建筑材料阻燃性測(cè)試方法現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)階段，阻燃建筑材料被廣泛應(yīng)用，因此不同場(chǎng)所用到的材料阻燃性能應(yīng)達(dá)到什么要求和材料阻燃性能的測(cè)試方法便成為人們研究的熱點(diǎn)。

現(xiàn)階段，阻燃建筑材料被廣泛應(yīng)用，因此不同場(chǎng)所用到的材料阻燃性能應(yīng)達(dá)到什么要求和材料阻燃性能的測(cè)試方法便成為人們研究的熱點(diǎn)?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，不同材料通常發(fā)生不同程度的燃燒，同時(shí)影響材料燃燒的因素又多種多樣，如點(diǎn)火源位置、火源強(qiáng)度、通風(fēng)情況、材料的形狀等，在這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中，很難準(zhǔn)確而又客觀地測(cè)定材料燃燒性能的所有參數(shù)。在這種情況下，針對(duì)不同參數(shù)的試驗(yàn)方法應(yīng)運(yùn)而生，這些試驗(yàn)及評(píng)價(jià)方法大多沒(méi)有可靠的燃燒學(xué)理論根據(jù)，而是以人們的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的指令性方法，不同的試驗(yàn)方法針對(duì)的參數(shù)和檢驗(yàn)項(xiàng)目不同。因此在標(biāo)稱該材料具有阻燃性能時(shí)，應(yīng)說(shuō)明該材料在測(cè)試時(shí)所采用的方法和條件，同時(shí)還應(yīng)注意到，所有的測(cè)試方法都是在不斷的發(fā)展、完善和統(tǒng)一中，與真實(shí)火災(zāi)的關(guān)聯(lián)性逐漸增強(qiáng)，不斷趨于客觀真實(shí)和統(tǒng)一。

阻燃材料測(cè)試方法的進(jìn)展

早在19世紀(jì)末期，英國(guó)就曾經(jīng)試圖測(cè)試建筑構(gòu)件的耐火性能；1903年，國(guó)際消防大會(huì)上就有關(guān)于耐火極限測(cè)試方法數(shù)據(jù)的發(fā)表，而實(shí)際的測(cè)試工作更是在19世紀(jì)末期就已經(jīng)開始； 1905年，美國(guó)工程師 John R. Freeman 就發(fā)明了“煙囪”測(cè)試法用來(lái)測(cè)試織物的阻燃性能；20世紀(jì)30年代以后，人們先后意識(shí)到火焰?zhèn)鞑サ奈：π?，開始建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如英國(guó)為模擬火勢(shì)在走廊中的蔓延，制定了BS 476 《建筑材料和構(gòu)件的防火測(cè)試》等系列標(biāo)準(zhǔn)；與此同時(shí)，美國(guó)為評(píng)估房間內(nèi)或走廊內(nèi)火災(zāi)沿天花板傳播的危害性，建立了 ASTM E 84 《建筑材料表面燃燒特性的測(cè)試方法》標(biāo)準(zhǔn)。

早期的阻燃試驗(yàn)，通常都是用于評(píng)價(jià)建筑材料或者天然材料。二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)為了保護(hù)木建筑免受戰(zhàn)爭(zhēng)引起火災(zāi)的破壞，就開始著手建立木材阻燃性能的測(cè)試方法；1943年出現(xiàn)了斯太納管道法，至今仍在使用；用本生燈測(cè)試材料阻燃性能的方法也是在20世紀(jì)40年代出現(xiàn)的。

二次世界大戰(zhàn)以后，塑料行業(yè)快速發(fā)展，人們將用于木材的測(cè)試方法用于塑料時(shí)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)現(xiàn)象不同，塑料在火種熔化、收縮，試驗(yàn)結(jié)果無(wú)相關(guān)性，這就促使了許多阻燃模型的建立和阻燃測(cè)試方法的發(fā)展。1954年，F(xiàn)M 就開始了對(duì)外墻保溫系統(tǒng)防火性能進(jìn)行測(cè)試，搭建了一個(gè)6m×30m×3m的建筑模型，主體采用不燃材料，上面搭上可燃材料，進(jìn)行10min的燃燒試驗(yàn)，觀察火勢(shì)在30min內(nèi)的蔓延情況，這個(gè)方法為后來(lái) FM 開發(fā)的認(rèn)證建筑材料的熱量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

1959年，F(xiàn)M 建筑材料量熱儀問(wèn)世，這種小尺寸量熱儀用來(lái)測(cè)量材料的熱釋放速率，隨后 FPL 量熱儀、NBS 量熱儀、SRI 量熱儀等一系列的量熱儀相繼被投入使用。1918年，Thornton發(fā)現(xiàn)了氧耗原理，即物質(zhì)完全燃燒時(shí)消耗單位質(zhì)量的氧氣會(huì)產(chǎn)生基本相同的熱量，1980年，Huggett應(yīng)用氧耗原理對(duì)常用易燃聚合物及天然材料進(jìn)行了系統(tǒng)的計(jì)算，得到了氧耗燃燒熱的平均值為13.1 kJ/g， 偏差在5%以內(nèi)。根據(jù)氧耗原理設(shè)計(jì)的錐形量熱儀和單體燃燒儀被廣泛用于材料阻燃性能的檢測(cè)，ISO 5660：1 《火災(zāi)試驗(yàn)反應(yīng)-熱釋放、生煙及質(zhì)量損失速率 第一部分：熱釋放速率（錐形量熱儀法）》、EN 13823 《建筑制品對(duì)火反應(yīng)-不含鋪地材料的建筑制品單項(xiàng)燃燒試驗(yàn)方法》、GB/T 16172 《建筑材料熱釋放速率試驗(yàn)方法》以及GB/T 20284《建筑材料或制品的單體燃燒試驗(yàn)》等標(biāo)準(zhǔn)被用做建筑材料燃燒性能分級(jí)的試驗(yàn)依據(jù)。

1966年，美國(guó)人 C.P.Fenimore 和 T.T.Martin 提出極限氧指數(shù)（LOI）的理論，4年后，美國(guó)制定了第一個(gè) LOI 的標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 2863《供給塑料的類似蠟燭燃燒時(shí)最低氧氣濃度的測(cè)量方法（氧指數(shù)）》。隨后，英國(guó)、日本以及前蘇聯(lián)等很多國(guó)家制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 也于1984年制定了ISO 4589 《塑料燃燒行為的氧指數(shù)測(cè)定》，我國(guó)GB/T 2406 《塑料燃燒性能試驗(yàn)方法氧指數(shù)法》是參照 ISO 4589 制定而成。雖然LOI被廣泛應(yīng)用，但由于實(shí)際發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不可能是富氧燃燒，同時(shí)火焰是由下向上燃燒，并不是LOI試驗(yàn)中的由上向下燃燒，因此該方法與實(shí)際火災(zāi)的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，使用受到一定的限制。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模試驗(yàn)得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)很難預(yù)料材料在火災(zāi)中的真實(shí)情況，人們又發(fā)明了大型試驗(yàn)方法，并通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。但這種試驗(yàn)耗資巨大，不適合作為標(biāo)準(zhǔn)中的方法進(jìn)行使用。同時(shí)，這種方法得出的數(shù)據(jù)同火災(zāi)實(shí)際情況也有一定差距，不能令人非常滿意。此外，人們還通過(guò)建立物理和數(shù)學(xué)模型，用來(lái)推測(cè)材料在火災(zāi)中的真實(shí)行為，以期望能得到更好的進(jìn)展。

材料阻燃性能測(cè)試六大方法

通常，人們根據(jù)火勢(shì)的發(fā)生、發(fā)展、熱釋放以及對(duì)設(shè)備和人員的危害性，將材料阻燃性能的測(cè)試方法分為6大類，一是點(diǎn)燃性和可燃性（如點(diǎn)燃溫度和極限氧指數(shù)）；二是火焰?zhèn)鞑バ裕ㄈ缢淼缹?shí)驗(yàn)和輻射板試驗(yàn)）；三是熱釋放性（如錐形量熱儀試驗(yàn)）；四是材料的生煙性（如煙箱試驗(yàn)）；五是燃燒產(chǎn)物毒性及腐蝕性（如產(chǎn)煙毒性試驗(yàn)）；六是耐燃性（如建筑構(gòu)件耐火性試驗(yàn)）。這些方法都能在特定條件下、一定程度上反映燃燒的過(guò)程，但都具有一定的局限性。

點(diǎn)燃性和可燃性

點(diǎn)燃性試驗(yàn)主要測(cè)定材料是否容易由對(duì)流熱、輻射熱或火源被點(diǎn)燃，可以模擬材料在燃燒初期至閃燃各個(gè)階段被點(diǎn)燃的傾向。由該方法制定的標(biāo)準(zhǔn)有 ISO 4589、GB 2406等氧指數(shù)試驗(yàn)方法，UL 94（IEC 60695-11）、GB 2408、GB/T 4609等塑料表面火焰?zhèn)鞑ピ囼?yàn)方法，ISO 871、GB 9343、GB 4610等測(cè)定塑料點(diǎn)燃溫度的試驗(yàn)方法，ISO 1182、BS 476.4、GB/T 5464等建材不燃性試驗(yàn)方法，建筑材料的難燃和可燃行試驗(yàn)方法，GB 2407 炙熱棒試驗(yàn)、GB 5169.5針焰試驗(yàn)等電子電氣類產(chǎn)品的燃燒試驗(yàn)，DIN VED 0472.804和 GB 12666.4 等單根電線電纜及絕緣芯線燃燒試驗(yàn)，還包括汽車艦船、家具及飛機(jī)材料的燃燒試驗(yàn)。

火焰?zhèn)鞑バ?/p>

火焰?zhèn)鞑ピ囼?yàn)主要測(cè)定火焰是否易于蔓延和其傳播速率，它關(guān)系到火災(zāi)波及臨近可燃物而使火勢(shì)擴(kuò)大，通常用隧道發(fā)和輻射板法測(cè)定。由該方法制定的主要標(biāo)準(zhǔn)有ASTM E 84隧道法， ASTM E 970法，加拿大CAN/ULC-S 102隧道法，ISO 5658.2法，英國(guó) BS 476.6和 BS 476.7 等方法，還有ASTM D 635、NF P 92-504等直接點(diǎn)燃法用來(lái)測(cè)定材料的燃燒速率。

熱釋放性

熱釋放性是指在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，材料從點(diǎn)燃到火焰熄滅為止所釋放熱量的總和。熱釋放量越大的材料，越容易引發(fā)材料閃燃，形成火災(zāi)的危險(xiǎn)性越高。前面提到的ISO 5660：1、GB/T 16172就是采用錐形量熱儀的方法測(cè)定材料的熱釋放性，美國(guó)聯(lián)邦民航規(guī)則（FAR）推薦俄亥俄州立大學(xué)（OSU）量熱儀法測(cè)定飛機(jī)用材料的熱釋放，此外，ISO 1716、DIN 4102-1、BS 476.11、GB 14403、GB 14402等標(biāo)準(zhǔn)都是采用了該方法。

生煙性

高層建筑發(fā)生火災(zāi)，煙霧是阻礙人們逃生、進(jìn)行滅火行動(dòng)和導(dǎo)致人員死亡的主要原因之一。統(tǒng)計(jì)表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其它有毒煙氣熏死者一般占火災(zāi)總死亡人數(shù)的80%以上，而被燒死的人當(dāng)中，多數(shù)是先中毒窒息暈倒后被燒死的。因此，控制材料生煙性能以及煙氣毒性是消防檢測(cè)的又一重要問(wèn)題。材料生煙性的實(shí)際測(cè)定方法可分為兩類，一類是專門用于測(cè)定生煙性的，如ASTM E662和GB 8323所采用的NBS煙箱法、ASTM D 2843采用的XP2煙箱法、ISO 5924采用的ISO 煙箱法等。另一類是多功能的，一般與其他阻燃性能同時(shí)測(cè)定，如ASTM E 84隧道法、錐形量熱儀法、ISO 6569-2法等。此外，還有質(zhì)量法和電子法等測(cè)定生煙性的其它方法。

燃燒產(chǎn)物毒性及腐蝕性

很多有機(jī)材料燃燒后都會(huì)產(chǎn)生毒性氣體和腐蝕性的物質(zhì)。ISO 制定的ISO 11907-2標(biāo)準(zhǔn)采用靜態(tài)法、ASTM D 5485采用錐形量熱儀法測(cè)定材料燃燒產(chǎn)物的腐蝕性，法國(guó)則是采用CNET法測(cè)定材料燃燒后在真實(shí)條件下對(duì)材料的直接腐蝕作用。測(cè)定材料的產(chǎn)煙毒性通常有化學(xué)法和生物法兩類，其中美國(guó)匹茲堡、德國(guó)DIN 53436以及GB/T 20285都是采用的生物試驗(yàn)法，ASTM 28000、BSS 7239、中國(guó)的 HB 7066 和 HB 7068.4 采用的是化學(xué)分析法。

耐燃性

耐燃性方法主要用于測(cè)定建筑構(gòu)件的耐火性能，適用于承重和非承重的墻、樓板和水平屋頂、梁、柱等構(gòu)件，ISO 834和 GB/T 9978等標(biāo)準(zhǔn)都是采用該方法。

由于實(shí)際燃燒過(guò)程的因素難以在實(shí)驗(yàn)室的條件下全面模擬和重現(xiàn)，所以任何試驗(yàn)都無(wú)法提供全面的準(zhǔn)確的火災(zāi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，只能作為火災(zāi)中材料行為特性的參考。不同的試驗(yàn)方法也往往產(chǎn)生不同的分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果，因此大多數(shù)燃燒試驗(yàn)的結(jié)果并不能全面反應(yīng)材料在火災(zāi)中的真實(shí)行為。

材料阻燃性測(cè)試方法發(fā)展趨勢(shì)

雖然，材料阻燃性能測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越科學(xué)和完善，但由于各國(guó)材料阻燃性能測(cè)試的方法不盡相同，所以生產(chǎn)企業(yè)想要其產(chǎn)品在各國(guó)內(nèi)都進(jìn)行銷售，必須符合各國(guó)不同阻燃性能的要求。而各國(guó)通常不會(huì)認(rèn)同其他國(guó)家的檢測(cè)數(shù)據(jù)，所以，生產(chǎn)企業(yè)需對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行多次測(cè)試以滿足各國(guó)不同的需求，產(chǎn)生技術(shù)壁壘的同時(shí)還提高了生產(chǎn)成本，不利于企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)和標(biāo)準(zhǔn)體系的發(fā)展。由此可見，不同標(biāo)準(zhǔn)體系的統(tǒng)一化和國(guó)際化路徑勢(shì)在必行。

從20世紀(jì)80年代初開始，歐盟為消除技術(shù)壁壘，使產(chǎn)品在歐盟成員國(guó)內(nèi)自由流通，就開始致力于建筑產(chǎn)品阻燃試驗(yàn)方法的統(tǒng)一化工作。歐盟于1989年頒布了“建筑產(chǎn)品指令”，包括產(chǎn)品獲得CE標(biāo)志的6個(gè)基本要求，其中一個(gè)就是“火災(zāi)安全”，奠定了發(fā)展歐盟統(tǒng)一的阻燃試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)。歐盟為主張其成員國(guó)統(tǒng)一阻燃試驗(yàn)方法，曾提出以英國(guó)的BS 476.7（火焰表面?zhèn)鞑ピ囼?yàn)）、法國(guó)的NF P 92-501（Epiradiateur試驗(yàn)）和德國(guó)的DIN 4102-1（Brandschacht試驗(yàn)）為基礎(chǔ)，進(jìn)行阻燃測(cè)試方法的研究。1991年，北歐提出統(tǒng)一建材阻燃性能測(cè)試方法的計(jì)劃，建議用錐形量熱儀（ISO 5660）和大型燃燒試驗(yàn)（ISO 9705）兩者的測(cè)試結(jié)果來(lái)劃分比值和天花襯里材料的阻燃級(jí)別。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)成立了TC 127專業(yè)技術(shù)委員會(huì)，主要目的是利用現(xiàn)有研究成果，建立用于評(píng)價(jià)建筑材料、產(chǎn)品及構(gòu)件統(tǒng)一防火性能的試驗(yàn)方法；歐盟各國(guó)的官方實(shí)驗(yàn)室還成立了一個(gè)國(guó)際合作組織EGOLF，用于促進(jìn)各實(shí)驗(yàn)室間的合作和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的共享，EGOLF包括20多個(gè)歐盟的實(shí)驗(yàn)室，被認(rèn)為是未來(lái)歐洲統(tǒng)一阻燃試驗(yàn)和認(rèn)證系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在歐盟統(tǒng)一分類的標(biāo)準(zhǔn)中，一些對(duì)火反應(yīng)的試驗(yàn)方法，仍是主要從ISO標(biāo)準(zhǔn)中選擇的，如建材的不燃、難燃和易燃試驗(yàn)。但對(duì)于中等可燃性的墻壁及天花板襯里，沒(méi)有現(xiàn)成的方法可以使用，因此開發(fā)出了單體燃燒試驗(yàn)，即EN 13823。為了確保阻燃性測(cè)試方法的有效實(shí)施，歐盟特意根據(jù)不同材料制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)。例如1997年，歐盟建立了一個(gè)名為Firestarr Project的計(jì)劃，旨在研究和建立一套適合鐵路車輛部件的試驗(yàn)方法和分級(jí)系統(tǒng)，可用于車廂的墻壁、天花板、地板等材料。

隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，消除各國(guó)間的技術(shù)壁壘，標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一化是最有效的方法之一。對(duì)我國(guó)而言，自主研發(fā)的檢測(cè)方法較少，大多采用歐盟或者國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，這給企業(yè)的進(jìn)出口業(yè)務(wù)帶來(lái)了一定的便利性。但由于檢測(cè)機(jī)構(gòu)間的互認(rèn)等原因，還很難做到一份檢測(cè)報(bào)告全球通用的最終目標(biāo)。因此，我們應(yīng)在現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)上積極參與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。同時(shí)抓緊時(shí)間制定有優(yōu)勢(shì)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建適當(dāng)?shù)募夹g(shù)壁壘，有利于對(duì)外貿(mào)易的健康發(fā)展。