建筑用防火门耐火性能理论与试验分析

张正　胡海滨　钱海帆　卢文斌

（广东产品质量监督检验研究院　广东　广州　510330）

建筑用防火门耐火性能理论与试验分析

张正胡海滨钱海帆卢文斌

（广东产品质量监督检验研究院广东广州510330）

通过Warrington防火构件试验炉对不同材质的防火门进行耐火试验，对结果进行了研究，结果表明：防火门的不同外表材质对耐火性能的影响较小；耐火性能主要受门芯填充物影响；并结合相关理论，推导耐火性能计算公式，运用实测数据计算，结果表明，理论值与试验值相符。

防火构件试验炉；防火门；耐火性能；理论值

防火门是建筑物水平防火分区的主要构件，广泛应用于高层建筑、医院、大型商场、仓库、厂房、地下车库、酒店等人员密集场所。它们是预防火灾蔓延，降低火灾损失的重要消防工具，防火门在我国已经有了多年的应用与发展，经过多年来的开发研究，从原材料、五金配件到结构、门型、门芯等方面都有了很大的提高，在保障人民生命财产安全，减轻火灾损失方面发挥了重要作用[1]，防火门作为公认的能有效阻止火势的被动式防火装置，一般发生火灾时，防火门能将高温和浓烟限制在某一特定区域内，使火势不能迅速蔓延。所以防火门耐火性能的优劣在建筑发生火灾的救援中起着关键性作用[2～3]。

耐火性能作为评价防火门质量的重要指标，笔者结合近几年对防火门的质量检验发现，市场和施工领域使用的产品质量堪忧。耐火性能达不到标准要求比例较高，本研究以单扇防火门为例，结合相关的理论知识，对防火门的耐火性能的理论计算公式进行推导，结合近几年防火门实际的检测检验工作，旨为建筑用防火门的研发、生产和使用过程提供一些依据和参考。

1　防火门的分类及技术要求

防火门是指按照《建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求》（GB/T9978.1-2008）检测，耐火性能达到《防火门》（GB12955-2008）表1要求的门。

（1）按防火门的开启方式将防火门分为闭式防火门和开式防火门两种。

（2）根据构成防火门框、门扇骨架、门扇面板的材料将防火门分为钢质防火门、木质防火门、钢木质防火门及其他材质防火门[4～5]。

（3）按照门的耐火性能分类，依据《防火门》（GB12955-2008）的要求，防火门可以分为隔热防火门（A类fullyinsulateddoorsets）、部分隔热防火门（B类partially insulated door sets）、非隔热防火门（C类no insulated door sets）三种。

（4）依据《防火门》（GB12955-2008）防火门的耐火性能可分为A类、B类和C类，即隔热性防火门、部分隔热防火门和非隔热防火门三类，详见《防火门》（GB12955-2008）表1所示[6～7]。

2　耐火性能理论推导

防火门的耐火性能采用建筑构件耐火试验炉（竖炉）进行试验，为了尽量使防火门受到与实际火灾相似的火焰作用，耐火试验采用明火加热，且建筑构件耐火试验炉内温度随时间变化而变化，并受T=345log（8t+1）+20函数关系控制，式中T为炉内的平均温度，单位为摄氏度（℃）；t为时间，单位为分钟（min）。

根据GB12955-2008防火门对A类甲级防火门耐火性能的要求，由图1可知，在正常耐火试验进行90min时，对应的标准炉内温度约为1000℃；根据GBT9978.1-2008可知耐火极限判断条件，在规定的试验时间内，防火门应满足以下要求：①不丧失完整性：包括试件背火面出现火焰燃烧并持续燃烧时间未超过10s，窜过门缝的火焰未点燃棉垫，试件未垮塌；②不丧失隔热性：包括试件背火面的平均温升未超过平均温度140℃，试件背火面任一点位置的温度温升未超过初始温度（包括移动热电偶）180℃，门框温升未超过360℃。由此，根据GB12955-2008、GB/ T7633-2008和相关理论知识[8～9]，以防火门的背火面温度为判断参数，推导防火门隔热性能的理论计算公式。

式中：η-修正系数，η=1.37；Tb-防火门背火面温度，℃；T1、T2炉内空气温度、炉外空气温度，℃；κ1、κ2-防火门扇内、外表面的传热系数，W/（m2·K）；λ-材料的导热系数，W/（m·K）；δ-材料厚度，m；n-材料层数。

3　试验部分

耐火性能（也称耐火极限）包括耐火隔热性和耐火完整性，耐火隔热性是指在标准耐火试验条件下，建筑构件当某一面受火时，在一定时间内背火面温度不超过规定温度极限值的能力；耐火完整性是指在标准耐火试验条件下，建筑构件当某一面受火时，在一定时间内阻止火焰和热气穿透或在背火面出现火焰的能力。Warrington防火构建试验炉系统流程如图1所示，实物图如图2所示。

图1　Warrington防火构建试验炉系统流程图

本文以《建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求》（GB/ T9978.1-2008）和《防火门》（GB12955-2008）为依据，对不同防火门进行测试，并对测试结果进行比对分析，同时也采用防火门隔热性能理论公式进行计算，对其隔热性能进行评价。

（1）本次钢质防火门（内填充为珍珠岩）按照A1.50（甲级）进行测试，图2为钢质防火门耐火试验过程标准温度和炉内平均温度随时间的变化；图3为钢质防火门耐火试验过程背火面不同测点温度及平均温度随时间的变化，试验开始时，环境温度为28℃。

（2）本次木质防火门（内填充为珍珠岩）按照A1.50（甲级）进行测试，图4为木质防火门耐火试验过程标准温度和炉内平均温度随时间的变化；图5为木质防火门耐火试验过程背火面不同测点温度及平均温度随时间的变化，试验开始时，环境温度为22℃。

图2　标准温度和炉内平均温度随时间的变化图

图3　背火面温度及平均温度随时间的变化图

图4　标准温度和炉内平均温度随时间的变化

（3）按照A1.50（甲级）分别对具有和3.1钢质防火门具有相同外表材质的防火门（内填充材料分别为岩棉、玻璃棉）进行测试，钢质防火门（内填充玻璃棉）进行到56min时，出现烧穿、背火面窜火，背火面的最高温升达到248.5℃；钢质防火门（内填充岩棉）进行到77min时，背火面最高温升首次超过180℃，达到了185.6℃。

4　结果与分析

（1）从图3～5可得知，木质防火门（内填充珍珠岩）的背火面最高温度为116.9℃，背火面平均最高温度为87.5℃；钢质防火门（内填充珍珠岩）背火面的最高温度为132.3℃；背火面平均最高温度为96.7℃。试验过程中，两类防火门都没出现坍塌、烧穿、背火面窜火等不合格项。木质防火门的外表为经阻燃处理的杉木板，钢质防火门的外表为厚约2mm的钢板。两种防火门都进行A1.50（甲级）试验。

图5　背火面温度及平均温度随时间的变化图

结果表明，两类防火门都达到了A1.50（甲级）的耐火性能的要求，背火面的平均温升都低于140℃，背火面的最高温升都低于180℃；两类防火门的不同外表材质对耐火性能的影响较小；从图7中看出，由于木质防火门表面饰面胶合板阻燃处理较差或者未使用经过阻燃处理的饰面板，在炉内助燃，导致实测炉内温度在试验开始的13min内急剧上升，与标准炉内温度有很大偏离；由于饰面板燃烧殆尽，在13～20min内，实测炉内温度又逐渐下降，满足标准要求的偏离区间。

（2）图3和图4对应的为钢制单扇防火门，膨胀珍珠岩板厚度δ=41mm，防火板厚度δ=5.2mm，防火门表面钢板厚度为1.4mm；膨胀珍珠岩板导热系数λ≤0.094W/（m·K），采用导热系数测试仪测定可知，防火门表面钢板传热系数κ1、κ2为33.8W/（m2·K），防火板等的导热系数取0.164W/（m·K）。由于材料的导热系数越大，其导热性能（传热性能）越好，相对应其隔热性能越差，所以，计算中所用各种材料的导热系数，均取最高值进行计算，λ=0.094W/（m·K），本次试验时候，防火门背火面初始温度为28℃。

根据标准时间温度曲线可知，90min时，炉内温度T1= 1000℃，将参数代入公式1中，计算出背火面温度Tb=102.8℃，对应防火门背火面平均温度为96.7℃，最高温度为132.3℃，理论计算的背火面温度满足GB12955-2008防火门中A1.50（甲级）的要求，理论计算值与实测值相吻合。

（3）图5和图6对应的为木质单扇防火门，膨胀珍珠岩板厚度δ=43mm，防火板厚度δ=5.5mm，饰面胶合板厚度为2.9mm；膨胀珍珠岩板导热系数λ≤0.094W/（m·K），采用导热系数测试仪测定可知，饰面胶合板传热系数κ1、κ2为30.4W/（m2· K），胶合板和防火板的导热系数取0.211W/（m·K）。由于材料的导热系数越大，其导热性能（传热性能）越好，相对应其隔热性能越差，所以，计算中所用各种材料的导热系数，均取最高值进行计算，λ=0.094W/（m·K），本次试验时候，防火门背火面初始温度为22℃。

根据标准时间温度曲线可知，90min时，炉内温度T1= 1000℃，将参数代入公式1中，计算出背火面温度Tb=97.6℃，对应防火门背火面平均温度为87.5℃，最高温度为116.9℃，理论计算的背火面温度满足GB12955-2008防火门中A1.50（甲级）的要求，理论计算值与实测值相吻合。

（4）对比3.1、3.2和3.3可得知，影响防火门的主要因素在于内填充材料，试验结果表明，耐火性能最佳的防火门依次为，钢质防火门（内填充珍珠岩）和木质防火门（内填充珍珠岩051）、钢质防火门（内填充岩棉）、钢质防火门（内填充玻璃棉）。

本文以不同材质的单扇防火门耐火试验为基础，分析不同材质的防火门的耐火性能差异，并运用理论公式对其耐火性能进行了评价，理论值与实测值相符合，为防火门的研发、生产、检测等提供了依据，有助于提高防火门产品的性能。

[1]刘志鹏，陈英杰，张正，李博.防火门和防火卷帘的耐火性能分析[J].广东科技，2012（6）：246～247.

[2]杨笛.新型防火门芯板的研制[J].门窗，2008（4）：49～51.

[3]付利民.木质防火门制造工艺简述[J].家具与室内装饰，2005（8）：74～75.

[4]《钢质防火门通用技术条件》（GB 12955-1991）[S].

[5]《建筑构件耐火试验方法-第1部分：通用要求》（GBT 9978-2008）[S].

[6]《防火门》（GB 12955-2008）[S].

[7]《门和卷帘的耐火试验方法》（GB/T7633-2008）[S].

[8]王补宣.工程传热传质学（上）[M].北京：科学出版社，1998.

[9]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，1998.

TU892

A

1673-0038（2015）17-0118-03

2015-4-6

张正（1982-），男，汉族，工程师，硕士，主要从事防火构件与防火材料检测工作。