節(jié)能材料燃燒熱值檢測(cè)及影響因素研究

摘 要：本研究以巖棉板、復(fù)合發(fā)泡水泥板為例，探討了節(jié)能材料燃燒熱值檢測(cè)過程中的影響因素。在研究中，詳細(xì)闡述了每種材料的定義、特性和應(yīng)用領(lǐng)域，并提出了相應(yīng)的熱值檢測(cè)過程中的影響因素，包括試驗(yàn)過程環(huán)境、水溫影響、稱重誤差、氧氣純度等。通過重視這些關(guān)鍵因素，能夠全面、準(zhǔn)確地評(píng)估節(jié)能材料燃燒性能，為有效控制防火等級(jí)，以及在節(jié)能材料的選擇和應(yīng)用上提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能材料燃燒性能；燃燒熱值；巖棉板；復(fù)合發(fā)泡水泥板

1 前言

隨著近年來住宅以及辦公樓的普及，全國多次發(fā)生火災(zāi)事故，高層建筑的消防安全備受人們關(guān)注，全國防火安全問題的日益凸顯，使建筑外墻保溫材料的防火阻燃性能再次受到了社會(huì)各界關(guān)注。其中對(duì)防火性能有顯著影響的，關(guān)于材料的燃燒熱值的研究和應(yīng)用也日益深入，因此本文在此探討建筑材料燃燒熱值。復(fù)合發(fā)泡水泥板、巖棉板等作為重要的外墻外保溫及阻燃材料，在建筑和工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，為了確保這些材料的質(zhì)量和燃燒性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，必須在檢測(cè)過程中關(guān)注對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響的各個(gè)關(guān)鍵因素，來評(píng)估其燃燒性能參數(shù)。

2測(cè)定建筑材料燃燒熱值的意義

建筑材料的燃燒熱值，作為衡量其潛在火災(zāi)危險(xiǎn)性的關(guān)鍵性參數(shù)，是在材料燃燒過程中釋放熱量及評(píng)估火災(zāi)荷載時(shí)不可或缺的基礎(chǔ)運(yùn)算數(shù)據(jù)。燃燒熱值能夠用于評(píng)估外墻外保溫材料的潛在阻燃性能，是界定燃燒性能防火等級(jí)的重要試驗(yàn)參數(shù)[1]。

3節(jié)能材料燃燒性能等級(jí)劃分和相關(guān)參數(shù)定義

通過嚴(yán)格把控建筑節(jié)能材料的燃燒性能，能夠有效地從源頭來確保材料防火性能。通過準(zhǔn)確評(píng)估和檢測(cè)節(jié)能材料燃燒性能參數(shù)，可以確保其節(jié)能材料在實(shí)際應(yīng)用中具有優(yōu)異的防火效果。燃燒性能等級(jí)分類及其定義如下所述。

3.1燃燒性能、燃燒熱值定義

建筑材料的燃燒性能，是指材料在燃燒或遭遇火源時(shí)所產(chǎn)生的所有物理及化學(xué)變化的綜合表現(xiàn)。

燃燒熱值，是指單位質(zhì)量材料在燃燒過程中所釋放的熱量。具體而言，它反映了材料燃燒時(shí)的能量釋放能力。

3.2燃燒性能分級(jí)

建筑節(jié)能材料的燃燒性能依據(jù)其耐火特性被明確劃分為4個(gè)級(jí)別，分別是：A級(jí)，主要包括不燃材料及其制品；B1級(jí)，主要包括難燃材料及其制品；B2級(jí)，主要包括可燃材料及其制品；B3級(jí)，主要包括易燃材料及其制品。其中，A級(jí)材料進(jìn)一步細(xì)分為A1級(jí)和A2級(jí)。A1級(jí)材料涵蓋了諸如無機(jī)保溫材料中的巖棉板、復(fù)合發(fā)泡水泥板等高品質(zhì)不燃材料。

4巖棉板燃燒熱值研究

4.1巖棉板的定義、特性和應(yīng)用領(lǐng)域

巖棉保溫裝飾板，簡稱巖棉板，是以玄武巖及其他天然火成巖石為主要原料，經(jīng)高溫熔融工藝處理，隨后利用離心力紡絲制成無機(jī)纖維。這些纖維再與適量的熱固性樹脂粘結(jié)劑及憎水劑混合，經(jīng)過壓制成型、固化處理及精確切割等一系列工藝步驟，最終制得的一種板狀建筑材料。巖棉板以其卓越的保溫隔熱性能、吸音降噪性能、高效吸熱性能、阻燃防火性能，以及優(yōu)異的高達(dá)98%的憎水性能而著稱。

4.2巖棉板燃燒熱值的檢測(cè)

在進(jìn)行燃燒熱值試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先確認(rèn)該樣品是勻質(zhì)樣品還是非勻質(zhì)樣品。如果是非勻質(zhì)樣品，首先對(duì)該樣品進(jìn)行分層，區(qū)分該樣品里面的主要組分和次要組分，并對(duì)每個(gè)組分（包括次要組分）分別進(jìn)行評(píng)價(jià)。在大量樣品試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)非勻質(zhì)樣品中不只有一個(gè)主要組分和一個(gè)次要組分，往往包含2～3個(gè)主要或次要組分。這就需要在試驗(yàn)過程中一一分層。如果非勻質(zhì)樣品不能分層，那么委托方就需要提供原材料的各個(gè)組分。如果非勻質(zhì)樣品可以分層，那么在試驗(yàn)過程中進(jìn)行分層時(shí)，需確保樣品的每個(gè)組分應(yīng)與其他組分完全分離，必要時(shí)可以采用輔助工具，避免不同層間的成分相互粘附。

總熱值應(yīng)以MJ/kg為單位表示。對(duì)于帶表皮的非均質(zhì)樣品，當(dāng)計(jì)算總熱值時(shí)，首先測(cè)量其表觀密度，當(dāng)有不同組分時(shí)，先依次計(jì)算各組分的面密度，再依次將各組分的熱值轉(zhuǎn)換為MJ/m2進(jìn)行表示，最終計(jì)算總熱值。

對(duì)于一個(gè)單獨(dú)的樣品，如勻質(zhì)樣品巖棉板，應(yīng)進(jìn)行3次試驗(yàn)。如果單個(gè)值的離散符合燃燒熱值規(guī)范判據(jù)要求，則試驗(yàn)有效，取該3次測(cè)試結(jié)果的平均值，否則對(duì)2個(gè)備用試樣進(jìn)行試驗(yàn)，就是說對(duì)同一樣品，最多對(duì)5個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)。具體數(shù)據(jù)見表1。

5復(fù)合發(fā)泡水泥板燃燒熱值研究

5.1復(fù)合發(fā)泡水泥板的定義、特性和應(yīng)用領(lǐng)域

復(fù)合發(fā)泡水泥板是一種采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥作為主要基材，并添加適量的礦物摻合料，經(jīng)過發(fā)泡、養(yǎng)護(hù)及切割等一系列精細(xì)工藝加工而成的閉孔型輕質(zhì)板材。該板材作為保溫系統(tǒng)核心材料，被應(yīng)用于由粘結(jié)層、保溫隔熱層、抹面層和飾面層組成的建筑外墻外保溫隔熱系統(tǒng)中。

復(fù)合發(fā)泡水泥板在建筑節(jié)能保溫領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能，它作為無機(jī)保溫材料，在試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生吸熱反應(yīng)，表明復(fù)合發(fā)泡水泥板具備完全的防火能力。該材料廣泛應(yīng)用于各類建筑主體，包括建筑的屋面和外墻。

5.2復(fù)合發(fā)泡水泥板燃燒熱值的檢測(cè)

復(fù)合發(fā)泡水泥板作為勻質(zhì)樣品，總熱值以MJ/kg表示。

對(duì)于復(fù)合發(fā)泡水泥板，應(yīng)進(jìn)行3次試驗(yàn)。如果單個(gè)值的離散符合GB/T 14402-2007《建筑材料及制品的燃燒性能燃燒熱值的測(cè)定》的要求，則試驗(yàn)有效，取該3次測(cè)試結(jié)果的平均值。經(jīng)過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，復(fù)合發(fā)泡水泥板在量熱儀中發(fā)生吸熱反應(yīng)，放入的樣品往往不能完全燃燒，大多數(shù)情況熱值出現(xiàn)負(fù)數(shù)，或者值很低，說明該種材料在氧彈中發(fā)生吸熱現(xiàn)象，表明復(fù)合發(fā)泡水泥板防火性能好[2]。具體數(shù)據(jù)見表2。

6建筑節(jié)能材料燃燒熱值檢測(cè)影響因素

6.1環(huán)境因素影響

試驗(yàn)前，應(yīng)將粉末試樣、苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和香煙紙放在溫度23±2℃，相對(duì)濕度50±5%的環(huán)境中進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，一般不少于48 h；量熱儀、氧彈及其附件、蒸餾水或者去離子水，也需放在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。在水當(dāng)量標(biāo)定和樣品試驗(yàn)過程中，要考慮狀態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)境與試驗(yàn)環(huán)境中溫度、濕度對(duì)樣品狀態(tài)的影響。如溫度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，濕度是否穩(wěn)定，以及在選擇養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)時(shí)，受儀器自身客觀因素影響，是否會(huì)存在養(yǎng)護(hù)48 h期間樣品過干、過濕情況，是否會(huì)導(dǎo)致樣品溫度、濕度狀態(tài)不均勻。

6.2水溫影響

試驗(yàn)環(huán)境溫度與水溫度是否穩(wěn)定。水溫的穩(wěn)定是一個(gè)長期的過程，與環(huán)境溫度的穩(wěn)定息息相關(guān)。量熱儀中內(nèi)筒水溫，前10 min內(nèi)的連續(xù)讀數(shù)的偏差能否在±0.01K之內(nèi)，將會(huì)直接影響水當(dāng)量的標(biāo)定次數(shù)和標(biāo)定結(jié)果。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，5次標(biāo)定數(shù)據(jù)越接近，試驗(yàn)結(jié)果更易穩(wěn)定，更容易符合規(guī)范要求。水溫在前10 min內(nèi)溫差越小，表明環(huán)境溫度與水溫越穩(wěn)定，越容易在5次標(biāo)定出水當(dāng)量，樣品試驗(yàn)結(jié)果偏差越小。一般水溫48 h能穩(wěn)定，應(yīng)能達(dá)到規(guī)范要求，但往往在實(shí)際試驗(yàn)過程中，一般試驗(yàn)室內(nèi)很難在這么短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求，通常需要20天，甚至更長時(shí)間。應(yīng)在氧彈中放入10 ml蒸餾水或者去離子水，用來吸收苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)燃燒所釋放出來的酸性氣體。蒸餾水或者去離子水以及清洗氧彈所用的水，也需放入標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境中進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，并保持水溫穩(wěn)定，避免使用與量熱儀內(nèi)水溫偏差較大的水。

6.3稱量誤差影響

熱值試驗(yàn)樣品與苯甲酸一般均稱量0.5 g，選用萬分之一天平，精確至0.1 mg。定期校準(zhǔn)，選用200 g砝碼，為確保稱量樣品0.5 g的準(zhǔn)確性，應(yīng)使用高精度0.5 g砝碼進(jìn)行稱量復(fù)核，以確保天平的準(zhǔn)確性。天平自身的穩(wěn)定性能很重要。天平應(yīng)放置在平穩(wěn)、安全、固定、防震的操作臺(tái)上，避免放置在有強(qiáng)烈震動(dòng)和氣流的地方，同時(shí)避免陽光直射和灰塵污染。此外，應(yīng)定期清潔天平，保持其干凈整潔。萬分之一天平的存放和使用環(huán)境應(yīng)嚴(yán)格控制，確保天平的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

6.4樣品放置狀態(tài)影響

當(dāng)選用的苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為粉末狀態(tài)時(shí)，把試樣和苯甲酸充分混合后再放入坩堝；當(dāng)選用的苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為丸片時(shí)，需考慮樣品和苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的放置狀態(tài)，不同的狀態(tài)對(duì)樣品是否能完全燃燒有較大的影響。經(jīng)過不同樣品的反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果表明，先放置苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)丸片在坩堝底部中央，然后用小藥勺將樣品粉末分次并均勻地放在苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)丸片周圍，苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)丸片上方可有少量的薄薄一層樣品，這樣更易燃燒完全。同時(shí)，在點(diǎn)火絲固定在氧彈時(shí)，需要注意的是，輕柔地用點(diǎn)火絲慢慢撥開樣品粉末，使其輕輕接觸苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)丸片，確保其點(diǎn)火成功并完全燃燒。

6.5點(diǎn)火絲長度影響

點(diǎn)火絲不宜過長，也不宜過短。首先，點(diǎn)火絲過長容易導(dǎo)致點(diǎn)火過程中碰到坩堝壁，導(dǎo)致點(diǎn)火失??；其次，點(diǎn)火絲過長較易出現(xiàn)在點(diǎn)火過程中，導(dǎo)致點(diǎn)火絲熔進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)丸片中，從而點(diǎn)火失敗。

如果點(diǎn)火絲過短，在樣品裝入氧彈的過程中，若發(fā)生輕微晃動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火絲移位、點(diǎn)火絲接觸到坩堝壁、點(diǎn)火絲與標(biāo)準(zhǔn)苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)丸片不接觸等情況，導(dǎo)致點(diǎn)火失敗，試驗(yàn)失敗。

6.6氧氣影響

在氧彈內(nèi)充入高純氧，壓力達(dá)到3.25 MPa左右。每次試驗(yàn)的充氧壓力和充氧時(shí)間應(yīng)盡量保持一致。在滿足規(guī)范要求的前提下，試驗(yàn)中應(yīng)盡可能選擇純度較高并且已去除其他可燃物質(zhì)的高壓、高純氧。

6.7燃燒后樣品狀態(tài)影響

從儀器中取出氧彈后，需靜置10 min以進(jìn)行泄壓處理，隨后方可打開氧彈。檢查樣品是否完全燃燒干凈，若氧彈內(nèi)部觀察不到煤煙狀沉積物，且坩堝表面無殘留物，或者燃燒后樣品成球狀，并在氧彈中未發(fā)生爆炸等現(xiàn)象，則可判定試樣燃燒完全[3]。

7結(jié)論

本文對(duì)節(jié)能材料中的巖棉板、復(fù)合發(fā)泡水泥板燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果的影響因素進(jìn)行了研究。巖棉板、復(fù)合發(fā)泡水泥板在建筑和節(jié)能領(lǐng)域中扮演著重要的角色，通過對(duì)巖棉板和復(fù)合發(fā)泡水泥板燃燒熱值檢測(cè)方法的研究，以及對(duì)燃燒熱值試驗(yàn)過程中環(huán)境因素影響、水溫影響、樣品在坩堝中放置狀態(tài)影響、稱量誤差影響、助燃物點(diǎn)火絲長度影響、氧氣純度以及充氧時(shí)間的影響的研究，可以更好地了解燃燒熱值試驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)。未來的研究可以進(jìn)一步完善和改進(jìn)這些檢測(cè)方法，以滿足不斷發(fā)展的節(jié)能材料防火性能的要求。

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