建筑材料燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性分析

【摘要】在建筑材料燃燒性能檢測(cè)中，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007《建筑材料燃燒熱值測(cè)定方法》是建筑材料燃燒性能分級(jí)的重要依據(jù)，但其試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)有一定的局限性。通過閱讀標(biāo)準(zhǔn)原文了解其等同于標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2002，查閱資料得知標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2002后經(jīng)歷2010和2018兩次更新，其燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)已趨于完善，最新標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2018對(duì)目前的燒熱熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性分析有著積極的指導(dǎo)作用。通過對(duì)歷年的標(biāo)準(zhǔn)ISO1716 的燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)原文簡(jiǎn)析結(jié)合異常值統(tǒng)計(jì)方法（如拉依達(dá)準(zhǔn)則、格拉布斯準(zhǔn)則、狄克遜準(zhǔn)則）對(duì)建筑材料總?cè)紵裏嶂翟囼?yàn)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行一個(gè)探討。

【關(guān)鍵詞】建筑材料； 總?cè)紵裏嶂担?試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn); 異常值統(tǒng)計(jì)方法

【中圖分類號(hào)】TU502+.5A

1 燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性分析

從國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》中可知，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007《建筑材料燃燒熱值測(cè)定方法》是不燃材料A級(jí)制品（平板狀建筑材料及制品、鋪地材料、管狀絕熱材料）的重要分級(jí)依據(jù)（見表1）。然而通過使用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007《建筑材料燃燒熱值測(cè)定方法》后發(fā)現(xiàn)其試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理依據(jù)的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)其有效性范圍有些缺陷，有些試驗(yàn)結(jié)果不在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的有效性范圍內(nèi)。經(jīng)過深入了解標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402出處后發(fā)現(xiàn)其等同采用了標(biāo)準(zhǔn)ISO1716，之后通過研究分析標(biāo)準(zhǔn) ISO1716中歷年來的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)后，發(fā)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2018中的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍已經(jīng)趨于完善，對(duì)目前試驗(yàn)活動(dòng)有著積極的指導(dǎo)意義（表1）。

2 標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007中試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)局限性

通過表2可以了解到標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007（等同ISO 1716：2002）中試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于勻質(zhì)材料有效性范圍只涉及 0～3.2 MJ/kg一個(gè)小的范圍，而對(duì)于處理小于0 MJ/kg和大于3.2 MJ/kg的試驗(yàn)結(jié)果沒有涉及，同樣對(duì)于非勻質(zhì)材料也只涉及0～4.1 MJ/m2 這樣一個(gè)小范圍，對(duì)于處理小于0 MJ/m2和大于4.1 MJ/m2的試驗(yàn)結(jié)果也同樣沒有涉及。因此在日常的檢測(cè)工作中對(duì)于一些超出有效性范圍的低熱值及高熱值的建材及制品的試驗(yàn)結(jié)果處理沒有切實(shí)的依據(jù)。例如檢測(cè)工作中發(fā)現(xiàn)一些熱值較大建筑材料如改性酚醛板材、EPS板材、XPS板材等制品的熱值試驗(yàn)結(jié)果偏差都相對(duì)較大，在對(duì)兩組備樣進(jìn)行試驗(yàn)處理數(shù)據(jù)后，試驗(yàn)結(jié)果的偏差值較大，依舊不能滿足現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 ISO 1716試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)歷年來完善過程

（1）ISO 1716：1973試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)：試樣數(shù)目和重復(fù)試驗(yàn)差值：熱值試驗(yàn)共需3個(gè)平均試樣。每?jī)蓚€(gè)平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果差值不得大于167 kJ/kg，否則試驗(yàn)應(yīng)重做。

（2）ISO 1716：2002試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)等同于標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007，其試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)參考表2。

（3）ISO 1716：2010試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)（表3）。

（4）ISO 1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)（表4）。

通過上述ISO1716中試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)在1973、2002、2010、2018年的變化可知，標(biāo)準(zhǔn)隨著建筑材料日新月異的更新，其結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)也不斷地自我完善，至ISO1716：2018版本的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)可以覆蓋到所有試驗(yàn)結(jié)果，處理依據(jù)也有了相應(yīng)的明確和清晰地描述，這對(duì)試驗(yàn)人員在今后的檢測(cè)工作有著積極的指導(dǎo)作用。

4 常見建筑材料總?cè)紵裏嶂导坝行苑治?/p>

4.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)是根據(jù)由試樣劇烈燃燒所釋放的熱量導(dǎo)致氧彈溫度的升高，氧彈將熱量傳遞給周圍的水使水溫升高，利用經(jīng)校準(zhǔn)的蒸餾水熱容量，計(jì)算單位質(zhì)量試樣的熱釋放量，即得總?cè)紵裏嶂担≒SC）。測(cè)量裝置為氧彈量熱儀（圖1），其類型分為絕熱式氧彈量熱儀和恒溫式氧彈量熱儀兩種，兩種氧彈量熱儀的區(qū)別在于絕熱式氧彈量熱儀外桶水溫隨內(nèi)桶水溫變化而變化，試驗(yàn)期間避免了內(nèi)外桶之間的熱交換問題，不需要考慮內(nèi)外桶之間熱交換的問題，而恒溫式氧彈量熱儀的外桶處于恒定的溫度環(huán)境中，在試驗(yàn)時(shí)內(nèi)桶溫度升高，而外桶溫度不變從而形成了內(nèi)外桶間的熱交換，需要考慮內(nèi)外桶間的熱交換問題，在計(jì)算總?cè)紵裏嶂禃r(shí)要對(duì)此時(shí)發(fā)生的熱交換進(jìn)行修正，其計(jì)算公式如式（1）。

圖1 燃燒熱值試驗(yàn)裝置

P=E（T_m-T_i+c）-b／m（1）

式中：PCS為總熱值，（MJ/kg）；E為量熱儀、氧彈及其附件和氧彈內(nèi)水的水當(dāng)量，（MJ/K）；T_i為起始溫度，（K）；Tm為最高溫度，（K）；b為試驗(yàn)中所用助燃物（包括點(diǎn)火絲、棉線、香煙紙、苯甲酸等）燃燒熱值的修正值，（MJ）（除非已知助燃物的燃燒熱值，否則必須對(duì)其進(jìn)行測(cè)量）；c為與外部進(jìn)行熱交換的溫度修正值，（K）；m為試樣的質(zhì)量，（kg）。

建筑設(shè)備與建筑材料呂長(zhǎng)東： 建筑材料燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性分析

4.2 儀器設(shè)備

本次試驗(yàn)采用型號(hào)為ZY6234-PC恒溫式氧彈量熱儀，儀器設(shè)備在校準(zhǔn)期內(nèi)能滿足試驗(yàn)要求。

4.3 試樣制備

4.3.1 取樣

樣品應(yīng)具有代表性，對(duì)勻質(zhì)制品或非勻質(zhì)制品的被測(cè)組分，任意截取至少5個(gè)樣塊作為試樣。若被測(cè)組分為勻質(zhì)制品或非勻質(zhì)制品的主要成分，則樣塊最小質(zhì)量為50 g。若被測(cè) 組分為非勻質(zhì)制品的次要成分，則樣塊最小質(zhì)量為10 g。對(duì)于松散填充材料，從制品上任意截取最小質(zhì)量為50 g的樣塊作為試樣；對(duì)于含水制品，將制品干燥后任意截取最小質(zhì)量為10 g的樣塊作為試樣。

4.3.2 制樣方法

通過研磨能得到細(xì)粉末樣品時(shí)，應(yīng)以坩鍋法制備試樣。如果通過研磨不能得到細(xì)粉末樣品，或以坩鍋試驗(yàn)時(shí)試件不能完全燃燒，應(yīng)采用“香煙”法制備試樣。

（1）坩堝試驗(yàn)制樣法：將稱量好的試樣和苯 甲酸混合物放入坩堝中，將點(diǎn)火絲連接到兩個(gè)電極上，調(diào)節(jié)點(diǎn)火絲的位置使其與坩堝內(nèi)的試樣接觸良好。

（2）“香煙”制樣法：先將稱量好的點(diǎn)火絲穿入心軸至其中心，用已稱量的“香煙紙”將心軸包裹，并將其邊緣重疊處用膠水粘結(jié)。紙的一端與點(diǎn)火絲擰在一起，將裹有“香煙紙”的心軸放入模具中，取出心軸后，固定“香煙紙”在模具中 的位置，準(zhǔn)備裝填試樣；將稱量好的樣品和苯甲酸的混合物放入“香煙紙”，從模具中拿出裝有試樣和苯甲酸混合物的“香煙紙”，分別將“香煙紙”兩端擰在一起，制成香煙狀樣品；將包裹了樣品的“香煙”稱量后放入坩堝中，同時(shí)將點(diǎn)火絲緊密地包裹纏繞在電極線上。

4.3.3 數(shù)量要求

試驗(yàn)用試樣和苯甲酸的質(zhì)量均為0.5 g（對(duì)于熱值相較高及易燃燒的物質(zhì)選擇不加苯甲酸進(jìn)行助燃，如酚醛板、EPS板等），必要時(shí)應(yīng)稱量點(diǎn)火絲、棉線和“香煙紙”。一般要求對(duì)3個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)。如果試驗(yàn)結(jié)果不能滿足有效性要求，則需對(duì)另外2個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

4.3.4 狀態(tài)調(diào)節(jié)

試驗(yàn)前，將粉末試樣、苯甲酸和“香煙紙”按照EN 13238的要求進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。

4.4 試驗(yàn)

本次研究對(duì)13種現(xiàn)行的常見建筑材料進(jìn)行試驗(yàn)（表5），試驗(yàn)后對(duì)每種材料的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效性分析。

從表5可知，按照現(xiàn)行GB/T 14402-2007（ISO 1716：2002）中試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、12號(hào)、13號(hào)樣品試驗(yàn)結(jié)果均不在標(biāo)準(zhǔn)的有效性范圍內(nèi)，對(duì)其結(jié)果有效性判別沒有依據(jù)。所以在這里參考ISO 1716：2018完善后的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)則對(duì)表5中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效性分析，分析后可以發(fā)現(xiàn)3號(hào)、11號(hào)樣品的試驗(yàn)結(jié)果不能滿足ISO 1716：2018有效性標(biāo)準(zhǔn)要求（表6）。

接下來分別對(duì)3號(hào)、11號(hào)樣品兩個(gè)備樣進(jìn)行試驗(yàn)（表7）。

參考ISO1716：2018中有效性標(biāo)準(zhǔn)知3號(hào)和11號(hào)樣品在追加兩個(gè)備樣試驗(yàn)后，其試驗(yàn)結(jié)果有效性滿足要求。

5 異常值統(tǒng)計(jì)方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的有效性分析

（1）在本節(jié)里通過異常值的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007（ISO 1716：2002）中的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)之外樣品的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判別和分析。

（2）在試驗(yàn)過程中常用判別試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否異常值的統(tǒng)計(jì)

方法有三種：拉依達(dá)準(zhǔn)則、格拉布斯準(zhǔn)則、狄克遜準(zhǔn)則。拉依達(dá)準(zhǔn)則對(duì)測(cè)量次數(shù)有嚴(yán)格要求測(cè)量次數(shù)n≤10時(shí)不適合使用，而格拉布斯準(zhǔn)則和狄克遜準(zhǔn)則準(zhǔn)則適用于測(cè)量次數(shù)n≥3的情形。所以本次對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程選用格拉布斯準(zhǔn)來進(jìn)行驗(yàn)證。

（3）格拉布斯準(zhǔn)：設(shè)在一組重復(fù)觀測(cè)值xi中，xi其相對(duì)于平均值的殘差vi的絕對(duì)值|vi|的最大者為可疑者xd，當(dāng)給定包含概率為p=0.99或p=0.95，也就是顯著水平α=1-p（即α為0.01或0.05）時(shí)，如果滿足下式（2），可以判定xd為異常值。（本次數(shù)據(jù)處理過程中包含概率取p=0.95即顯著水平α為0.05，n取3）。

|xd-|／s≥G（α，n）

式中：G（α，n）為與顯著水平α和重復(fù)觀測(cè)次數(shù)n有關(guān)的格拉布斯臨界值。

通過表8對(duì)GB/T 14402-2007（ISO 1716：2002）中的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)之外的試驗(yàn)樣品1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、12號(hào)、13號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析，均不存在異常值，試驗(yàn)結(jié)果均有效。

6 結(jié)論

從上述的常見建筑材料總?cè)紵裏嶂翟囼?yàn)結(jié)果有效性分析中可知，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007（ISO1716：2002 ）中的有效性標(biāo)準(zhǔn)不能有效分析對(duì)于本次研究中1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)這樣總?cè)紵裏嶂档陀诹愕脑囼?yàn)結(jié)果低于零及12號(hào)、13號(hào)總?cè)紵裏嶂翟囼?yàn)結(jié)果過高的建筑材料，其試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)無法給予判定的情況下，最新標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于處理超出范圍的試驗(yàn)結(jié)果給予一定的參考價(jià)值。而通過標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)和異常值統(tǒng)計(jì)方法對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/ 14402-2007（ISO1716：2002）中的有效性標(biāo)準(zhǔn)之外的試驗(yàn)結(jié)果分析，可以發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)樣品3（水泥基泡沫保溫板）試驗(yàn)結(jié)果在不滿足ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)情況下其通過異常值統(tǒng)計(jì)方法對(duì)分析后發(fā)現(xiàn)其試驗(yàn)結(jié)果并無異常值，其結(jié)果是有效的。

通過上述本次試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)于處理現(xiàn)行GB/T 14402-2007（ISO 1716：2002）有效性標(biāo)準(zhǔn)之外的試驗(yàn)結(jié)果（1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、12號(hào)、13號(hào)試樣），采用異常值統(tǒng)計(jì)方法相較ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)更為寬松些，即滿足ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)結(jié)果無異常，而不滿足ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)結(jié)果其試驗(yàn)結(jié)果也有可能無異常（如本文中的3號(hào)試樣）。因此是否可以采用以下步驟對(duì)現(xiàn)行有效性標(biāo)準(zhǔn)之外的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判定和處理：①先參考ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，如果試驗(yàn)結(jié)果滿足ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)，則結(jié)果有效。②如果不滿足，再通過異常值統(tǒng)計(jì)方法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，無異常值試驗(yàn)結(jié)果也是有效的。③若出現(xiàn)異常值則按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行剩余兩組備樣的試驗(yàn)，去掉最大最小值后對(duì)于剩余三個(gè)試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)步驟1和2來對(duì)結(jié)果進(jìn)行判定。

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