淺談材料燃燒性能對(duì)火災(zāi)的影響

摘要：火災(zāi)的產(chǎn)生發(fā)展復(fù)雜，影響因素多，材料的燃燒性能是不可忽視的因素之一。材料燃燒對(duì)火災(zāi)的影響可從熱危害性和煙氣危害性?xún)煞矫孢M(jìn)行評(píng)價(jià)。目前，我國(guó)材料燃燒性能分級(jí)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)基本涵蓋這兩方面的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：燃燒性能；熱釋放；生煙性；煙密度；煙氣毒性

中圖分類(lèi)號(hào)：TU551 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）23-0163-03

1 火災(zāi)的發(fā)展過(guò)程

材料點(diǎn)燃后，燃燒的發(fā)展情況取決于所處環(huán)境和材料燃燒性能。在燃燒室內(nèi)，火災(zāi)發(fā)展可建立一個(gè)通用模型。

四個(gè)階段：階段1是起始階段，是指材料被小火焰引燃的階段。階段2是發(fā)展階段，是指材料燃燒直至發(fā)生轟燃。階段3是完全燃燒階段，是指轟燃發(fā)生到火、熱衰減之前的過(guò)程。階段4是火災(zāi)衰減到熄火，如圖1所示：

2 材料燃燒性能影響火災(zāi)的主要參數(shù)

材料燃燒會(huì)釋放出熱量和煙氣，可從燃燒的熱危害、煙氣危害兩方面對(duì)火災(zāi)進(jìn)行評(píng)估，如圖2所示：

材料燃燒性能是指材料對(duì)火反映的能力。目前試驗(yàn)方法只是在可控實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)試材料的各個(gè)燃燒性能參數(shù)。例如，材料可燃性、點(diǎn)燃性、火焰?zhèn)鞑?、熱釋放性、生煙性和煙氣毒性等?/p>

2.1 評(píng)價(jià)熱危害的參數(shù)

2.1.1 可燃性。材料可燃性往往是評(píng)價(jià)材料初始燃燒階段的重要參數(shù)，是材料在規(guī)定條件下進(jìn)行有焰燃燒的能力，包括點(diǎn)燃性和火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

（1）點(diǎn)燃性。材料的點(diǎn)燃性表征著材料引發(fā)火災(zāi)的概率。點(diǎn)燃的材料必須是可燃材料，并且有足夠的熱源和適量的供氧量。這個(gè)熱源可以是化學(xué)熱能（如火焰）、電熱能（如電熱絲或電熱棒）或機(jī)械能（摩擦生熱）等。同種材料在不同的環(huán)境條件下點(diǎn)燃難易度是不同。例如：氧氣的濃度和室溫對(duì)點(diǎn)燃性影響較大。最常用的試驗(yàn)方法有氧指數(shù)試驗(yàn)GB/T2406和可燃性試驗(yàn)GB/T8626等。

（2）火焰?zhèn)鞑??；鹧鎮(zhèn)鞑ケ碚鞑牧暇S持燃燒的能力，它由表面火焰的傳播速率和傳播距離等指標(biāo)來(lái)衡量。在實(shí)際火災(zāi)中，火焰?zhèn)鞑ヅc材料表面方向密切相關(guān)，不同的表面方向會(huì)有不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。例如，同種材料在天花、墻面、地面火焰?zhèn)鞑サ慕Y(jié)果是不同的。此外空氣流動(dòng)方向也是影響火焰?zhèn)鞑サ闹饕蛩亍３Ｓ玫脑囼?yàn)方法有鋪地材料的燃燒性能測(cè)定GB/T11785、塑料水平及垂直燃燒試驗(yàn)GB/T2408和泡沫材料水平垂直燃燒試驗(yàn)GB/T8333、GB/T8332等。

2.1.2 熱釋放性。材料熱釋放是描述火災(zāi)過(guò)程的一個(gè)重要參數(shù)，它體現(xiàn)了材料在火災(zāi)中釋放能量的多少，是決定火災(zāi)發(fā)展和火災(zāi)危險(xiǎn)的基本參數(shù)，也是評(píng)價(jià)材料燃燒發(fā)展階段的重要參數(shù)。

（1）熱釋放速率（HRR）。熱釋放速率反映材料燃燒釋放熱量的速率。它能夠指示火災(zāi)的大小，提供火勢(shì)發(fā)展的速度，是火災(zāi)研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試材料熱釋放速率多采用耗氧原理的方法。耗氧原理是指大多數(shù)固體材料完全燃燒每消耗一單位質(zhì)量的氧氣所釋放的熱量基本相同（13.1±0.05MJ/kgO2）。通過(guò)測(cè)定材料燃燒的煙氣組分，計(jì)算材料在燃燒過(guò)程中的熱釋放速率。

，單位為kW。

△p為氣體經(jīng)過(guò)孔板后壓力的變化，Pa；Te為氣體在孔板處的溫度，K；C為孔板流量計(jì)的標(biāo)定常數(shù)。為材料燃燒消耗單位質(zhì)量氧氣放出的能量，13.1MJ/kg：為進(jìn)入系統(tǒng)空氣中O2的摩爾分?jǐn)?shù)；為煙氣中O2的摩爾分?jǐn)?shù)。

（2）總熱釋放量（THR）?？偀後尫帕縏HR反映了材料在燃燒過(guò)程中釋放熱量的多少。根據(jù)能量守恒原理，固定質(zhì)量的同種材料完全燃燒釋放的熱總量是相同的，它與外界受到的熱輻射是無(wú)關(guān)的。，單位為MJ。

（3）燃燒增長(zhǎng)速率指數(shù)（FIGRA）。燃燒增長(zhǎng)速率指數(shù)反映了材料對(duì)熱反應(yīng)的能力，是指材料熱釋放速率峰值max.（HRR）與峰值出現(xiàn)的時(shí)間t的比值。指數(shù)越大，表明材料一旦暴漏在過(guò)強(qiáng)的熱環(huán)境就能夠快速燃燒，使火勢(shì)迅速蔓延擴(kuò)大。單體燃燒試驗(yàn)中計(jì)算該參數(shù)公式如下：

，單位為W/s。

2.2 評(píng)價(jià)材料煙氣危險(xiǎn)參數(shù)

2.2.1 材料生煙性。材料生煙性是個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，它與火災(zāi)規(guī)模、單位質(zhì)量物質(zhì)的生煙量、通風(fēng)情況、材料燃燒時(shí)的溫度等一系列因素有關(guān)。目前生煙性的測(cè)試方法多采用光學(xué)法。光學(xué)法評(píng)價(jià)材料生煙性有靜態(tài)分析法和動(dòng)態(tài)分析法兩種。

（1）靜態(tài)分析法。靜態(tài)分析法是材料燃燒生成的全部煙量處于一個(gè)封閉的空間，測(cè)定煙氣對(duì)光束的衰減。現(xiàn)有以光學(xué)測(cè)定煙密度的儀器，都是按照Bouguer-lambert原理工作的。例如：GB/T8627、GB/T8323等試驗(yàn)方法。

基本公式：F=F0e-σL

F為煙層引起衰減后的光通量；F0為初始光通量（定義為100）；σ為衰減系數(shù)；L為通過(guò)煙的光徑長(zhǎng)。

（2）動(dòng)態(tài)分析。動(dòng)態(tài)分析法的測(cè)定系統(tǒng)是開(kāi)放式的，在煙氣通過(guò)設(shè)備流出的過(guò)程中測(cè)定煙氣對(duì)光的衰減。實(shí)際上，煙密度越大或增長(zhǎng)越快，所提供給疏散人員和滅火的時(shí)間越短，故應(yīng)考慮時(shí)間要素。目前，錐形量熱儀和單體燃燒試驗(yàn)方法均采用此方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)定的主要煙氣參數(shù)如下：

比消光面積（SEA）是消耗單位質(zhì)量樣品產(chǎn)生的煙氣量，可衡量煙氣的遮光性。公式：，單位

為m2/kg。OD為光密度，Vflow為體積流速。MLR為燃燒過(guò)程中樣品質(zhì)量的損失率。

生煙速率（SPR）被定義為比消光面積與質(zhì)量損失速率之比。公式：SPR=SEA/MLR，單位為m2/s。

生煙總量（TSP）表示單位樣品面積燃燒時(shí)的累積生煙總量?？捎煞e分得到，，單位為m2。

煙氣生成速率指數(shù)（SMOGRA）試樣產(chǎn)煙率與所需受火時(shí)間的比值的最大值。公式：，單位為m2/s2。該指

數(shù)越大，煙氣危險(xiǎn)性就越大。

2.2.2 煙氣毒性。材料燃燒形成的毒性物質(zhì)對(duì)人及動(dòng)物影響至關(guān)重要，目前的試驗(yàn)方法有化學(xué)分析法和生物試驗(yàn)法兩大類(lèi)。

（1）化學(xué)分析法?；瘜W(xué)分析法主要采用光譜法（包括紅外光譜、質(zhì)譜、色譜、色譜-質(zhì)譜及核磁共振普）測(cè)定氣態(tài)產(chǎn)物中CO、CO2、HCN、HBr及NO2等有害氣體的濃度?；瘜W(xué)分析法評(píng)估火災(zāi)氣體的毒性時(shí)，往往與煙密度測(cè)定平行進(jìn)行，一般只考慮最普通的有毒物質(zhì)，所以結(jié)論意義是相當(dāng)有限的。

（2）生物試驗(yàn)方法。生物試驗(yàn)方法多基于燃燒產(chǎn)物對(duì)被試驗(yàn)動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)（致死率）及生理狀態(tài)的影響，但這種影響與很多因素有關(guān)，如材料的分解模式（熱裂解還是燃燒）、分解產(chǎn)物的溫度及濃度、動(dòng)物種類(lèi)及中毒時(shí)間等。GB/T20285主要采用實(shí)驗(yàn)室定量制取材料煙氣的方法和實(shí)驗(yàn)小鼠急性吸入煙氣染毒的方法進(jìn)行材料毒性評(píng)價(jià)。

3 GB8624-2006評(píng)價(jià)火災(zāi)危險(xiǎn)性的應(yīng)用

目前，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8624-2006是我國(guó)建筑材料燃燒性能的主要分級(jí)方法。標(biāo)準(zhǔn)將材料燃燒性能分為A1、A2、B、C、D、E、和F七個(gè)等級(jí)。從試驗(yàn)測(cè)試方法來(lái)看，考慮了材料的火焰?zhèn)鞑ァ⑷紵裏後尫潘俾?、熱釋放量、煙氣濃度和煙氣毒性等參?shù)，而這些參數(shù)均屬于評(píng)價(jià)熱危害和煙氣危害的重要內(nèi)容。如表1。

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作者簡(jiǎn)介：匡龍（1978—），男，深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院工程師，碩士，研究方向：建筑材料及輕工產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)。