活動板房全尺寸火災實驗研究

包光宏,盧國建,王 炯

(公安部四川消防研究所,四川都江堰,611830)

活動板房全尺寸火災實驗研究

包光宏,盧國建,王 炯

(公安部四川消防研究所,四川都江堰,611830)

通過兩次板房火災試驗,分析探討板房的屋面材料和墻板材料的選用、室內可燃物的控制、板房之間的間距、板房之間設防火隔板以及板房的整體結構耐火等問題。得出:(1)板房的屋面材料建議選用:單層彩鋼板+阻燃EPS泡沫板+石膏板吊頂。(2)板房中相鄰房間之間的隔墻板,建議選用雙層彩鋼巖棉復合板等;其它墻板選用雙面彩鋼阻燃EPS復合板。(3)室內可燃物方面注意控制室內可燃物的種類和數量及其分布狀況。(4)板房之間的間距考慮盡量放寬,同時盡量縮短房前屋檐的跨度。(5)板房之間設防火隔板可以有效地阻止火焰的蔓延,其防火效果顯著。(6)板房整體結構具有一定的耐火功能。

活動板房;火災;材料;可燃物

0 引言

了解不阻燃的 EPS夾芯板活動房屋以及阻燃的EPS夾芯板活動房屋的火災燃燒特性。同時,根據調查中發(fā)現的很多安置點的房屋間距不滿足導則要求、很多居住點活動房屋間距太小的問題,驗證火災蔓延情況。

通過本次實體火災試驗,了解災區(qū)安置房的火災危險性,并針對目前災區(qū)安置房存在的問題,提出合理的解決方案,盡量降低災區(qū)安置房的火災危險性。同時,試驗結果和相關數據也為今后相關規(guī)范的研究建立基礎。

1 試驗裝置

1.1 安置活動板房的設置

試驗的主體裝置為三棟3K×6K×3P的活動板房。

A棟的墻板采用雙面彩鋼阻燃EPS復合板,屋面采用單層彩鋼板+阻燃 EPS泡沫板+石膏板吊頂。

B棟的墻板采用雙面彩鋼不阻燃EPS復合板,屋面采用單層彩鋼PU瓦+石膏板吊頂。

C棟的墻板采用雙面彩鋼阻燃 EPS復合板,屋面采用單層彩鋼板+阻燃 EPS泡沫板+石膏板吊頂。

特殊處理:在C棟中間一間采用水天花板作為吊頂材料;在A棟和B棟之間采用輕鋼龍骨+石膏板做一道防火隔墻。

1.2 可燃物的布置

通過在災區(qū)安置點調查發(fā)現,每間安置房內都集聚了平常一戶的大部分家具。因此,在試驗房間的可燃物布置時,盡可能的按災區(qū)安置房內的實際場景。

(1)在B棟的B 1房間按日常布置放置床、被褥、沙發(fā)、衣物等日常用品。

(2)在C棟的C1房間同樣按日常布置放置床、被褥、沙發(fā)、衣物等日常用品。但與B1房間有所不同,C1房間布置的更緊湊些。同時在起火房間 C1的同棟相鄰房間C2還布置了沙發(fā)和木椅等大量可燃物,而B1的相鄰房間B2未擺放任何可燃物。

2 試驗步驟及過程

2.1 測溫點的布置

在A棟和B棟之間的防火隔板的上設置8個測溫點,熱電偶均從防火隔板的背面穿過至正面;在起火房間B1和C1房間分別設置2個測溫點,其中:12號熱電偶在第一次試驗時,有C1房間的內墻穿過至外墻;第二次試驗時,12號熱電偶有C1房間的外墻穿過至內墻;9、10、11號熱電偶均從外墻穿過至內墻,現場布置平面示意圖見圖1、2。

圖1 防火隔板上的熱電偶布置平面示意圖Fig.1 Plan sketch for thermocouple arrangement in the fire bulkhead

圖2 活動板房和起火房間中的熱電偶布置平面示意圖Fig.2 Plan sketch for makeshift house and thermocouple arrangement in fire room

2.3 試驗過程

試驗分成兩次。第一次試驗,將B1作為起火房間;第二次試驗,將C1作為起火房間;兩次的試驗步驟同樣,如下所示。

(1)檢查各測溫點熱電偶信號,確認測試系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài);

(2)試驗采用墻角點火,將少許煤油倒在沙發(fā)被褥上,確認各項準備工作就緒后,點火引燃并立即啟動溫度測試系統(tǒng);

(3)觀察計算機上各測溫點的溫度曲線;并觀察起火房間燃燒情況及其對同棟、鄰棟房屋房間的影響情況(整個試驗過程中的火災蔓延情況),以及在防火隔墻的作用下觀察它火焰蔓延及煙氣產生等情況,并對防火隔墻后的房屋即A活動房的影響情況,并予以記錄;

(4)在試驗過程中用錄像機拍攝火焰蔓延情況及火勢的發(fā)展;

(5)試驗結束后,用水使房間內的可燃物火焰完全熄滅,然后進入所有房間內仔細觀察安置房內的結構、墻板以及屋頂等受損情況。

3 試驗記錄結果及其分析

3.1 試驗一:起火房間為B1

(1)試驗過程中對火災的發(fā)展情況進行了觀察記錄,見表1。

表1 試驗記錄表(起火房間為B1) Table 1 Test record table(B1 fire room)

(2)試驗過程中在起火房間B1內、鄰棟房間C1內以及防火隔板上設置的熱電偶的溫度曲線見圖3、4、5。

3.2 試驗二:起火房間為C1

(1)試驗過程中對火災的發(fā)展情況進行了觀察記錄,見表2。

表2 試驗記錄表(起火房間為C1)Table 2 Test record table(C1 f ire room)

(2)試驗過程中在起火房間C1內、鄰棟房間B1內以及防火隔板上設置的熱電偶的溫度曲線見圖6、7、8。

3.3 兩次實驗的溫度曲線對比分析

(1)起火房間的溫度曲線圖對比分析

第一次實驗時,從圖3中看出起火房間B1內設置的熱電偶測得最高溫度僅為215℃。而第二次實驗時,從圖8看出,起火房間C1內設置的熱電偶的最高溫度達到了642℃。很明顯兩次實驗測得的最高溫度相差較大,同時在現場也觀察到,第二次實驗比第一次實驗的起火房間的火勢更大,主要原因是第二次實驗的起火房間C1比第一次實驗起火房間B1的可燃物布置的更緊湊些且第二次實驗時在其同棟相鄰房間C2還布置了大量可燃物。這說明在安置房內可燃物的布置非常重要,需要盡量減少可燃物的擺放,同時注意家具等生活必用品盡量不要過于集中擺放[1,2]。

圖3 起火房間B1中的溫度曲線圖(第1次實驗)Fig.3 Temperature curve for B1 fire room(the first test)

圖4 房間C1中的溫度曲線圖(第1次實驗)Fig.4 Temperature curve for C1 room(the first test)

圖5 防火隔板正火面溫度曲線圖(第1次實驗)Fig.5 Tem perature curve in front of fire bulkhead(the first test)

(2)鄰棟房間內的溫度曲線圖對比分析

第一次實驗起火房間為B1時,從圖4中看出其鄰棟房間C1內設置的熱電偶的最高溫度為85.4℃;第二次實驗起火房間為C1時,從圖7中看出其鄰棟房間B1內設置的熱電偶的最高溫度為65.1℃。兩次實驗的鄰棟房間內所測得的最高溫度相差較小,但溫度都超過了安全標準60℃;同時在現場也觀察到兩次實驗時鄰棟房間都被引燃起來了。這說明安置房之間的間距較小且安置房前屋檐的跨度過大,這些都容易導致鄰棟房間燃燒起來。

圖6 防火隔板正火面的溫度曲線圖(第2次實驗)Fig.6 Tem perature curve in front of fire bulkhead(the second test)

圖7 房間B1中的溫度曲線圖(第2次實驗)Fig.7 Temperature curve for B1 room(the second test)

圖8 起火房間C1中的溫度曲線圖(第2次實驗)Fig.8 Tem perature curve for C1 fire room(the second test)

(3)防火隔板上的溫度曲線圖對比分析

第一次實驗時,從圖5中看出防火隔板上設置的熱電偶測得的最高溫度為232.6℃;第二次實驗時,從圖6中看出防火隔板上設置的熱電偶測得的最高溫度為53.9℃。兩次實驗導致溫差較大主要在于起火房間不同;而第一次實驗時溫度達到232. 6℃,主要是熱電偶設置在防火隔板的正面。同時在現場觀察到兩次實驗火焰都沒有蔓延到防火隔板的背面,更沒有蔓延到A棟。這些都說明在相臨安置房的一側設防火隔板的方法可以有效地阻止了火焰的蔓延,其防火效果顯著。

4 試驗分析

通過這兩次安置房實體火災試驗后,現主要從安置房的屋面材料(包括吊頂)和墻板材料的選用、室內可燃物的控制、安置房之間的間距、安置房之間設防火隔板以及安置房的整體結構耐火情況等方面展開分析探討。

4.1 安置房屋面材料的試驗分析

試驗中安置房的屋面材料:

B棟屋面均采用單層彩鋼 PU瓦 +石膏板吊頂;

C棟屋面采用單層彩鋼板+阻燃 EPS泡沫板+石膏板吊頂;但在 C棟中間一間C2房間進行了特殊處理:采用水天花板作為吊頂材料。

(1)當起火房間為B1時,在火勢較弱(B棟)的情況下,由于石膏板吊頂的作用,屋面PU瓦未燃燒起來,瓦上部也沒有透火,只是部分炭化,產生大量的黃色濃煙。因此,活動板房在有吊頂保護時,耐火時間相對會增加,但PU材料燃燒時的毒性是其應用的最大問題。

(2)當起火房間為 C1時,在點火后,室內物品迅速燃燒,火勢較大并拌有大量濃煙。在點火后第4m in,起火房間的屋面就被引燃;點火后第6min,其相鄰房間 C2的屋頂就有透火,在這兩分鐘后,C2房間的屋頂就被徹底燃燒起來。

在第二次試驗時需要特別說明的是,在 C2房間的屋頂進行了特殊的處理,即設置水天花板隔斷層。但在試驗時,由于水天花板隔斷層的安裝方式存在問題(只是采用了普通的安裝方式),試驗過程中,當火勢較大時,水天花板很快被燒掉落下來,沒有達到預期效果。

然而,如果在設計水天花板隔斷層時,在其安裝方式上進行改善,使水天花板塊與塊之間連接的更加牢固,如在水天花板下用鋼絲網整體網住,使其不易在火災發(fā)展的早期就整塊的掉落下來。如果它整體安裝得非常牢固,當火災發(fā)生時,水天花板被燃后,它里面的水滴就會不斷掉落下來,應該可以在一定程度上阻止或延緩火焰的蔓延,起到一定的防火作用。

(3)在市場上,屋面材料還有雙面彩鋼夾芯板等材料。這些材料相對防火性能較好,然而這些材料的隔熱效果比較差,在夏天使用時,板房內的溫度會相對較高。因此,在屋面材料選用時,除了考慮到火災危險性外,還應考慮到災區(qū)安置點的其它實際情況。

(4)綜合這兩次試驗以及在災區(qū)安置點調查分析后得出,在安置房的屋面材料選用時,建議屋面材料采用:單層彩鋼板+阻燃EPS泡沫板+石膏板吊頂,在安裝方式可靠、經濟等條件允許下,吊頂最好選用自動水天花板,即設置水天花板隔斷層。

4.2 安置房墻板材料的試驗分析

試驗中安置房的墻板材料:

B棟的墻板:雙面彩鋼不阻燃 EPS復合板;C棟墻板:雙面彩鋼阻燃EPS復合板。

(1)第一次試驗時,點火后,安置房先從墻板的EPS芯材燃燒,墻板的 EPS火焰蔓延速度并不快。在點火后第6分鐘,隔墻板開始有黑煙冒出,局部已炭化,開始被引燃。火焰由此蔓延,在點火后第21分鐘時,B2房間的后墻(外墻)已經在劇烈燃燒了。而在此次試驗中B2房間由于未放有任何可燃物, B3房間未被引燃。

試驗后發(fā)現,房間B1、B2的外墻面板等都出現一定程度上的變形(山墻板基本已經被炭化),少數墻面板被燒掉落下來了,而活動房B1與B2之間的隔墻板(內墻)已經被燒掉落下來,大部分隔墻板被燒毀。

(2)第二次試驗時,點火后,室內物品迅速燃燒,火勢較大。當火災發(fā)展到第4分鐘時火焰已經通過隔墻板(內墻)竄到相鄰房間;同時 C1房間的外墻板已經被引燃。從現場記錄表2中看出在火災發(fā)展到9分45秒時,房間C3也開始被引燃,此時C2與C3房間之間的隔墻板也已經被引燃,此后 C3房間的天花板也被燒掉下了一塊。

試驗結束后,C棟活動房里的隔墻板(內墻)已經都被燒掉,房間C1、C2的外墻面板部分被燒毀或燒掉落下來,部分出現嚴重變形;

(3)綜合分析可以看出,火勢一般會通過墻板蔓延,尤其是安置房中相鄰房間的隔墻板(內墻),所以墻板的防火能力非常重要尤其是隔墻板。當火災發(fā)生時,如果安置房中的隔墻板具有一定的防火作用,它將有效的阻止或延緩火焰的蔓延,降低安置房的火災危險性[3-5]。

因此建議:安置房中墻板應采用具有一定防火能力的墻板,尤其是相鄰房間之間的隔墻板,建議選用雙層彩鋼巖棉復合板等;其它墻板選用雙面彩鋼阻燃EPS復合板。

4.3 安置房內可燃物控制的試驗分析

(1)對于第一次試驗,當起火房間的同棟相鄰房間沒有放可燃物時,從整個火災發(fā)展情況看,火焰蔓延速度慢且火勢不大,并沒有蔓延到鄰棟房間,同棟房間也沒有被完全燃燒起來。

(2)對于第二次試驗,當起火房間及其同棟相鄰房間都放有大量可燃物且布置緊密,尤其是隔墻的兩側都放有很多可燃物時,火焰蔓延速度快且火勢非常大,從表2的試驗記錄表中可以看出,在起火房間和它的相鄰房間還發(fā)生了轟燃,鄰棟房屋也被引燃,非常危險。

(3)然而,在災區(qū)安置點的幾乎每個活動板房內都會有大量的可燃物。因此,為了降低安置房的火災危險性,需要對其室內可燃物進行控制。所以建議:

①安置房內盡量少放沙發(fā)等易燃物,同時每戶板房外應配備手提式滅火器和消防水桶;當每戶有大量家具等可燃物時,盡量少留家具在板房內,應把剩余家具單獨存放,并對其存放的活動板房加強防火保護,如采取在這些活動房屋的一側設防火隔板等方法。

②在家具、生活用品等可燃物擺放位置,盡量不要過于集中擺放。

4.4 安置房之間的間距的試驗分析

(1)在第一次試驗時,由于現場風速較小且火勢較小,火焰并沒有蔓延到鄰棟房屋,但如果發(fā)生火災時風速較大的話,而安置房之間的間距又較小時,火勢可能會受到很大影響,以致蔓延到鄰棟房屋。

(2)在第二次試驗時,由于火勢較大,火焰蔓延速度很快。在點火后第4分鐘大量高溫濃煙就串到并已蓄滿了B棟房屋前屋檐下,在這1分鐘后B1房間的前屋檐就開始被引燃;接著1分鐘后B棟前屋檐徹底燃燒起來并開始引燃B 1房間的屋頂;在點火后第11分鐘B1、B2房間就徹底燃燒起來。

由此可見,B棟與C棟活動板房之間的間距過小;其次活動板房的前屋檐伸的過長,以致它離鄰棟板房較近;這兩個方面都易造成鄰棟板房之間火焰的蔓延,使安置房的火災危險性加大。

(3)安置房內人員密度一般較大,如果發(fā)生火災,當安置房之間的間距過小時,將會影響到人員的安全疏散;另外,當安置房的前屋檐跨度過大時,更容易蓄積高溫煙氣(板房材料PU夾芯板燃燒時的煙氣具有很大毒性),也不利于人員逃生。因此建議:

①安置房鄰棟間距為3米,同時每隔2棟設1消防通道,即每2棟板房間距參考《建筑設計防火規(guī)范》第5.2.1條,按民用建筑耐火等級為3級設置間距為8米[6]。

②盡量縮短安置房前屋檐的跨度;

③安置房的板塊盡量考慮采用燃燒時產生的煙氣為無毒的材料(當然既經濟又環(huán)保的材料最好)制作的復合板。

4.5 安置房之間設防火隔板的試驗分析

試驗時,在A棟和B棟之間采用輕鋼龍骨+石膏板做一道防火隔墻。

在這兩次試驗過程中,由于防火隔板的作用,A棟板房基本都沒有受到火勢的影響,說明在相臨建筑(阻燃活動房)的一側設防火隔板的方法有效地阻止了火焰的蔓延,其防火效果顯著。因此建議:在災區(qū)安置點,當某棟特殊活動房屋需要加強防火保護時,可在這些活動房屋的一側采用輕鋼龍骨+石膏板做一道防火隔墻等等。

4.6 安置房的整體結構耐火情況的試驗分析

(1)在第一次試驗結束后發(fā)現,房間 B1、B2的屋架、屋架與立柱連接節(jié)點變形較小,而B3房間基本沒有受到影響,B棟板房的整體結構也無礙,安置房保持穩(wěn)定。而A棟和C棟房屋的結構更未受到一點影響。

(2)雖然第二次試驗火勢發(fā)展迅猛,火災發(fā)展過程中還產生了轟燃,但在試驗結束后,只是 C棟活動房的屋架部分變形、屋架與立柱連接節(jié)點也有一定程度的變形,但整體結構并沒有發(fā)生大的變形,更未造成整體結構性垮塌,尚能保持穩(wěn)定。

(3)因此,綜合兩次試驗分析可以看出,安置房的整體結構具有一定的耐火功能。

5 結論

本文是在災區(qū)安置點現場調研后進行的安置房實體火災試驗,通過現場調研和這兩次試驗的分析研究,得出如下幾點結論。

(1)在板房的屋面材料選用時,建議采用:單層彩鋼板+阻燃EPS泡沫板+石膏板吊頂,在安裝方式可靠、經濟等條件允許下,吊頂最好設置水天花板隔斷層。

(2)對于板房中相鄰房間之間的隔墻板,建議選用雙層彩鋼巖棉復合板等;其它墻板選用雙面彩鋼阻燃EPS復合板。

(3)在室內可燃物控制方面建議:板房內盡量少放如沙發(fā)等火災荷載比較大的易燃物,同時每戶板房外應配備手提式滅火器和消防水桶;在擺放位置時盡量不要過于集中擺放。

(4)在板房間距方面建議:板房鄰棟間距為3米,同時每隔2棟設1消防通道,即每2棟相鄰板房間距為8米。

(5)在相臨板房的一側設防火隔板的方法可以有效地阻止火焰的蔓延,其防火效果顯著。

(6)通過兩次火災試驗后發(fā)現,三棟板房的整體結構均未發(fā)生大的變形,更未造成整體結構性跨塌,說明板房的整體結構具有一定的防火功能。

(7)阻燃活動板房的火災危險性較大,為了降低火災發(fā)生概率和火災發(fā)生后的損失,在災區(qū)安置點處還需要進行消防知識的大力宣傳教育,提高大家的防火意識,對專職的消防安全管理人員進行培訓,并嚴格制定消防安全應急方案。

[1]陳愛平,張云明,張瑩.室內火災升溫速率的試驗研究[J].火災科學,2004,13(1):57-62.

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[5]張和平,亓延軍,徐亮,等.可燃物表面積和厚度對建筑物內火災載荷的影響[J].火災科學,2003,12(2):90-94.

[6]GB50016-2006,建筑設計防火規(guī)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

公安部科研項目“地震過渡房的火災安全性及要求”(2008YYCXSCXS155)

包光宏(1982-),男,漢族,研究實習員,工學碩士。主要從事建筑防火技術及消防檢測技術研究。