可燃材料對室內(nèi)火災(zāi)轟燃影響及應(yīng)對措施

徐迪

摘要：文章在簡要介紹轟燃現(xiàn)象理論基礎(chǔ)上，通過火災(zāi)試驗(yàn)箱研究了可燃材料對室內(nèi)轟燃的影響。結(jié)果表明，不同可燃材料的熱解和燃燒特性、材料的燃燒面積及質(zhì)量等因素對有限空間的轟燃都會產(chǎn)生影響，為消防救援隊(duì)伍在處置建筑火災(zāi)過程中預(yù)防轟燃的發(fā)生提供參考。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)火災(zāi);轟燃;可燃材料

隨著國家現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，現(xiàn)代裝飾、裝修材料在建筑中被廣泛應(yīng)用，建筑物內(nèi)受限空間火災(zāi)轟燃發(fā)生的概率和危害程度都在增大[1]，轟燃的發(fā)生對消防救援人員和火災(zāi)被困人員的生命安全構(gòu)成了極大的威脅。根據(jù)燃燒三角形理論，燃燒的發(fā)生離不開可燃物、助燃物和引火源，因此可燃物在火災(zāi)中的行為對建筑火災(zāi)的發(fā)展起到非常重要的作用[2]?？扇疾牧系母鞣N火災(zāi)性能參數(shù)如熱釋放速率、熱分解特性、質(zhì)量損失速率、點(diǎn)火時間等都直接影響到轟燃的發(fā)生與否，因此研究材料在火災(zāi)過程中的各項(xiàng)性能參數(shù)對研究轟燃的發(fā)生及發(fā)展有著重要的作用[3]。本文從幾種常見的室內(nèi)可燃物轟燃試驗(yàn)入手，分析研究其各項(xiàng)火災(zāi)特性參數(shù)之間的聯(lián)系。通過這些研究，可以更加充分的了解可燃材料在真實(shí)火災(zāi)過程中的燃燒行為。試驗(yàn)結(jié)果對于消防救援隊(duì)伍在滅火救援行動中，降低轟燃的發(fā)生具有重要意義。

1? 轟燃的概述

1.1? 轟燃形成的基本原因

室內(nèi)火災(zāi)是一種受限空間內(nèi)的燃燒，是建筑火災(zāi)的主要形式。轟燃通常被定義為室內(nèi)火災(zāi)由局部燃燒向所可燃物表面都燃燒的突然轉(zhuǎn)變，標(biāo)志著火災(zāi)發(fā)展進(jìn)入了充分發(fā)展階段。轟燃的發(fā)生是燃燒產(chǎn)生的大量熱量積累的結(jié)果，燃燒產(chǎn)生的熱煙氣在頂棚下的積累，將使頂棚和墻壁上部（兩部分合稱擴(kuò)展頂棚）受到加熱;同時，擴(kuò)展頂棚溫度的升高又以輻射形式增大反饋到可燃物的熱通量。隨著燃燒的持續(xù)，熱煙氣層的厚度和溫度都在不斷增加，使得可燃物的燃燒速率不斷增大。隨著可燃物的質(zhì)量損失速率的增大，當(dāng)室內(nèi)火源的釋熱速率達(dá)到發(fā)生轟燃時的臨界釋熱速率，轟燃就會發(fā)生[4]。

1.2? 預(yù)測轟燃的常用方法

目前，對于轟燃發(fā)生的預(yù)判，主要有三種判據(jù)：（1）頂棚附近氣體溫度超過特定值（約600℃）;（2）地面輻射熱通量超過特定值（約20kW/m2）;（3）火焰從通風(fēng)口處噴出[5]。其中，室內(nèi)頂板附近熱煙氣溫度超過600℃作為轟燃判據(jù)是比較準(zhǔn)確的，因此本文以它來作為轟燃發(fā)生的判據(jù)。

2? 實(shí)驗(yàn)部分

2.1? 實(shí)驗(yàn)材料

有機(jī)玻璃、木板、地毯A、地毯B、窗簾布A、窗簾布B等，其密度如表1。

2.2? 儀器設(shè)備

2.2.1? 測試設(shè)備

熱重/差熱同步分析儀：產(chǎn)地瑞士，型號：TGA/SDTA851e，梅特勒 - 托利多儀器有限公司。

錐形量熱儀（CONE）：產(chǎn)地英國，型號：DUAL CONE，英國FTT公司。

2.2.2? 轟燃試驗(yàn)系統(tǒng)

轟燃試驗(yàn)系統(tǒng)（如圖1所示）主要由火災(zāi)試驗(yàn)箱、多路火災(zāi)系統(tǒng)檢測儀、BX3000電子天平、EP-50打印機(jī)、上位機(jī)等五部分組成[5]。

2.3? 測試方法

材料熱分析：參照GB/T.14107;

材料燃燒分析：參照ISO 5660。

3? 結(jié)果與討論

3.1? 可燃材料熱解特性及燃燒特性分析

將所選用的材料按照要求進(jìn)行測試，其結(jié)果見表2。

3.1.1? 材料熱解特性分析

轟燃本質(zhì)上是可燃物熱分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在其表面上的迅速燃燒。在火災(zāi)發(fā)展的初期增長階段，也就是燃料控制型階段，轟燃發(fā)生與否與固體物質(zhì)受熱分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w速度有直接關(guān)系[7]。因此，材料的熱解特性在一定程度上能反映出材料對室內(nèi)轟燃的影響。由表2可知，有機(jī)玻璃的外延起始溫度最低為235.8℃，其次是地毯B為240.2℃，材料的外延起始溫度越低，表示材料的熱穩(wěn)定性就越差，即可在較低溫度下即能分解產(chǎn)生可燃?xì)怏w，因此這兩種材料受熱比其他材料更容易發(fā)生燃燒;加之它們的最大失重速率也較高，受熱分解速率快，因此有機(jī)玻璃和地毯B的火災(zāi)危險性以及在其它條件相同情況下發(fā)生轟燃的可能性相對于其他幾種材料也要大。

3.1.2? 材料燃燒特性分析

材料的燃燒特性參數(shù)主要有熱釋放速率（HRR）或熱釋放速率峰值（pkHRR）、總釋放熱（THR）、點(diǎn)燃時間（TTI）、質(zhì)量損失速率（MLR）或質(zhì)量損失速率的峰值（pkMLR）等。僅從單個燃燒性能參數(shù)并不能對材料的燃燒性能做出全面的評價，Wichstron和Goransson等人用熱釋放速率峰值（pkHRR）和點(diǎn)燃時間（TTI）的比值（pkHRR/TTI）來評價材料潛在的轟燃性，能夠較為全面對材料在火災(zāi)中的危險性進(jìn)行評價。此后，Petrella.R.V.又提出將總釋放熱THR與pkHRR/TTI相結(jié)合，可更全面的評價材料的燃燒危險性[8]。由表2可以看出，有機(jī)玻璃及地毯A的THR和pkHRR/TTI都比較高，因此相對于其他6種試驗(yàn)材料，它們的潛在轟燃性及燃燒危險性都要大。

3.2? 可燃材料的種類對室內(nèi)轟燃的影響

3.2.1? 相同暴露面積的不同材料對室內(nèi)轟燃的影響

試驗(yàn)方法：在通風(fēng)口大小、試驗(yàn)箱內(nèi)襯材料、材料表面積和高度及點(diǎn)燃方式都相同的條件下，通過火災(zāi)試驗(yàn)箱測定出不同種類可燃物的火災(zāi)特性參數(shù)。

從表3可知，不同試驗(yàn)材料在相同暴露面積的情況下，有機(jī)玻璃燃燒時能發(fā)生轟燃，其他幾種材料均沒有發(fā)生轟燃現(xiàn)象。由表2可看出，有機(jī)玻璃和木板最大失重速率較大，失重速率峰值所對應(yīng)的溫度相對較低，材料受熱分解速度快，容易發(fā)生轟燃。從材料的燃燒參數(shù)可以看出能夠發(fā)生轟燃的有機(jī)玻璃pkHRR/TTI、THR值均比其他幾種材料都高出很多，表明此種材料的潛在轟燃性很大?？梢姴牧系臒峤夂腿紵匦詫Z燃的發(fā)生有著密切關(guān)系。

3.2.2? 相同質(zhì)量的不同材料對室內(nèi)轟燃的影響

試驗(yàn)方法：在通風(fēng)口大小、試驗(yàn)箱內(nèi)襯材料、材料質(zhì)量及點(diǎn)燃方式都相同的條件下，通過火災(zāi)試驗(yàn)箱測定出不同種類可燃物的火災(zāi)特性參數(shù)。

由表4可以看出，不同試驗(yàn)材料在相同質(zhì)量的情況下，僅有機(jī)玻璃和地毯B燃燒時發(fā)生了轟燃現(xiàn)象，其他兩種材料沒有發(fā)生。將表2、表4進(jìn)行對比分析可以發(fā)現(xiàn)，有機(jī)玻璃、地毯B的外延起始溫度分別為235.8℃、240.2℃都較低，而最大失重速率分別為8.75 g/min、6.95 g/min都較高，因此這兩種材料受熱易分解發(fā)生轟燃;有機(jī)玻璃和地毯B的燃燒特性參數(shù)pkHRR/TTI及THR的數(shù)值均比其他兩種材料高，因此其潛在轟燃發(fā)生概率和火災(zāi)危險性都較大，這也與轟燃試驗(yàn)的結(jié)果完全一致?？梢姴煌N類的材料燃燒發(fā)生轟燃時，頂棚煙氣層的溫度、輻射熱通量及可燃材料的質(zhì)量損失速率等參數(shù)與材料的熱解和燃燒特性密切相關(guān)。

3.3? 可燃材料的質(zhì)量對室內(nèi)轟燃的影響

實(shí)驗(yàn)方法：選擇地毯B為可燃材料，在通風(fēng)口大小、試驗(yàn)箱內(nèi)襯材料及點(diǎn)燃方式都相同的條件下，研究可燃物質(zhì)量對室內(nèi)轟燃的影響，結(jié)果如表5。

由表5可以看出，隨著地毯B質(zhì)量的增加，試樣的燃燒最高溫、最大熱通量及最大質(zhì)量損失速率都呈遞增趨勢。試驗(yàn)結(jié)果表明，對于同種材料來說，質(zhì)量越大，火災(zāi)荷載密度也越大，這個結(jié)果也是和火災(zāi)荷載密度的計(jì)算公式是一致的[9]。而建筑室內(nèi)的火災(zāi)荷載密度會直接影響火災(zāi)的持續(xù)時間和火災(zāi)的大小，因此建筑室內(nèi)同種可燃物的質(zhì)量越大，火災(zāi)荷載密度也越大，即單位地面面積的熱量越多，從而加速了可燃物的分解，加快了火災(zāi)蔓延，使得轟燃更加容易發(fā)生。

3.4? 可燃材料的燃燒面積對室內(nèi)轟燃的影響

實(shí)驗(yàn)方法：選擇有機(jī)玻璃為可燃材料，在通風(fēng)口大小、試驗(yàn)箱內(nèi)襯材料及點(diǎn)燃方式都相同的條件下，研究可燃物不同燃燒面積對室內(nèi)轟燃的影響，結(jié)果如表6。

由表6可以看出，對于同一種有機(jī)玻璃，尺寸越大，燃燒面積越大，試驗(yàn)材料的燃燒最高溫、最大熱通量及最大質(zhì)量損失速率都呈遞增趨勢。這是由于在火災(zāi)發(fā)展初期，火焰體積小，氧氣充足，燃燒處于燃料控制型階段，可燃物的面積越大，其燃燒越猛烈，溫度上升越快。隨著火勢的發(fā)展，火焰變大，空氣供給相對不足，燃燒進(jìn)入通風(fēng)控制階段，可燃物燃燒面積的增大將會導(dǎo)致不充分燃燒。但由于大面積可燃物燃燒內(nèi)外溫差更大，使得空氣流通速度增加越快，空氣供給量增加，使燃燒變得更充分，放熱量增加，燃燒加劇，導(dǎo)致轟燃的發(fā)生。

4? 初戰(zhàn)指揮的轟燃預(yù)防

4.1? 做好偵察，研判火情

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，室內(nèi)轟燃的發(fā)生與材料的熱解和燃燒特性密切相關(guān)?？扇疾牧蠠岱纸鉁囟仍降?、失重速率越快、燃燒參數(shù)值越高，越易導(dǎo)致室內(nèi)轟燃的發(fā)生。在初戰(zhàn)指揮中，指揮員要對于建筑室內(nèi)存在可燃物的種類以及其燃燒特性做出初步判斷，對于室內(nèi)存在易燃易爆的物品時，其火災(zāi)發(fā)生轟燃的可能性也就越大，指揮員要及時提醒內(nèi)攻人員，加強(qiáng)防護(hù)，提高對轟燃發(fā)生的警惕性。

4.2? 及時冷卻，排煙降溫

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)可燃物種類一定時，可燃材料的質(zhì)量越多，從而加速了可燃物的分解，分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w在頂棚積聚使得轟燃的發(fā)生更加容易。這就要求我們在初戰(zhàn)指揮過程中，要充分研判火災(zāi)發(fā)展階段，如室內(nèi)火災(zāi)仍處于初期階段，且范圍較小可第一時間堵截火勢，疏散蔓延方向的可燃物資;如室內(nèi)火災(zāi)已經(jīng)處于發(fā)展階段，要避免盲目打通室內(nèi)通風(fēng)通道，第一時間要對室內(nèi)頂棚的熱煙氣進(jìn)行稀釋降溫，降低對室內(nèi)可燃物熱輻射量，降低轟燃發(fā)生的可能性;在降溫的基礎(chǔ)上，擇機(jī)擇位打開通風(fēng)口，將室內(nèi)可燃熱煙氣排出到室外，降低室內(nèi)熱煙氣的濃度，為內(nèi)攻創(chuàng)造條件。

4.3? 審時度勢，正確內(nèi)攻

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)可燃物種類一定時，此種可燃材料的燃燒面積越大，則火災(zāi)荷載密度越大，燃燒越劇烈，越易發(fā)生轟燃。這就要求我們在初戰(zhàn)指揮過程中，將火災(zāi)控制在初期階段，要做到滅早滅小，而實(shí)施內(nèi)攻是迅速控制火災(zāi)發(fā)展、撲滅火災(zāi)的有效途徑之一。消防救援人員在做好個人防護(hù)，確保安全的前提下，第一時間內(nèi)攻打擊火點(diǎn)，縮小燃燒面積，控制火勢蔓延趨勢。但當(dāng)室內(nèi)火災(zāi)已經(jīng)處于充分發(fā)展階段，消防救援人員則不宜進(jìn)入，待火場內(nèi)部得到充分冷卻后再考慮進(jìn)入。

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Abstract：This paper makes an analysis on the thermal decomposition and combustion features of different combustible materials， and explores their roles played in the Interior flashover by means of Fire equipment boxes. It is tested that combustible materials which bears different? combustible features， thermal decomposition characteristics， quality， surface area and other factors may impact various effects in indoor flashover within a limited space.It provides a reference for the fire rescue team to prevent flashover in the process of dealing with building fire.

Keywords：interior fire; flashover; combustible materials