一種鋪地材料燃燒性能的檢測(cè)方法

陳固魁

0 引言

建筑材料或各類(lèi)制品燃燒并誘發(fā)火災(zāi)，會(huì)造成嚴(yán)重危害，因此，需制定完善的試驗(yàn)和檢測(cè)規(guī)范，妥善解決建筑材料以及各類(lèi)制品燃燒性能問(wèn)題。楊寧、宋魁在《幾種鋪地材料性能的錐形量熱計(jì)研究》中分析了滌綸地毯、混紡毛絨地毯的燃燒性能[1]，并對(duì)其展開(kāi)研究測(cè)試；肖智仁在《鋪地材料燃燒性能測(cè)試方法的研究》中對(duì)木地板、地毯、膠地板等非不可燃材料進(jìn)行燃燒性能的測(cè)試試驗(yàn)[2]。本文借鑒上述文獻(xiàn)中性能測(cè)試試驗(yàn)的研究理論體系，并綜合兩種測(cè)試方法進(jìn)行全面的性能檢驗(yàn)，以垂直、水平燃燒性能的數(shù)據(jù)測(cè)試為創(chuàng)新點(diǎn)，展開(kāi)以下研究。

1 材料阻燃處理的必要性

火具有雙重性特征，火可照明，提升環(huán)境溫度，促進(jìn)人類(lèi)物質(zhì)文明發(fā)展，但是火具有較大的破壞性，隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活中，用火用電規(guī)模逐漸增加，如果用火用電管理不當(dāng)，或者相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)故障，會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重火災(zāi)，對(duì)人類(lèi)的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成危害。

近年來(lái)，在公共場(chǎng)所以及住宅建筑使用中，火災(zāi)發(fā)生率比較高，通過(guò)對(duì)火災(zāi)的誘發(fā)原因進(jìn)行調(diào)查分析，在很多工程項(xiàng)目裝飾裝修施工中，一般僅關(guān)注裝修效果，在裝飾裝修材料選擇應(yīng)用方面，沒(méi)有對(duì)材料的阻燃性能進(jìn)行檢測(cè)，可能會(huì)造成工程項(xiàng)目火災(zāi)隱患。

在發(fā)生火災(zāi)后，隨著火災(zāi)的蔓延，可誘發(fā)嚴(yán)重災(zāi)害?；馂?zāi)可能是自然現(xiàn)象，也可能是社會(huì)現(xiàn)象，火災(zāi)具有預(yù)防性特征，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在火災(zāi)預(yù)防控制方面應(yīng)用的方法逐漸增多。例如，在建筑工程施工中，為改善施工材料阻燃性，可采用天然高聚物或者合成高聚物。

通過(guò)對(duì)火災(zāi)事故的發(fā)生原因進(jìn)行調(diào)查分析，高分子材料造成的火災(zāi)事故發(fā)生率比較高。在各行各業(yè)生產(chǎn)生活中，塑料、合成纖維、橡膠等各類(lèi)材料已逐漸替代傳統(tǒng)的金屬水泥、棉麻、鋼材、木材等，但是很多高分子材料具有可燃性以及易燃性特征，根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)，這類(lèi)材料的氧指數(shù)在17%～21%之間。另外，在高分子材料燃燒過(guò)程中，釋放速率比較大，熱值高，火焰的傳播速度比較快，在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生濃煙以及大量有毒有害氣體，對(duì)生態(tài)環(huán)境以及人們的生命安全造成不良影響。對(duì)此，在各類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)制造中，應(yīng)當(dāng)采用阻燃劑，改善產(chǎn)品的阻燃性，如在扶手椅生產(chǎn)制造中，如果沒(méi)有應(yīng)用阻燃劑，在扶手椅燃燒后，安全撤離時(shí)間為2min，如果將阻燃劑應(yīng)用于扶手椅生產(chǎn)制造中，在發(fā)生火災(zāi)后，安全撤離時(shí)間可延長(zhǎng)至22min。

阻燃材料技術(shù)發(fā)展迅速，在火災(zāi)預(yù)防控制方面發(fā)揮著十分重要的作用。在材料制作中，應(yīng)用阻燃材料，可顯著提升材料的防火性能，但是，阻燃材料不能直接作為不燃材料，一旦發(fā)生火災(zāi)，其依然能夠持續(xù)燃燒，但是可減少燃燒時(shí)間，延長(zhǎng)人們的逃生時(shí)間。

2 鋪地材料燃燒性能檢測(cè)方法

2.1 臨界輻射通量試驗(yàn)方法

在臨界輻射通量試驗(yàn)過(guò)程中，在金屬框架中安裝多孔耐火板，將其作為輻射源，試驗(yàn)中的氣體是由燃?xì)庖约翱諝饨M成的，通過(guò)應(yīng)用適當(dāng)?shù)难b置，保證試驗(yàn)操作穩(wěn)定性。在對(duì)輻射通量大小進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可對(duì)燃?xì)夂涂諝庵g的混合比進(jìn)行調(diào)控。在輻射板預(yù)熱過(guò)程中，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，在輻射通量設(shè)定方面，需對(duì)燃?xì)?空氣流量進(jìn)行持續(xù)調(diào)整，而在輻射錐加熱過(guò)程中，操作方式便捷，只需使輻射錐處于通電狀態(tài)，再對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整即可。在具體的試驗(yàn)操作中，對(duì)于點(diǎn)燃試件，可選用不銹鋼線形點(diǎn)火器，點(diǎn)火器的長(zhǎng)度為250mm，并設(shè)置兩排孔，將丙烷作為燃?xì)?，在丙烷燃燒過(guò)程中即可產(chǎn)生火焰。

2.2 錐形量熱計(jì)試驗(yàn)方法

在錐形量熱計(jì)試驗(yàn)法的實(shí)際應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)外部點(diǎn)火，需應(yīng)用電火花點(diǎn)火器，在試樣表面中心以上13mm位置安裝火花塞。通過(guò)應(yīng)用燃?xì)恻c(diǎn)火焰的方式，保證試件接觸緊密度，便于試件著火，由于點(diǎn)火器為線形，因此在試件燃燒過(guò)程中，可沿直線持續(xù)推進(jìn)。電火花點(diǎn)燃試件可釋放出可燃?xì)怏w，兩種點(diǎn)火方式的差異比較大，例如，在鋪地材料燃燒性能檢測(cè)中，部分材料的絨頭比較高，如羊毛地毯、簇絨地毯以及機(jī)織地毯等，在對(duì)這類(lèi)材料的燃燒性能進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如果應(yīng)用電火花點(diǎn)火方式，所得結(jié)果與線形點(diǎn)火器點(diǎn)火所得結(jié)果不同，電火花點(diǎn)火不易點(diǎn)燃材料[3]。

3 鋪地材料燃燒性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

3.1 原材料

選擇由不同廠家生產(chǎn)的化纖地毯以及丙綸地毯作為本次實(shí)驗(yàn)材料，分別記為化纖地毯1、化纖地毯2、丙綸地毯1、丙綸地毯2，還需選用純毛地毯。

3.2 儀器設(shè)備

在本次實(shí)驗(yàn)檢測(cè)中，選用三種儀器設(shè)備，包括HC-2CZ型氧指數(shù)測(cè)定儀、SCZ-3型水平垂直燃燒測(cè)定儀以及錐形量熱儀[4]。

3.3 測(cè)試方法

在氧指數(shù)測(cè)定過(guò)程中，將《塑料 用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為第2部分：室溫試驗(yàn)》（GBT2406.2-2009）[5]作為依據(jù)；在水平燃燒性能檢測(cè)中，將《塑料 燃燒性能的測(cè)定 水平法和垂直法》（GB/T2408-2021）[6]作為依據(jù)；在應(yīng)用錐形量熱儀測(cè)試時(shí)，參考ISO5660[7]。

4 結(jié)果與討論

4.1 氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果

選擇本次實(shí)驗(yàn)樣本，進(jìn)行氧指數(shù)檢測(cè)，所得結(jié)果如表1所示。通過(guò)對(duì)表1進(jìn)行分析，本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的地毯均為易燃材料（氧指數(shù)＜27%），在5種地毯的實(shí)際應(yīng)用中，必須做好防火管理，保證用火安全性。

表1 試樣氧指數(shù)測(cè)定結(jié)果

4.2 錐形量熱儀測(cè)定結(jié)果

在應(yīng)用錐形量熱儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，需設(shè)置不同的輻射熱強(qiáng)度，對(duì)地毯點(diǎn)燃時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，據(jù)此對(duì)材料的消防安全性能進(jìn)行檢測(cè)。如果地毯材料的點(diǎn)燃時(shí)間比較長(zhǎng)，在著火后，為人們預(yù)留的逃生時(shí)間也比較長(zhǎng)。另外，通過(guò)對(duì)表2進(jìn)行分析，當(dāng)輻射通量相同時(shí)，各類(lèi)材料的點(diǎn)燃時(shí)間有一定的區(qū)別，其中，化纖地毯的點(diǎn)燃時(shí)間最長(zhǎng)，純毛地毯的點(diǎn)燃時(shí)間最短。試樣材料的輻射熱與點(diǎn)燃時(shí)間之間的關(guān)系如圖1所示，通過(guò)對(duì)圖1進(jìn)行分析表明，地毯材料的輻射熱和點(diǎn)燃時(shí)間之間具有一定線性相關(guān)性。

表2 試樣點(diǎn)燃時(shí)間測(cè)定結(jié)果

圖1 試樣材料的輻射熱與點(diǎn)燃時(shí)間

熱釋放速率是在一定的熱輻射強(qiáng)度作用下，在地毯材料引燃后，其單位面積釋放熱量的速率，單位為kW/m2。為了能夠判斷火災(zāi)發(fā)生初期鋪地材料的貢獻(xiàn)值，同時(shí)確定鋪地材料的阻燃性能，需對(duì)樣本初期平均熱釋放速率進(jìn)行檢測(cè)[8]。對(duì)于熱釋放速率峰值，應(yīng)當(dāng)作為鋪地材料火災(zāi)特性評(píng)估分析中的重要參數(shù)。通常情況下，在鋪地材料燃燒過(guò)程中，有一處峰值或者兩處峰值，通過(guò)對(duì)初始最大峰值進(jìn)行分析，了解材料的燃燒特性。在本次實(shí)驗(yàn)中，如果各類(lèi)材料的外加熱輻射熱通量為35kW/m2，當(dāng)時(shí)間發(fā)生變化時(shí)，各類(lèi)材料的熱釋放速率變化情況如圖1所示。通過(guò)對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在前100s以?xún)?nèi)，除純毛地毯以外，其他地毯材料的平均熱釋放速率大致相同，另外，兩種丙綸地毯熱釋放速率的峰值大致相同，并且為最高值，其次為化纖地毯，純毛地毯的熱釋放速率峰值最小。

在本次實(shí)驗(yàn)研究中，選擇化纖地毯作為研究對(duì)象，在3種不同外加熱輻射強(qiáng)度下，在前255s以?xún)?nèi)，各類(lèi)地毯材料的平均熱釋放速率、峰值熱釋放速率會(huì)隨時(shí)間的變化而發(fā)生變化。另外，當(dāng)熱輻射強(qiáng)度逐漸增加時(shí)，熱釋放速率也會(huì)隨之增加，如果鋪地材料的熱輻射強(qiáng)度為最大值，則其率先達(dá)到熱釋放速率峰值。

在本次實(shí)驗(yàn)中選用錐形量熱儀，對(duì)于各類(lèi)鋪地材料燃燒過(guò)程中的質(zhì)量損失速率，可采用五點(diǎn)差分法進(jìn)行自動(dòng)化記錄，通過(guò)對(duì)質(zhì)量損失速率進(jìn)行分析，確定各類(lèi)鋪地材料的熱分解燃燒速率與比消光面積、熱釋放速率以及一氧化碳的生成速度密切相關(guān)，如果質(zhì)量損失速率比較大，上述各項(xiàng)參數(shù)也會(huì)隨之增加[9]。在本次實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)熱輻射熱通量達(dá)到35kW/m2時(shí)，質(zhì)量損失速率和圖2中對(duì)應(yīng)的熱釋放速率大致相同。另外，在各類(lèi)鋪地材料燃燒初期，與純毛地毯相比，化纖地毯以及丙綸地毯的質(zhì)量損失速率比較大，由此可見(jiàn)，在各類(lèi)鋪地材料的實(shí)際應(yīng)用中，在化纖地毯引燃后，會(huì)迅速燃燒。

圖2 化纖地毯在不同熱輻射通量下的熱釋放速率比較

在本次實(shí)驗(yàn)中，鋪地材料分解過(guò)程中，單位質(zhì)量可燃物揮發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生煙的能力，可采用比消光面積表示，單位為m2/kg。當(dāng)熱輻射熱通量達(dá)到35kW/m2時(shí)，各類(lèi)鋪地材料的比消光面積如表3所示，通過(guò)對(duì)表3進(jìn)行分析可見(jiàn)，各類(lèi)鋪地材料的比消光面積大致相同，在燃燒過(guò)程中的發(fā)煙量比較小。

表3 熱通量為35kW/m2時(shí)錐形量熱儀測(cè)得燃燒性能參數(shù)

4.3 水平垂直燃燒性能測(cè)定結(jié)果分析

試樣燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)定所得結(jié)果如表4和表5所示，通過(guò)對(duì)表4進(jìn)行分析，在水平燃燒實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，火焰施加時(shí)間持續(xù)30s，火焰前沿均沒(méi)有超過(guò)第一標(biāo)線，在鋪地材料燃燒后，各類(lèi)鋪地材料的體積逐漸增加，并且釋放出大量煙塵、刺激性氣體以及碳化物。在停止對(duì)化纖地毯1施加火焰后，化纖地毯1依然持續(xù)燃燒，通過(guò)對(duì)燃燒速率進(jìn)行測(cè)定，為30.42mm/min，據(jù)此評(píng)定為HB40級(jí)。在停止對(duì)化纖地毯2施加火焰后，化纖地毯2依然持續(xù)燃燒，通過(guò)對(duì)燃燒速率進(jìn)行測(cè)定，為70.05mm/min，據(jù)此評(píng)定為HB75級(jí)。在停止對(duì)丙綸地毯1施加火焰后，丙綸地毯1依然持續(xù)燃燒，通過(guò)對(duì)燃燒速率進(jìn)行測(cè)定，為35.71mm/min，據(jù)此評(píng)定為HB40級(jí)。在停止對(duì)丙綸地毯2施加火焰后，丙綸地毯2依然持續(xù)燃燒，通過(guò)對(duì)燃燒速率進(jìn)行測(cè)定，為23.93mm/min，據(jù)此評(píng)定為HB40級(jí)[10]。在停止對(duì)純毛地毯施加火焰后，純毛地毯依然持續(xù)燃燒，但是沒(méi)有燃燒至標(biāo)線2，燃燒速率為28.57mm/min，據(jù)此評(píng)定為HB40級(jí)。而由表5得知，在垂直燃燒試驗(yàn)過(guò)程中，5種試驗(yàn)材料在點(diǎn)燃后，火焰均蔓延至夾具，且滴落物引燃棉花墊。上述結(jié)果表明，純毛地毯的線性燃燒速率最小，優(yōu)于其他材料，而垂直燃燒結(jié)果表明，各種材料均存在自熄性差的特點(diǎn)，火災(zāi)隱患甚大[11]。

表4 試樣水平燃燒實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

表5 試樣垂直燃燒性能測(cè)定結(jié)果

5 結(jié)論

本文主要選擇多種鋪地材料，對(duì)鋪地材料燃燒性能檢測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)探究。在建筑工程裝飾裝修中，鋪地材料的燃燒性能會(huì)對(duì)建筑工程安全性產(chǎn)生較大影響，因此，需選擇高質(zhì)量鋪地材料，還需對(duì)鋪地材料的燃燒性能進(jìn)行檢測(cè)，避免對(duì)建筑工程安全性構(gòu)成危害。在本次研究中，將錐形量熱計(jì)應(yīng)用于鋪地材料檢測(cè)中，可對(duì)各類(lèi)鋪地材料的燃燒性能進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，據(jù)此對(duì)鋪地材料的燃燒性能進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。在應(yīng)用錐形量熱計(jì)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需合理應(yīng)用氧指數(shù)法、水平法和垂直法，根據(jù)所得結(jié)果驗(yàn)證材料的最低燃燒等級(jí)。