对屋面材料防火性能的影响，没有 UL790 中的模拟通过屋檐上窜火苗，UL790 也描述了相对更为严苛的试验条件，但其中没有关于辐射热的试验。

笔者认为，中美欧所采用的测试方法各有特色，美欧技术要求中体现的一些成熟经验对我们具有很好的借鉴意义，对于我国今后屋面材料防火性能判定依据、标准的制修订具有一定参考价值。同时了解国内外技术差异，对我国屋面材料产品走向国际市场、满足国外需求也具有现实意义。

[1]杨玲，张靖岩，肖泽南.建筑消防安全与性能化设计[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2] UL 790:2008，Standard Test Methods for Fire Tests of Roof Coverings[S].

[3] NFPA 256:2003，Standard Methods of Fire Tests of Roof Coverings[S].

[4] ASTM E 108:2011，Standard Test Methods for Fire Tests of Roof Coverings[S].

[5] EN 13501—5:2005，Fire classification of construction products and building elements —Part 5: Classification using data from external fire exposure to roofs tests[S].

[6] ENV 1187:2007，Test methods for external fire exposure to roofs[S].

[7] ISO 12468—1:2013，External exposure of roofs to fire —Part 1:Test method[S].

[8] GB/T 30735—2014，屋面及屋面覆盖制品外部对火反应实验方法[S].

通信地址：上海市闵行区申富路568号。

TU712

B

1007-4104(2015)04-0042-04

2015-03-16

姚玉梅(1980—)，女，工程师，硕士研究生，主要工作：建筑材料及构件防火性能检测及相关研究。