中美歐屋面材料防火性能測試技術(shù)對比研究

姚玉梅

（上海建科檢驗有限公司， 上海 200032）

中美歐屋面材料防火性能測試技術(shù)對比研究

姚玉梅

（上海建科檢驗有限公司， 上海 200032）

隨著各種新型屋面材料的出現(xiàn)和使用，我國屋面材料的防火安全問題越來越突出。隨著科技不斷發(fā)展，各國屋面防火性能測試技術(shù)也日趨成熟。主要著眼于中美歐主要測試方法，針對其中火源、輻射熱、風的控制及可接受的判據(jù)等進行比較分析，為我國屋面材料防火測試技術(shù)的發(fā)展提供參考。

屋面材料；防火性能；模擬火源；測試技術(shù)

0 引 言

近年來，隨著屋面保溫工程的大幅增加，合成樹脂瓦取代無機瓦片、防水卷材、光伏電池板的大量使用，屋面材料防火安全問題越來越突出，采用合適的方法和手段控制屋面材料火災(zāi)風險顯得日益重要。

屋面材料作為建筑外圍護結(jié)構(gòu)的一部分，主要火災(zāi)風險來源于建筑外部火災(zāi)。建筑外部火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展和傳播都不同于建筑內(nèi)部火災(zāi)，屋面受到火焰作用同時還受到環(huán)境熱輻射和風的明顯影響，其火災(zāi)蔓延的方式主要有：熱傳導、熱對流、熱輻射、飛火。因此屋面材料防火性能測試方法應(yīng)綜合考慮這些因素。

美歐屋面材料防火相關(guān)標準或技術(shù)法規(guī)形成較早。我國雖然 2014 年首次發(fā)布了屋面材料防火性能測試方法標準，還未出臺相關(guān)判定/分級標準。許多屋面材料產(chǎn)品標準、防火設(shè)計規(guī)范仍采用內(nèi)裝修材料的分級和判定方法，已明顯不適用。現(xiàn)對方法中關(guān)鍵控制技術(shù)進行比較分析，為我國屋面材料防火測試技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 測試用模擬火源

建筑屋面火災(zāi)大多由兩種方式引起：一種是當室內(nèi)或外墻燃燒發(fā)展到猛烈階段，大量高溫煙氣和火焰通過屋檐上竄，造成屋面火災(zāi)；第二種常出現(xiàn)在大風環(huán)境火場，建筑外部火焰因強風作用飛落接觸到鄰近的下風向建筑屋面，引起火災(zāi)蔓延。各測試方法中對火焰的模擬主要考慮這兩種形態(tài)的火源。

1.1 美國標準

美國屋面防火測試方法最早由保險商試驗室 UL 在1903 年制定 UL790 Standard Test Methods for Fire Tests of Roof Coverings《屋面材料防火性能標準測試方法》，該方法 1910年被美國消防協(xié)會 NFPA 采用，制定標準 NFPA 256 Standard Methods of Fire Tests of Roof Coverings《屋面材料防火性能標準測試方法》。經(jīng)過 100 多年的使用和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，該方法被美國材料測試協(xié)會 ASTM 采用，制定標準 ASTM E108 Standard Test Methods for Fire Tests of Roof Coverings《屋面材料防火性能標準測試方法》。

該方法規(guī)定了 4 種試驗方法，分別是間歇施火、持續(xù)施火、燃木試驗、飛火試驗；使用了 2 種不同形式的火源；同時描述了嚴重、中等、輕微 3 種火災(zāi)程度，把屋面材料分成對應(yīng)的 A、B、C 3 個等級。

間歇施火和持續(xù)施火試驗采用燃氣通過鋼管狹縫出口燃燒形成 0.9 m 寬帶型火焰，模擬屋檐下方上竄火焰，如圖 1 所示。A、B、C 3 個等級通過控制燃氣流量和壓力調(diào)節(jié)火焰大小。間歇施火試驗是將火焰按照標準規(guī)定的時間間歇性施加到屋面上，模擬了火舌掠過屋面的情形，于此相應(yīng)的是持續(xù)施火試驗，將火焰持續(xù)作用在屋面，考察火焰?zhèn)鞑デ闆r。

燃木試驗是將點燃的木垛放置在屋面上，考察其破壞性和燃燒性，模擬外來飛火情況下屋面防火性能。木垛由截面為(19.1×19.1)mm 的木條分層交錯疊加構(gòu)成，如圖 2 所示。A、B、C 3 個等級使用木垛大小和數(shù)量不同：A 級成品木垛的干重(2000±150)g，每次試驗用 1 個；B 級成品木垛的干重(500±50)g，每次試驗用 2 個；C 級成品木垛干重(9.25±1.25) g，每次試驗用 20 個。

圖1 UL790間歇施火和持續(xù)施火火焰

圖2 UL790使用木垛

1.2 歐洲標準

歐洲 2002 年推出了建筑材料及制品火災(zāi)分級系列標準EN13501 Fire classification of construction products and building elements《建筑制品和構(gòu)件的火災(zāi)分級》，其中第五部分EN13501—5—Part 5: Classification using data from external fire exposure to roofs tests 就是用外部火災(zāi)數(shù)據(jù)對屋面材料進行分級，引用的分級數(shù)據(jù)來源于 ENV 1187 Test methods for external fire exposure to roofs《屋面材料外部火災(zāi)試驗方法》。該方法中描述了 3 個試驗方法，技術(shù)來源分別是法國、比利時等成員國國家標準，3 個試驗沒有排名順序，任一試驗都不能被代替，因此實際各成員國采用均有限。

ENV 1187 試驗 1－燃木試驗，用 600 g 木絲裝入鋼絲框中作為引燃屋面材料的燃木，如圖 3，重量接近于 UL790 中B 級木垛，但是木垛和木絲的燃燒特性不同，木垛較難點燃,燃燒時間能持續(xù)幾十分鐘，而木絲容易點燃，燃燒時間 4 min～5 min，反映飛火短時間內(nèi)破壞情況。

圖3 ENV 1187試驗1使用木絲鋼絲框

ENV 1187 試驗 2 木垛使用木條訂制，由 8 條(10×10×100) mm 的松木組成。其中 6 條松木以 8 mm 間隔釘在余下 2 條松木上，如圖 4 所示。木垛包括釘子的質(zhì)量為(40±2)g，熱值較小，模擬較小程度的火源。

ENV 1187 試驗 3 木垛由木纖維板訂制，四塊釘在一起組成了(55×55×32)mm 的方塊。如圖 5 所示，燃木質(zhì)量約 22 g，熱值很小，模擬較小程度的火源。

圖4 ENV 1187試驗2使用木垛

圖5 ENV 1187試驗3使用木垛

1.3 ISO國際標準

國際標準化組織(International Organization for Standardization)制定的關(guān)于屋面材料防火性能測試方法是 ISO 12468 External exposure of roofs to fire —Part 1：Test method《屋面材料外部火災(zāi) 第 1 部分 測試方法》。

ISO 12468-1 將屋面材料分為 A、B 兩類：A 類試驗由燃木、風和額外輻射熱試驗組成；B 類試驗由燃木、風試驗組成，不包括額外輻射熱源。ISO 12468—1 中的燃木的構(gòu)造方式和 UL790 類似，其 A 類木垛大小(150×150×57)mm，與UL790 中的 B 級相當；B 類木垛大小(40×40×40)mm。

1.4 中國標準

我國標準 GB/T 30735-2014《屋面及屋面覆蓋制品外部對火反應(yīng)試驗方法》2014 年 6 月發(fā)布，參考 ISO 12468—1:2003和 ENV 1187:2002 編制，分別規(guī)定了 3 種試驗方法，其中試驗方法 A 參考了 ENV 1187:2002 中的試驗 1 木絲框試驗，試驗方法 B 參考了 ISO 12468—1:2003 中的 B 類火源和風試驗，試驗方法 C 參考了 ISO 12468—1:2003 中的 A 類火源、風和附加輻射熱試驗。

在同一方法標準中采用 3 種檢測方法，并且沒有優(yōu)先順序，這種情況已屬少見。未來用作對產(chǎn)品的合格評定，用哪些數(shù)據(jù)作為判定依據(jù)必然造成困惑，同時使用 3 個方法進行評定又過于繁雜。

以上比較看出：UL790 中描述了一種模擬屋檐下方上竄火苗的模擬方式，是歐盟和國際標準中所未見的；中美歐標準中都有使用燃木的試驗，不同大小的木垛模擬不同程度的火源，UL790 描述了一種最大的木垛；ENV1187 描述了一種特殊的火源，用木絲填充鋼絲框制成，模擬較短時間內(nèi)快速燃燒的火源。國標 GB/T 30735 參考了歐盟和國際標準內(nèi)容，3 種方法實際執(zhí)行時有難度。

2 熱輻射的作用

實際屋面火災(zāi)發(fā)生時，屋面除了受到外來火焰的轟擊，還伴有建筑外部火災(zāi)的熱輻射。熱輻射是熱量傳播和火災(zāi)蔓延的主要方式之一，能使受到熱輻射的屋面溫度升高，達到一定程度會被迅速引燃。

UL790 中沒有關(guān)于熱輻射的試驗。ENV1187、ISO 12468—1 和 GB/T 30735 試驗方法 C 增加了熱輻射試驗，3 個方法中使用輻射板的大小、輻射強度、與屋面的距離均相同。輻射板的尺寸為(600×600)mm，被安裝在距試樣表面500 mm 處，且與樣品表面平行。輻射板中心位置的熱輻射為12.5 kW/m2，四周的熱輻射量為 10 kW/m2。

3 風的影響

屋面材料作為建筑外圍護結(jié)構(gòu)，直接暴露在大氣中，時刻受到大氣環(huán)境中空氣流動的作用?；馂?zāi)發(fā)生時，火借風勢可能發(fā)展為更加嚴重的狀態(tài)，因此風的影響不可忽略。

UL790 要求控制氣流均勻穩(wěn)定流過樣品上表面，速度(5.3±0.2)m/s，其中飛火試驗后將風速增加到 8 m/s。

ENV1187 試驗 1 和 GB/T 30735 試驗方法 A 中沒有風的作用；ENV1187 試驗 2 是將整個試件放入一個狹長的通風管道中；試驗 3 是向屋面鼓風，樣品表面風速約為 3 m/s。

ISO 12468—1 和國標 GB/T 30735 試驗方法 B、C 都是向傾斜屋面鼓風，樣品表面風速約為 3 m/s，其裝置總體布局、風速測量方法都和 ENV1187 試驗 3 相同。

比較看出，UL790 中描述的樣品表面風速最大，試驗條件最為嚴苛；ISO 12468—1 和 GB/T 30735 附加熱輻射試驗中風、輻射熱條件都和 ENV 1187 試驗 3 相同，但使用的木垛大小和數(shù)量不同。

4 可接受的判據(jù)

屋頂火災(zāi)造成的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是對屋面材料的破壞，二是對屋架結(jié)構(gòu)的破壞，三是對室內(nèi)或附近其他建筑的影響。因此制定的試驗參數(shù)反映屋面材料三個方面性能：一是抵抗火焰在屋面蔓延傳播，減小對屋面材料的破壞，其破壞程度體現(xiàn)在屋面材料損毀的程度、火焰?zhèn)鞑サ木嚯x上；二是抵抗火焰穿透屋頂，防止屋頂結(jié)構(gòu)的損壞，需要關(guān)注屋頂結(jié)構(gòu)是否穿透、每層屋面的破環(huán)情況等；三是防止產(chǎn)生燃燒飛火造成室內(nèi)或臨近建筑火災(zāi)。

UL790 要求任何試驗結(jié)束后都不能出現(xiàn)屋面材料被吹走、基材暴露、飛火掉落地面、背火面持續(xù)燃燒等現(xiàn)象；火焰?zhèn)鞑サ臏y試中，A 級不超過 1.8 m，B 級超過 2.4 m，C 級不超過 3.9 m。

ENV1187 試驗數(shù)據(jù)被 EN 13501—5 引用對屋面材料的防火性能進行分級，不同級別對應(yīng)不同的技術(shù)指標。

ISO 12468—1 為試驗方法，ISO 12468—2 為分級方法，將A、B 兩類試驗方法的結(jié)果，依據(jù)不同的指標分為 A1、A2、B1 和 B2 四個等級。

2014 年國標 GB/T 30735 首次發(fā)布，作為試驗方法標準未提出判定指標，未來還需要屋面材料產(chǎn)品標準、防火設(shè)計規(guī)范等給出具體判據(jù)，或指定屋面材料防火性能分級方法，才能推動新方法的具體實施。

5 結(jié) 語

綜上對比分析，我國現(xiàn)行標準 GB/T 30735—2014，參考了 ENV 1187 和 ISO 12468—1 中方法，綜合考慮了燃木、熱輻射和風對屋面材料防火性能的影響，沒有 UL790 中的模擬通過屋檐上竄火苗，UL790 也描述了相對更為嚴苛的試驗條件，但其中沒有關(guān)于輻射熱的試驗。

筆者認為，中美歐所采用的測試方法各有特色，美歐技術(shù)要求中體現(xiàn)的一些成熟經(jīng)驗對我們具有很好的借鑒意義，對于我國今后屋面材料防火性能判定依據(jù)、標準的制修訂具有一定參考價值。同時了解國內(nèi)外技術(shù)差異，對我國屋面材料產(chǎn)品走向國際市場、滿足國外需求也具有現(xiàn)實意義。

[1]楊玲，張靖巖，肖澤南.建筑消防安全與性能化設(shè)計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[2] UL 790:2008，Standard Test Methods for Fire Tests of Roof Coverings[S].

[3] NFPA 256:2003，Standard Methods of Fire Tests of Roof Coverings[S].

[4] ASTM E 108:2011，Standard Test Methods for Fire Tests of Roof Coverings[S].

[5] EN 13501—5:2005，F(xiàn)ire classification of construction products and building elements —Part 5: Classification using data from external fire exposure to roofs tests[S].

[6] ENV 1187:2007，Test methods for external fire exposure to roofs[S].

[7] ISO 12468—1:2013，External exposure of roofs to fire —Part 1:Test method[S].

[8] GB/T 30735—2014，屋面及屋面覆蓋制品外部對火反應(yīng)實驗方法[S].

通信地址：上海市閔行區(qū)申富路568號。

TU712

B

1007-4104(2015)04-0042-04

2015-03-16

姚玉梅(1980—)，女，工程師，碩士研究生，主要工作：建筑材料及構(gòu)件防火性能檢測及相關(guān)研究。