保温材料防火性.pdf

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1、保温材料防火性阎瑾瑜1，马先伟2(1 许昌广播电视大学，河南许昌461000;2 河南城建学院土木与材料工程系，河南平顶山467036)摘要:目前国内火灾频发的原因主要是由于很多建筑保温材料的防火性差，建筑物一旦着火，火势就很难控制。为了正确认识和合理使用保温材料，本文介绍了保温材料主要防火性能和测试方法，分析了常用保温材料的防火性，并提出在现有保温材料的前提下提高建筑防火的措施。关键词:保温材料;防火性Fire Resistance of Building Insulation MaterialsYAN Jin yu1，MA Xian wei2(1 Xuchang Radio and TV

2、University，Henan Xuchang 46100;2 Department of Civil and Material Engineering，Henan University of Urban Construction，Henan Pingdingshan 467036，China)Abstract:One main reason about a lot of building fire in recent years was relate to the poor fire resistance of insula-tion materials If the building c

3、atch fire，the fire was difficult to control To use reasonably insulation materials，some im-portant fire resistant properties and related testing measures were introduced，and the fire resistance of some common in-sulation materials was also analyzed In addition，some measures were proposed based on th

4、e fire resistant properties ofcommon insulation materialsKey words:insulation material;fire resistance作者简介:阎瑾瑜，女，讲师，长期从事材料物理的教学、科研工作。E mail:feitian7799163 com为了实现到 2020 年实现全国城镇新建建筑节能达到 60%的总目标，各地政府要求在新建建筑中必须使用保温材料。然而，近几年南京中环国际广场、哈尔滨经纬 360 度双子星大厦、济南奥体中心、北京央视新址附属文化中心、上海胶州教师公寓、沈阳皇朝万鑫大厦等火灾事故的相继发生，尤其是今年央

5、视“315”晚会对建筑保温材料违规滥用现状的曝光，把现有建筑保温材料的防火性能推上了浪尖。因此，如何正确认识和合理使用建筑保温材料、防止建筑物的火灾事故，是我国建筑节能是否能取得显著效果的一个重要因素。1保温材料的燃烧性能保温材料的燃烧性包括保温材料的可燃性、不燃性、燃烧时热释放速率、热释放量、烟密度和烟毒性等。11可燃性可燃性指材料遇火或高温作用时，容易引燃起火或微燃，火源消除后仍能继续燃烧的性能。在遇到火源时，保温材料的可燃性直接影响到火势的发展和控制，是其得以安全使用的前提条件，可以通过可燃性试验评定。首先将试样固定好后，沿其垂直轴线倾斜 45将燃烧器水平推进，直至火焰接触试样底部边缘的

6、预先设置点。在火焰接触试样的同一时刻启动计时装置。点着试样后，移开燃烧器。如果点火时间为 15 s，总试验时间为20 s，点火时间为 30 s，总试验时间 60 s。最后，通过火焰尖端是否到达 150 mm 的刻度线来判定。如果试样未着火就熔化或收缩，在试样点火 5 s 后，移开燃烧器。调整试样位置，使新的火焰接触点位于上次点火形成的燃烧孔洞的边缘。在上次试样火焰熄灭或未着火后的 3 4 s 之间重新对试样点火。重复上述操作，直至火焰接触点抵达试样的顶部边缘或从点火开始计时的20 s 内火焰传播至距试样底部 150 mm 刻度线时结束试验。根据火焰尖端达到 150 mm 处的时间来判定。12不

7、燃性不燃性指材料遇火或高温作用时，不起火、不燃烧、不碳化的性能。保温材料的不燃性通过不燃性试验评定。首先将试样架插人炉内规定位置，启动计时器，记录试验过程中炉内温度。如果炉内温度在 30 min 时达到了最终温度平衡，即可停止试验。如果 30 min 内未能达到温度平衡，应继续进行试验，同时每隔5 min检查是否达到最终温度平衡，当炉内温度达到最终温度平衡或试验时间达 60 min 时结束试验。从加热炉内取出试样架，收集试样碎裂或掉落的所有碳化物、灰和其他残屑，同试样一起放入干燥皿中冷却至室温后，称量试样的残留质量。以质量损失、试样持续燃烧的时间和温度变化值作为检验指标。13热释放速率、点火后

8、 600 s 内的热释放量和燃烧增长指数热释放速率、点火后 600 s 内的热释放量和燃烧增长指数反映了火势发展的程度，若保温材料热释放速率大，热释放量增加，燃烧增长指数提高，火势发展就越快，灭火难度和造成的损失也就越大。这三个参量可以通过单体热值(单位质量的物质燃烧所产生的热量)试验评价。在进行热值试验时，首先将试样安装在小722011 年 39 卷第 11 期广州化工推车上，把排烟管道的体积流速设定为(0 60 0 05)m3/s，并在试验期间保持不变。在测完排烟道的温度和环境温度后，开始计时。在 t 为 120 s 时，点燃辅助燃烧器并将丙烷气体的流量调至647 mg/s，在 t 为30

9、0 s 时，从丙烷气体从辅助燃烧器切换为主燃烧器，并记录主燃烧器被引燃的时间，观察在1 250 s 时的燃烧行为，在 t1560 s 时，停止供气。在试验中要记录下排烟道中透光率、CO2和 O2的摩尔分数。试样的热释放速率HRR总(t)=EV298(t)xp O2(t)1+0 105(t)HRR总(t)为试样和燃烧器 t 时刻总放热速率，E 为温度298K 时，单位基体耗氧的热释放量，V298(t)为排烟道中气体在278 K 时的体积流速，为氧气(含水蒸气)在环境温度下的摩尔分数，(t)为耗氧系数。试样在点火后 600 s 内的热释放量:THR600s=31000600s300s(max HR

10、R(t)，0)THR600s为试样在 300st900s 内的总放热量，max(a 和b)两个值的最大值。燃烧增长率指数:FIGRA=1000 max(HRRav(t)t 300)FIGRA 为燃烧增长指数，HRRav(t)为 HRR(t)的平均值，max a(t)为 a(t)的最大值。14总热值总热值指单位质量的材料完全燃烧时，并当燃烧产物中的水分(包括材料中所含的水分变成水蒸气和材料组成中的氢在燃烧后以水蒸气形式存在)都凝结为液态时放出的热量。对于完全燃烧的试样通常采用坩埚法。从检测板中随机截取一定的试样，研磨成细粉，然后和一定量苯甲酸混合(11)均匀后放入坩埚中。将点火丝与电极连接，并使

11、点火丝与试样充分接触。在氧弹中加入 10 mol 蒸馏水(以吸附试验中产生的酸性气体)，并充入氧气使内部压力达到 3 0 3 5 MPa，然后放入量热器内筒中，同时加入一定量的蒸馏水，使之淹没氧弹。将量热仪内筒放入到外筒中，开启搅拌器和计时器。调节内筒水温，使其与外筒水温一致，每隔 1 min 记录一次内筒水温，直到 10 min 内的连续读数偏差不超过 0 01 K，将此时的温度作为起始温度 Ti。接通电流回路，使样品被点燃，每隔 1 min 记录一次内筒水温，直到10 min 内的连续读数偏差不超过 0 01 K，将此时的温度定为最高温度 Tm。燃烧的总热值根据下式计算:PCS=E(Tm

12、Ti+c)bmPCS 为总热值，E 为氧弹、量热仪等中充入水的水当量，Ti起始温度，Tm最高温度，b 是助燃物燃烧热值的修正值，c 为与外部热交换修正值，m 为试样质量。15烟密度保温材料着火后，会产生一定量的烟气，降低了可视度，给逃生和救助带来很大困难。为了减少烟气的影响，需要在保温材料使用前对燃烧时产生的烟密度进行测定。烟密度指单位空间所含烟气的质量数，反映火灾场景烟气与材料质量关系的参数。试验时，调节燃气(丙烷)压力为 276 kPa，将 25 mm 25 mm6 mm 的试样放置在试验烟箱中的金属支撑网上，用燃烧器直接点燃试样，通过测量材料燃烧产生的烟气中固体尘埃对光的反射而造成光通量

13、的损失来评价烟密度大小。通常采用最大烟密度值和烟密度等级(用 0 4 min 内的产烟量与总的产烟量的比值)来划分材料的等级。16烟毒性有机类保温材料着火后，可能会产生一些有毒气体，造成被困人员的伤亡，因此需要对烟气的毒性进行评价。由于材料在充分产烟和无火焰时毒性最大，通常以此条件下的产烟浓度对小鼠进行 30 min 染毒试验，若小鼠在染毒期内(包括染毒后 1 h内)无死亡，则判定该材料在此级别下麻醉性合格;若小鼠在34 min染毒后不死亡及体重无下降或体重虽有下降，但 3 天内平均体重恢复或超过试验时的平均体重，则判定该材料在此级别下刺激性合格;以麻醉性和刺激性皆合格的最高浓度级别定为该材料

14、产烟毒性危险级别。所需产烟浓度越低的材料产烟毒性危险越高，所需产烟浓度越高的材料产烟毒性危险越低。根据保温材料上述燃烧性，把保温材料划分为 A1、A2、B、C、D、F 七级。2常用保温材料的防火性外墙所用的保温材料有 EPS(聚苯乙烯泡沫)、XPS(挤塑聚苯乙烯泡沫)、PU(聚氨酯泡沫)、岩(矿)棉板、玻璃棉毡以及超轻的聚苯颗粒保温料浆等。目前国内用量较大的 EPS、XPS 和PU。EPS、XPS 和 PU 凭借质量轻、保温和隔热性好的特点，在外墙保温体系得到广泛应用。然而，EPS、XPS 用打火机可能较难点燃，但当火源大、温度高或持续作用时，就会产生熔融变形滴落，形成很大的火势，并产生大量烟

15、雾，释放出大量的苯、甲苯、甲醛等有毒气体;同时，板材受热会产生的热熔、变形以及网格布过热会折断，导致表面层破坏，而引燃保温材料，使火灾迅速向大范围蔓延(图 1)1 2。因此，在美国、英国、德国等禁止使用在高层建筑上，而在我国广泛应用在高层甚至在超高层建筑上，造成了大量火灾的发生。PU 导热性极差，容易造成热量积聚，一旦着火，燃烧速度也非常快，在燃烧时多为不完全燃烧，这种不完全燃烧在火灾中表现为很浓很黑的烟气，包括大量的 CO、CO2，并释放出大量的高温和有毒气体如氰化氢、氰化苯。为了提高其防火性，通常加入阻燃剂，延缓火苗的蔓延速度。在国内应用较多的阻燃剂是卤素和磷系阻燃剂，但其沸点不足 300

16、，在燃烧中易挥发，且会形成二恶英、卤化氢等，增加了烟气的毒性。有效的方法是在聚氨酯分子链中引入耐温基团结构，如芳茎聚酯多元醇，利用催化剂使分子链生成聚异氰脲酸酯、聚酰亚胺基、巨聚恶唑酮结构等，通过双组分液料反应交联固化发泡而成的网状结构，不存在阻燃剂挥发、溶出、迁移等问题，遇火时不会产生收缩反应，同时产生碳化层，有效地隔绝了氧分的渗透和热量的传递，从而阻止了火势的蔓延，提高了耐燃性3。图 1外墙保温体系 EPS 受火状态酚醛泡沫保温效果良好，导热系数在0 022 0 3 之间，透气82广州化工2011 年 39 卷第 11 期性也很好，且其耐热性好，大量试验表明，25 mm 厚的酚醛泡沫板可经

17、受 1 700 的火焰喷射 10 min，仅表面略有炭化而不会被烧穿，有效了防止火灾发生和火势蔓延，同时在燃烧时无滴落物、发烟量低，而且几乎不产生一氧化碳等有毒气体。因此，酚醛泡沫板作为目前封闭与控制火势的建筑外墙优秀保温材料，已在国外广泛投入使用。岩棉板具有很好的防火性能，在国外的应用已非常成熟，但进口岩棉板价格很高(1 700 1 800 元/m3)，而国产岩棉板抗拉强度低，浸泡吸水量很高，在潮湿状态下强度会大幅下降，保温性能相对较差，很难达到外墙外保温要求。从上面分析来看，交联固化的聚氨酯泡沫和酚醛泡沫的防火性较好，将会逐渐占领市场，而防火性好的岩棉板随着其生产技术的改进，也会占一定的市

18、场份额。3保温材料在施工中的防火措施据今年 315 晚会报道，国内能够生产防火性达到 B 级的保温材料厂家很少，而且价格很高。当利用现有的保温材料，同时改善外保温工程的防火性能，阻止火焰蔓延时，必须设置防火隔离带、防火梁和防火分仓等防火构造4 6。防火隔离带指能有效阻止外保温系统内火焰蔓延的带形防火构造。防火隔离带宽度一般要大于 300 mm，通常沿水平方向通长和交圈设置。当遇到窗洞阻挡时，设置在窗口上方 200 400 mm 处(图 2)，且需要在窗四周加挡火梁，增强防火效果。当无窗洞时，可在墙转角处设置纵向的阳角防火隔离带，横向火隔离带接至纵向防火隔离带止。为了减少楼层间遭受火灾时相互影响

19、，可在楼层之间设置防火隔离带，如图 3 和图 4 所示。防火隔离带的材料可采用酚醛或岩棉保温板。挡火梁指能阻止或减缓外部火焰对外保温系统内可燃保温材料攻击的带状防火构造。通常环状设置在门窗洞口的四周、或水平设置在门窗洞口上边缘。当水平设置在门窗洞口上边缘时，应伸出门窗洞口竖向边缘一定的长度。防火分仓是指用不燃或难燃保温材料将连续可燃保温层分隔成相匀独立的小而体积固定尺寸区域(如图 5)，可以防止非闭合空腔在火灾发生后产生烟囱效应(为体系中的保温材料的燃烧提供一定氧气，加速火灾蔓延的现象)。因此，防火分仓可防止火焰的直接传播，相当于在每块可燃类保温材料四周设置一条防火隔离带。防火分仓材料可采用保

20、温浆料，同时避免了保温板之间的缝隙出现热桥。采用防火分仓的外墙外保温体系可不另设防火隔离带。此外，保温材料堆放时，应用不燃材料覆盖，且周围 10 m 内及上空不能有明火作业。施工时应分区段进行，各区要保持一定的距离，并尽早安排覆盖层(抹面层或界面层)的施工。图 2窗口防火隔离带的设置图 3岩棉板防火隔离带图 4酚醛板防火隔离带图 5防火分仓4结论建筑火灾的频繁发生引起人们对目前国内建筑保温材料防火性的质疑，造成了生活和工作在使用此类保温材料的建筑中的人群恐慌。因此，正确认识保温材料的防火性能，了解相应的测试方法，和在工程中采取一定的措施提高建筑物的防火性，显得尤为重要。目前，我国对建筑保温材料

21、的防火性主要考虑的是可燃性、不燃性、燃烧时热释放速率、热释放量、烟密度和烟毒性，在这些常用材料中酚醛泡沫是一种很有发展前景的保温材料，当前在工程中可以通过设置防火隔离带、防火梁、防火分仓等措施来提高建筑物的防火性能。参考文献 1李晓蕾，王鹏 从典型火灾案例看建筑保温材料的防火安全问题 J 建筑发展导向，2009(4):53 56 2李京，战峰 建筑外墙保温材料的火灾危险性与防火措施J 安全健康与环境，2009(11):16 18(下转第 63 页)922011 年 39 卷第 11 期广州化工21 红外光谱仪测试了化合物的红外光谱(见图 1)，将化合物的红外光谱特征峰指认列在表 2 中，在两个

22、化合物中均存在C=C、C=N、C O 和 C N 的特征伸缩振动峰，A 的 C=N 伸缩振动峰位于 1612 cm1，B 的 C=N 伸缩振动峰位于 1 620 cm1，A 的 C=C 伸缩振动峰位于 1 497 cm1，B 的 C=C 伸缩振动峰位于1 487 cm1，A 的 C O 伸缩振动峰位于 1 234 cm1，B 的C O伸缩振动峰位于 1 190 cm1，A 的 C N 伸缩振动峰位于1 177 cm1，B 的 C N 伸缩振动峰位于 1 149 cm1。两个化合物分别在 3 498、3 458 cm1处的宽吸收锋为 OH 的伸缩振动吸收峰。图 1化合物的红外光谱Fig1IR o

23、f the compounds23UV Vis 光谱以甲醇作溶剂，在200 600 nm 波长范围内测试了两个化合物的紫外 可见吸收光谱。双水杨醛缩对苯二胺的吸收峰值波长为210 nm、274 nm 是芳香族化合物中苯环的特征吸收带，371nm 处的吸收带是 n*吸收带。双水杨醛缩 4，4 联苯二胺的吸收峰值波长为 213 nm、257 nm 的强峰是苯环的 E 带及共轭C=N的*跃迁的 K 带，其 n*跃迁吸收峰值为346 nm。24荧光光谱由化合物的荧光光谱图 2 可以看出，在 400 nm 波长的可见光激发下，双水杨醛缩对苯二胺在 581 nm 处有一个荧光发光峰;双水杨醛缩 4，4 联

24、苯二胺在 550 nm 处有一个荧光发光峰，两个化合物的固体粉末均能发射较强的荧光，发光机理均为 L*L 跃迁发光。图 2化合物的荧光光谱Fig2Fluorescent emission of the compounds3结论采用液相合成法合成了两个席夫碱类化合物双水杨醛缩对苯二胺、双水杨醛缩 4，4 联苯二胺，通过元素分析确定了化合物的结构，采用红外光谱、紫外 可见吸收光谱、荧光光谱对化合物进行了表征，结果表明，两个化合物的固体粉末均能发射较强的荧光。参考文献 1丁国华，张晓松，樊润梅 希夫碱过渡金属配合物的合成及其荧光性能J 合成化学，2010，18(2):259 261 2吴庆，袁泽利，

25、胡庆红，等 新型双核锌()大环席夫碱配合物的合成及谱学表征 J 光谱实验室，2011，28(1):329 332 3霍涌前，陈小利，张逢星，等 双水杨醛缩乙二胺铁()配合物的合成及其晶体结构J 延安大学学报:自然科学版，2010，29(1):6264 4霍涌前，王升文，崔华莉，等 Schiff 碱类锌()配合物的合成、晶体结构及发光性能 J 无机化学学报，2010，26(7):1 274 1 278 5霍涌前，任宜霞，陈小利，等 水杨醛缩对甲苯胺钴()配合物的合成、晶体结构和荧光性质J 化学试剂，2010，32(10):877 880，902 6李银玲，王凤奇，甄珍，等 水杨叉缩苯胺及其衍生物

26、的变色机理 J 物理化学学报，1998，14(11):981 987 7田刚，许文苑，车强，等 水杨醛类席夫碱有机光致变色化合物的研究 J 现代化工，2007，27(S1):253 256 8吴爱斌，朱传方 5 (4 磺胺苯基偶氮)水杨醛席夫碱的合成及其热色性研究 J 华中师范大学学报:自然科学版，2002，36(2):檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵188 190(上接第 29 页)3季广其，朱春玲 硬泡聚氨酯外墙外保温系统防火性能研究J 建设科技，2010(7):28 33 4林敏，王立群 浅议墙体外保温防火措施J 科技创新导报，2010(20):50 51 5孙健，丁璐 浅谈我国外墙体有机保温材料的火灾危险性以及安全对策J 安防科技，2010(8):42 44 6许丹飚 建筑保温材料施工防火管理对策探讨J 现代商贸工业，2009(15):286 287362011 年 39 卷第 11 期广州化工