建筑用防火門(mén)耐火性能理論與試驗(yàn)分析

張正　胡海濱　錢(qián)海帆　盧文斌

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院　廣東　廣州　510330）

建筑用防火門(mén)耐火性能理論與試驗(yàn)分析

張正胡海濱錢(qián)海帆盧文斌

（廣東產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院廣東廣州510330）

通過(guò)Warrington防火構(gòu)件試驗(yàn)爐對(duì)不同材質(zhì)的防火門(mén)進(jìn)行耐火試驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：防火門(mén)的不同外表材質(zhì)對(duì)耐火性能的影響較??；耐火性能主要受門(mén)芯填充物影響；并結(jié)合相關(guān)理論，推導(dǎo)耐火性能計(jì)算公式，運(yùn)用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，結(jié)果表明，理論值與試驗(yàn)值相符。

防火構(gòu)件試驗(yàn)爐；防火門(mén)；耐火性能；理論值

防火門(mén)是建筑物水平防火分區(qū)的主要構(gòu)件，廣泛應(yīng)用于高層建筑、醫(yī)院、大型商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、廠房、地下車(chē)庫(kù)、酒店等人員密集場(chǎng)所。它們是預(yù)防火災(zāi)蔓延，降低火災(zāi)損失的重要消防工具，防火門(mén)在我國(guó)已經(jīng)有了多年的應(yīng)用與發(fā)展，經(jīng)過(guò)多年來(lái)的開(kāi)發(fā)研究，從原材料、五金配件到結(jié)構(gòu)、門(mén)型、門(mén)芯等方面都有了很大的提高，在保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，減輕火災(zāi)損失方面發(fā)揮了重要作用[1]，防火門(mén)作為公認(rèn)的能有效阻止火勢(shì)的被動(dòng)式防火裝置，一般發(fā)生火災(zāi)時(shí)，防火門(mén)能將高溫和濃煙限制在某一特定區(qū)域內(nèi)，使火勢(shì)不能迅速蔓延。所以防火門(mén)耐火性能的優(yōu)劣在建筑發(fā)生火災(zāi)的救援中起著關(guān)鍵性作用[2～3]。

耐火性能作為評(píng)價(jià)防火門(mén)質(zhì)量的重要指標(biāo)，筆者結(jié)合近幾年對(duì)防火門(mén)的質(zhì)量檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，市場(chǎng)和施工領(lǐng)域使用的產(chǎn)品質(zhì)量堪憂。耐火性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求比例較高，本研究以單扇防火門(mén)為例，結(jié)合相關(guān)的理論知識(shí)，對(duì)防火門(mén)的耐火性能的理論計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)，結(jié)合近幾年防火門(mén)實(shí)際的檢測(cè)檢驗(yàn)工作，旨為建筑用防火門(mén)的研發(fā)、生產(chǎn)和使用過(guò)程提供一些依據(jù)和參考。

1　防火門(mén)的分類(lèi)及技術(shù)要求

防火門(mén)是指按照《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1部分：通用要求》（GB/T9978.1-2008）檢測(cè)，耐火性能達(dá)到《防火門(mén)》（GB12955-2008）表1要求的門(mén)。

（1）按防火門(mén)的開(kāi)啟方式將防火門(mén)分為閉式防火門(mén)和開(kāi)式防火門(mén)兩種。

（2）根據(jù)構(gòu)成防火門(mén)框、門(mén)扇骨架、門(mén)扇面板的材料將防火門(mén)分為鋼質(zhì)防火門(mén)、木質(zhì)防火門(mén)、鋼木質(zhì)防火門(mén)及其他材質(zhì)防火門(mén)[4～5]。

（3）按照門(mén)的耐火性能分類(lèi)，依據(jù)《防火門(mén)》（GB12955-2008）的要求，防火門(mén)可以分為隔熱防火門(mén)（A類(lèi)fullyinsulateddoorsets）、部分隔熱防火門(mén)（B類(lèi)partially insulated door sets）、非隔熱防火門(mén)（C類(lèi)no insulated door sets）三種。

（4）依據(jù)《防火門(mén)》（GB12955-2008）防火門(mén)的耐火性能可分為A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)，即隔熱性防火門(mén)、部分隔熱防火門(mén)和非隔熱防火門(mén)三類(lèi)，詳見(jiàn)《防火門(mén)》（GB12955-2008）表1所示[6～7]。

2　耐火性能理論推導(dǎo)

防火門(mén)的耐火性能采用建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)爐（豎爐）進(jìn)行試驗(yàn)，為了盡量使防火門(mén)受到與實(shí)際火災(zāi)相似的火焰作用，耐火試驗(yàn)采用明火加熱，且建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)爐內(nèi)溫度隨時(shí)間變化而變化，并受T=345log（8t+1）+20函數(shù)關(guān)系控制，式中T為爐內(nèi)的平均溫度，單位為攝氏度（℃）；t為時(shí)間，單位為分鐘（min）。

根據(jù)GB12955-2008防火門(mén)對(duì)A類(lèi)甲級(jí)防火門(mén)耐火性能的要求，由圖1可知，在正常耐火試驗(yàn)進(jìn)行90min時(shí)，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)爐內(nèi)溫度約為1000℃；根據(jù)GBT9978.1-2008可知耐火極限判斷條件，在規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，防火門(mén)應(yīng)滿足以下要求：①不喪失完整性：包括試件背火面出現(xiàn)火焰燃燒并持續(xù)燃燒時(shí)間未超過(guò)10s，竄過(guò)門(mén)縫的火焰未點(diǎn)燃棉墊，試件未垮塌；②不喪失隔熱性：包括試件背火面的平均溫升未超過(guò)平均溫度140℃，試件背火面任一點(diǎn)位置的溫度溫升未超過(guò)初始溫度（包括移動(dòng)熱電偶）180℃，門(mén)框溫升未超過(guò)360℃。由此，根據(jù)GB12955-2008、GB/ T7633-2008和相關(guān)理論知識(shí)[8～9]，以防火門(mén)的背火面溫度為判斷參數(shù)，推導(dǎo)防火門(mén)隔熱性能的理論計(jì)算公式。

式中：η-修正系數(shù)，η=1.37；Tb-防火門(mén)背火面溫度，℃；T1、T2爐內(nèi)空氣溫度、爐外空氣溫度，℃；κ1、κ2-防火門(mén)扇內(nèi)、外表面的傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；λ-材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）；δ-材料厚度，m；n-材料層數(shù)。

3　試驗(yàn)部分

耐火性能（也稱(chēng)耐火極限）包括耐火隔熱性和耐火完整性，耐火隔熱性是指在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，建筑構(gòu)件當(dāng)某一面受火時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)背火面溫度不超過(guò)規(guī)定溫度極限值的能力；耐火完整性是指在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)條件下，建筑構(gòu)件當(dāng)某一面受火時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)阻止火焰和熱氣穿透或在背火面出現(xiàn)火焰的能力。Warrington防火構(gòu)建試驗(yàn)爐系統(tǒng)流程如圖1所示，實(shí)物圖如圖2所示。

圖1　Warrington防火構(gòu)建試驗(yàn)爐系統(tǒng)流程圖

本文以《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1部分：通用要求》（GB/ T9978.1-2008）和《防火門(mén)》（GB12955-2008）為依據(jù)，對(duì)不同防火門(mén)進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，同時(shí)也采用防火門(mén)隔熱性能理論公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)其隔熱性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）本次鋼質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充為珍珠巖）按照A1.50（甲級(jí)）進(jìn)行測(cè)試，圖2為鋼質(zhì)防火門(mén)耐火試驗(yàn)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)溫度和爐內(nèi)平均溫度隨時(shí)間的變化；圖3為鋼質(zhì)防火門(mén)耐火試驗(yàn)過(guò)程背火面不同測(cè)點(diǎn)溫度及平均溫度隨時(shí)間的變化，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，環(huán)境溫度為28℃。

（2）本次木質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充為珍珠巖）按照A1.50（甲級(jí)）進(jìn)行測(cè)試，圖4為木質(zhì)防火門(mén)耐火試驗(yàn)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)溫度和爐內(nèi)平均溫度隨時(shí)間的變化；圖5為木質(zhì)防火門(mén)耐火試驗(yàn)過(guò)程背火面不同測(cè)點(diǎn)溫度及平均溫度隨時(shí)間的變化，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，環(huán)境溫度為22℃。

圖2　標(biāo)準(zhǔn)溫度和爐內(nèi)平均溫度隨時(shí)間的變化圖

圖3　背火面溫度及平均溫度隨時(shí)間的變化圖

圖4　標(biāo)準(zhǔn)溫度和爐內(nèi)平均溫度隨時(shí)間的變化

（3）按照A1.50（甲級(jí)）分別對(duì)具有和3.1鋼質(zhì)防火門(mén)具有相同外表材質(zhì)的防火門(mén)（內(nèi)填充材料分別為巖棉、玻璃棉）進(jìn)行測(cè)試，鋼質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充玻璃棉）進(jìn)行到56min時(shí)，出現(xiàn)燒穿、背火面竄火，背火面的最高溫升達(dá)到248.5℃；鋼質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充巖棉）進(jìn)行到77min時(shí)，背火面最高溫升首次超過(guò)180℃，達(dá)到了185.6℃。

4　結(jié)果與分析

（1）從圖3～5可得知，木質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充珍珠巖）的背火面最高溫度為116.9℃，背火面平均最高溫度為87.5℃；鋼質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充珍珠巖）背火面的最高溫度為132.3℃；背火面平均最高溫度為96.7℃。試驗(yàn)過(guò)程中，兩類(lèi)防火門(mén)都沒(méi)出現(xiàn)坍塌、燒穿、背火面竄火等不合格項(xiàng)。木質(zhì)防火門(mén)的外表為經(jīng)阻燃處理的杉木板，鋼質(zhì)防火門(mén)的外表為厚約2mm的鋼板。兩種防火門(mén)都進(jìn)行A1.50（甲級(jí)）試驗(yàn)。

圖5　背火面溫度及平均溫度隨時(shí)間的變化圖

結(jié)果表明，兩類(lèi)防火門(mén)都達(dá)到了A1.50（甲級(jí)）的耐火性能的要求，背火面的平均溫升都低于140℃，背火面的最高溫升都低于180℃；兩類(lèi)防火門(mén)的不同外表材質(zhì)對(duì)耐火性能的影響較小；從圖7中看出，由于木質(zhì)防火門(mén)表面飾面膠合板阻燃處理較差或者未使用經(jīng)過(guò)阻燃處理的飾面板，在爐內(nèi)助燃，導(dǎo)致實(shí)測(cè)爐內(nèi)溫度在試驗(yàn)開(kāi)始的13min內(nèi)急劇上升，與標(biāo)準(zhǔn)爐內(nèi)溫度有很大偏離；由于飾面板燃燒殆盡，在13～20min內(nèi)，實(shí)測(cè)爐內(nèi)溫度又逐漸下降，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的偏離區(qū)間。

（2）圖3和圖4對(duì)應(yīng)的為鋼制單扇防火門(mén)，膨脹珍珠巖板厚度δ=41mm，防火板厚度δ=5.2mm，防火門(mén)表面鋼板厚度為1.4mm；膨脹珍珠巖板導(dǎo)熱系數(shù)λ≤0.094W/（m·K），采用導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀測(cè)定可知，防火門(mén)表面鋼板傳熱系數(shù)κ1、κ2為33.8W/（m2·K），防火板等的導(dǎo)熱系數(shù)取0.164W/（m·K）。由于材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，其導(dǎo)熱性能（傳熱性能）越好，相對(duì)應(yīng)其隔熱性能越差，所以，計(jì)算中所用各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)，均取最高值進(jìn)行計(jì)算，λ=0.094W/（m·K），本次試驗(yàn)時(shí)候，防火門(mén)背火面初始溫度為28℃。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間溫度曲線可知，90min時(shí)，爐內(nèi)溫度T1= 1000℃，將參數(shù)代入公式1中，計(jì)算出背火面溫度Tb=102.8℃，對(duì)應(yīng)防火門(mén)背火面平均溫度為96.7℃，最高溫度為132.3℃，理論計(jì)算的背火面溫度滿足GB12955-2008防火門(mén)中A1.50（甲級(jí)）的要求，理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相吻合。

（3）圖5和圖6對(duì)應(yīng)的為木質(zhì)單扇防火門(mén)，膨脹珍珠巖板厚度δ=43mm，防火板厚度δ=5.5mm，飾面膠合板厚度為2.9mm；膨脹珍珠巖板導(dǎo)熱系數(shù)λ≤0.094W/（m·K），采用導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀測(cè)定可知，飾面膠合板傳熱系數(shù)κ1、κ2為30.4W/（m2· K），膠合板和防火板的導(dǎo)熱系數(shù)取0.211W/（m·K）。由于材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，其導(dǎo)熱性能（傳熱性能）越好，相對(duì)應(yīng)其隔熱性能越差，所以，計(jì)算中所用各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)，均取最高值進(jìn)行計(jì)算，λ=0.094W/（m·K），本次試驗(yàn)時(shí)候，防火門(mén)背火面初始溫度為22℃。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間溫度曲線可知，90min時(shí)，爐內(nèi)溫度T1= 1000℃，將參數(shù)代入公式1中，計(jì)算出背火面溫度Tb=97.6℃，對(duì)應(yīng)防火門(mén)背火面平均溫度為87.5℃，最高溫度為116.9℃，理論計(jì)算的背火面溫度滿足GB12955-2008防火門(mén)中A1.50（甲級(jí)）的要求，理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相吻合。

（4）對(duì)比3.1、3.2和3.3可得知，影響防火門(mén)的主要因素在于內(nèi)填充材料，試驗(yàn)結(jié)果表明，耐火性能最佳的防火門(mén)依次為，鋼質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充珍珠巖）和木質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充珍珠巖051）、鋼質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充巖棉）、鋼質(zhì)防火門(mén)（內(nèi)填充玻璃棉）。

本文以不同材質(zhì)的單扇防火門(mén)耐火試驗(yàn)為基礎(chǔ)，分析不同材質(zhì)的防火門(mén)的耐火性能差異，并運(yùn)用理論公式對(duì)其耐火性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，理論值與實(shí)測(cè)值相符合，為防火門(mén)的研發(fā)、生產(chǎn)、檢測(cè)等提供了依據(jù)，有助于提高防火門(mén)產(chǎn)品的性能。

[1]劉志鵬，陳英杰，張正，李博.防火門(mén)和防火卷簾的耐火性能分析[J].廣東科技，2012（6）：246～247.

[2]楊笛.新型防火門(mén)芯板的研制[J].門(mén)窗，2008（4）：49～51.

[3]付利民.木質(zhì)防火門(mén)制造工藝簡(jiǎn)述[J].家具與室內(nèi)裝飾，2005（8）：74～75.

[4]《鋼質(zhì)防火門(mén)通用技術(shù)條件》（GB 12955-1991）[S].

[5]《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法-第1部分：通用要求》（GBT 9978-2008）[S].

[6]《防火門(mén)》（GB 12955-2008）[S].

[7]《門(mén)和卷簾的耐火試驗(yàn)方法》（GB/T7633-2008）[S].

[8]王補(bǔ)宣.工程傳熱傳質(zhì)學(xué)（上）[M].北京：科學(xué)出版社，1998.

[9]楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1998.

TU892

A

1673-0038（2015）17-0118-03

2015-4-6

張正（1982-），男，漢族，工程師，碩士，主要從事防火構(gòu)件與防火材料檢測(cè)工作。