表面防火处理对建筑材料燃烧性能的影响

黄晟

（江西省工程消防技术研究中心，江西 南昌）

引言

燃烧性能是指材料在遇火或燃烧时，发生的所有物理和化学变化。一般来说，材料的表面区域是最先接触明火的区域，故表面区域的着火性以及火焰传播性在很大程度上决定材料在各种环境下是否容易燃烧。在现代建筑工程中，为提升建筑的安全性，需要不断提升建筑材料的防火性能，降低其燃烧性能。只有如此，才能降低建筑出现火灾的概率，从而确保建筑内人事物的整体安全。若要实现上述目标，需对建筑材料进行表面防火处理作业。为了探究这种处理作业方式对建筑材料燃烧性能造成的影响，现开展有关试验，围绕过程及结果作如下报告[1-3]。

1 表面防火处理对建筑材料燃烧性能的影响试验

1.1 试验原理

开展表面防火处理对建筑材料燃烧性能造成影响试验的主要原理及试验过程如下：

（1） 我国当代城市中的建筑以高层、超高层级建筑为主。在诸多建筑材料中，设置在墙体中的胶合板材料被认为是最容易遇火、预热燃烧的材料，基于此，用于试验的材料为胶合板。

（2） 试验基本原理及过程如下：①完成实验样品的制备后，在样品表面涂抹不同的防火涂料（此为防火处理的主要方式）。②等待样品表面的防火涂料自然风干之后（模拟建筑材料在建筑工程中的应用过程），使用明火对样品加热。③在试验开展初始阶段的2 min 内，不点火。该阶段的主要目标是，对样品所处自然环境进行观察、记录，包括当时的环境温度、湿度、风力强度、光照强度等。④经过初始的2 min 之后（需要注意，对这段时间的把按要求无需过度精确，可适当缩短或延长，误差按制在±5 s 内即可），实验人员需要点燃燃烧设备，使之呈现出明火，但仍然不需要与样品接触。该阶段试验的持续时间至少需要达到90 s，最多不能超过150 s，主要目的是针对燃烧器释放明火并达到稳态之后，观察并记录基准热释放速率。⑤试验整体进展至5 min 时（前后时间误差依然为5 s），如果确保燃烧器的基准热释放速率已经稳定，则应使明火与样品接触，即点燃样品。从试验第6 min 开始，一直持续到试验第25 min 结束，对材料进行20 min 的连续燃烧。

（3） 试验开展过程中的把按重点：①为尽量减少试验过程中遇到的干扰项，故选用的同种型号的样品材料的有关参数需要确保一致。②完成实验样品的制备之后，需要在一侧涂刷防火涂料，从而在表面形成一层阻燃层。③重点比对多种型号的样品材料在是否涂刷表面防火涂料的情况下的燃烧性能[4]。

1.2 试验所用样品及制备

在本次试验中，需要使用的建筑材料如下：

（1） 5 层结构，总厚度达到9 mm 的胶合板。

（2） EPS 聚苯乙烯板，厚度需要达到40 mm。

（3） 建筑墙体橡塑保温材料，颜色为黑色，厚度需要达到25 mm。

针对上述三种材料样品的制备处理方法如下：

（1） 针对胶合板，不涂刷防火涂料的样品可以直接使用；涂刷防火涂料的样品：在表面涂刷硕磊节能科技生产的按GB28374 规定的A 级防火涂料。此种防火涂料的主要材质是聚乙烯，耐火温度达到1 580～1 770 ℃，常温环境下的导热系数为0.03，芯材为聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇。此种防火涂料的应用范围较为广泛，可以涂抹在多种建筑材料的表面（包括墙板、电缆、钢材等）。涂刷防火处理作业共进行2 次，第一次涂刷完成后，需要间隔8 h，之后进行第二次表面涂刷作业；每次的涂刷剂量标准为，每次涂刷所形成的涂层厚度应该按制在0.7 mm 以下，且必须确保涂层自然风干后，方可进行第二次涂刷。流程如图1 所示。

图1 两次涂刷流程

为确保涂刷处理质量，在涂刷过程中应该注意：其一，采用喷涂形式处理；其二，在喷涂前，试验人员必须对涂料进行适当加水稀释并搅拌均匀；其三，所有施工用具在使用前都应得到良好清洁，避免有杂物沾染在工具表面，进而混入涂料之中；其四，两次涂刷完成后的自然风干等待期内，试验人员做好对样品的保护工作，避免样品表面接触水或受潮，否则会导致防火涂料涂层的整体质量下降；达到预定风干时间后，试验人员还应对防火涂料层进行检查，如果未发现“流挂”情况，表明涂层状态已经达标，可进入下一试验阶段。

（2） 针对EPS 聚苯乙烯板，与胶合板相同，不涂刷防火涂料的样品直接使用，用于对照。涂刷防火涂料的样品应作如下处理：需要在聚苯乙烯板的材料表面，所用的粘接剂为山西德力众邦橡胶制品有限公司生产的DLZB-3000 Art.Nr.525 2169 橡胶超强粘接剂（颜色为schwarz-black），规格为1 kg/690 ml。借助这种粘接剂，通过机械安装结合的方法，将聚苯乙烯板与安装厚度达到1 mm 的彩钢板粘接为一个整体，且必须确保彩钢板与聚苯乙烯板完全贴合，从彩钢板一侧观察时，完全无法看到聚苯乙烯板。

（3） 针对橡塑保温材料，同样设置“未进行防火处理组”和“防火处理组”，后者的具体处理方法为：需要在样品表面粘接一层厚度达到0.1 mm 的不干胶铝箔，务必确保样品表面与铝箔表面不存在任何接缝。在此基础上，按照与本段（2）章节中介绍的方法，使用同一种粘接剂，将样品橡塑材料牢固粘接在不锈钢基材之上（此种处理方式适用于该材料的两组样品，且用于粘接的粘接剂用量均须达到每平方米97.7 g）。

1.3 试验所用仪器设备

本次试验使用的设备如下：

（1） 无锡滕川仪器设备有限公司生产的恒温恒湿试验箱，型号为GDJS-150L（具体如图2 所示），工作尺寸为500 mm*500 mm*500 mm，外形尺寸为1 000 mm*960 mm*1 450 mm；温度按制范围分为三档：A 档：RT-130 ℃；B 档：-20 ℃～130 ℃；C 档：-40 ℃～130 ℃；湿度按制范围同样分为三档：D 档：20%～98%R.H；F 档：10%～98%R.H；G 档：80%～98%R.H。该设备的温度参数按制精度如下：精度可达到0.1 ℃，温度按制波动度不超过±0.5 ℃；均匀性不超过±2.0 ℃。湿度偏差按制精度如下：不超过75%RH 时，为±5%RH；超过75%RH 时，为+2%、-3%RH。内箱材质为SUS304 不锈钢拉丝板，全箱设有福马轮、照明玻璃视窗1 套，试品架2 个，标准测试孔1个。

图2 GDJS-150 恒温恒湿试验箱

（2） 泰斯泰克公司生产的建材单体制品燃烧试验装置，型号为GB/T20286-2012；该设备主要配置燃烧室、小推车、排烟管道、燃气供气系统、按制系统、数据处理系统。其中，燃烧室的尺寸为3.0 m×3.0 m×2.4 m，墙体由耐热砖、石膏板、硅酸钙板构成。点火系统中配备10kV 的火花点火器，安全停火装置（点火器通过连接到关闭机制的杠杆，可以实现自动定位）；输入流量按制技术为日本的kofloc 质量流量计，量程为0 g/s～2.3 g/s，且在0.6 g/s～2.3 g/s 区间内的读数精度可以达到1%[5-6]。

1.4 试验操作过程

按照本文1.1 所述原理，做好各项准备工作后，需要将试样安装在小推车之上，主燃烧器必须放置于集气罩下方的框架内部。

实验操作要点如下（如图3 所示）。

图3 试验操作流程

（1） 首先将排烟管道的体积流速设置为（0.60±0.05）m3/s。在全部试验期间，针对上述数值的按制精确程度要求并不高，排烟管道体积流速最低值可以达到每秒0.50 m3，但最大不能超过0.65 m3。

（2） 对排烟管道中的三个热电偶对应的温度、环境温度进行记录，持续观察记录时间至少需要达到300 s。环境温度整体应该按制在（20.0±5.0）℃之间，且必须确保管道中的温度与环境温度之间的最大差值不超过4 ℃。

（3） 将两个燃烧器点燃之后，如果使用了引燃火焰，则全试验过程中，引燃火焰的燃气供应速度变化频率不得超过每秒5 mg。

（4） 用于记录时间的设备为精密计时器，试验开始时间为0 s。

2 表面防火处理对建筑材料燃烧性能的影响试验结果分析

2.1 胶合板两组对照试验结果

根据表1 所示结果可知，在燃烧准备工作、燃烧时间、火焰强度、环境条件完全一致的情况下，未进行表面防火处理的胶合板的FIGRA（0.2） 值、FIGRA（0.5）值、THR（600 s）值分别高达171.5 W/s、171.5 W/s、9.5 MJ，均大幅度高于经过表面防火处理的同类型胶合板的62.8 W/s、62.8 W/s、2.4 MJ。

表1 胶合板两组对照试验结果

2.2 聚苯乙烯板两组对照试验结果

根据表2 所示结果可知，在各项条件完全相同的情况下，未进行表面防火处理的聚苯乙烯板的FIGRA（0.2）值、FIGRA（0.5）值、THR（600 s）值分别高达415.2 W/s、415.2 W/s、13.5 MJ，均大幅度高于经过表面防火处理的同类型胶合板的65.9 W/s、65.9 W/s、6.8 MJ。

表2 聚苯乙烯板两组对照试验结果

2.3 黑色橡塑保温材料两组对照试验结果

在各项条件完全相同的情况下，未进行表面防火处理的黑色橡塑保温材料的FIGRA（0.2）值、FIGRA（0.5）值、THR（600 s）值分别高达395.4 W/s、395.4 W/s、3.1 MJ，均大幅度高于经过表面防火处理的同类型胶合板的229.3 W/s、229.3 W/s、2.1 MJ。

3 结论

通过上述结果可知，在常用建筑材料表面进行防火处理（涂刷防火涂料、加装彩钢板等），能够大幅度降低材料在燃烧期间的FIGRA 值（燃烧增长率指数，英文全称Fire growth rate index）和THR 值（总热放量，英文全称Total heat release）。由此可见，对建筑材料进行表面防火处理，能够在燃烧性能方面产生积极影响，在实际应用时，有助于大幅度降低火灾事故发生率，故要求建筑工程相关单位必须对此提高重视，为人民群众的生命财产安全负责。