不同厚度发泡陶瓷板的耐火极限分析

蔡永荣，刘建勇，吴 欣，梁钰炜，邬玉龙，朱征宇

(1.广州市建筑材料工业研究所有限公司，广州 510663;(2.广东省材料与构件防火检测技术企业重点实验室，广州 510663)

GB50016—2014《建筑设计防火规范》(以下简称“建规”)中规定同一建筑内设置多种功能场所时，不同使用功能场所之间应进行防火分隔。防火分隔作为具有一定耐火性能的建筑构件将建筑物内部空间加以分隔，可在一定时间内限制火灾于起火区，一般可通过耐火极限测试评判防火分隔的性能。

耐火极限是在标准耐火试验条件下，建筑构件、配件或者结构从受到火的作用时起，至失去承载能力、完整性或隔热性时止所用时间。非承重轻质防火隔墙是防火分隔措施的一种形式，是一种典型的耐火建筑构件。非承重轻质防火隔墙的种类有很多，而发泡陶瓷板是近年来进入市场的一种新型墙体材料。发泡陶瓷板是以陶土尾矿、陶瓷碎片、河道淤泥、建筑材料等作为主要原料，采用先进的生产工艺和发泡技术经高温焙烧而成的高气孔率的闭孔陶瓷材料。该材料防火阻燃，变形系数小，抗老化，性能稳定，生态环保性好，与墙基层和抹面层相容性好，安全稳固性好，可与建筑物同寿命。然而，作为建筑用隔墙条板，目前却较少对其耐火极限进行研究，该文将通过全尺寸耐火极限测试，对三种不同厚度的发泡陶瓷板的耐火性能进行研究。

1 样品的选取

试验将使用三种不同厚度的发泡陶瓷板(分别为80 mm(1#)、100 mm(2#)以及120 mm(3#))。采用拼接方式(拼接面积为2 440 mm×3 020 mm)安装于一个竖直耐火试验框架，墙板与墙板间以填缝料进行封堵并抹平，灰缝厚约10 mm。构件自由边处留有30 mm的缝隙，以无机矿物棉填塞。试验时，随机选择其中一面作为试验受火面。

2 耐火试验条件

2.1 试验依据

1)GB/T 9978.8—2008《建筑构件耐火试验方法第8部分：非承重垂直分隔构件的特殊要求》；

2)GB/T 9978.1—2008《建筑构件耐火试验方法第1部分：通用要求》。

2.2 试验条件

1)炉温 试验按照 GB/T 9978.1中规定的标准时间-温度曲线进行升温。

2)炉压 该墙体为垂直构件，耐火试验过程中的炉压控制按照 GB/T 9978.1 的规定，在试验炉内的试件顶部压力不应超过 20 Pa。

2.3 试验背火面温度测点布置

按照 GB/T 9978.1、GB/T 9978.8 中有关背火面平均温度和最高温度热电偶布置的规定，测量背火面平均温度的热电偶布置在试件表面中心位置、平均每1/4区域的中心位置，共计5支热电偶。测定背火面的最高温度热电偶按标准布置在试件背火面的7个位置。

耐火试验结果按照 GB/T 9978.1、GB/T 9978.8 中有关耐火性能判定准则进行耐火完整性和耐火隔热性的判定。

3 试验图片及数据

分别对三组样品进行耐火极限试验，试件背火面热电偶布点均如图1所示。

试验装置升温曲线、试件背火面平均温升曲线和试件背火面最高温升曲线分别见图2、图3和图4。

3.1 耐火试验过程分析

1)1#试件耐火试验进行到7 min 13 s时，背火面出现裂纹，耐火装置内有爆鸣伴随有陶瓷片飞溅出来；试验进行到16 min 50 s时，背火面出现Ф25 mm的探棒能够穿过的空洞，试件失去耐火完整性。

2)2#试件耐火试验进行到6 min 48 s时，背火面出现裂纹；试验进行到10 min时，耐火装置内出现爆鸣；试验进行到20 min 2 s时，背火面出现Ф25 mm的探棒能够穿过的空洞，试件失去耐火完整性。

3)3#试件耐火试验进行到8 min 14 s时，背火面出现裂纹；试验进行到10 min 13 s时，耐火装置内出现爆鸣；试验进行到26 min 44 s时，背火面出现Ф25 mm的探棒能够穿过的空洞，试件失去耐火完整性。

3.2 试验结果比对分析

通过对比三个不同厚度发泡陶瓷板样品的耐火极限试验结果，发现样品厚度越厚，耐火极限时间越长，试件出现裂纹、爆鸣的时间点也越晚，背火面的整体升温速率也越慢。同时，在试验过程中也发现，无论是试件的受火面，还是背火面，试验过程中都会持续出现爆鸣。

分析其原因，发现干燥收缩和温度变化引起发泡陶瓷板的热胀冷缩是墙体开裂或穿孔的主因。发泡陶瓷板主要是由收缩率大的材料，比如陶土尾矿、陶瓷碎片等混合烧结而成，并且为了减轻材料的自重而进行发泡处理，这些特性决定了材料在受热过程中必然有较大的收缩。试验过程中，实验装置内温度急剧上升引起板材的膨胀、但是由于材料的受热过程中膨胀速率的不同，造成不同区域产生一定的应力，随着应力的不断增大，最终超过材料本身所能承受的程度，故而导致板材墙体开裂，甚至有碎片爆裂。另外发泡材料具有明显的脆性性质，在生产和运输过程中，因震动会产生细微的裂缝，在耐火极限测试过程中同样也会逐步显现出肉眼可见的裂缝。

由于发泡陶瓷板本身的特性，要改善其耐火极限建议可由以下几点考虑①发泡陶瓷板原料里掺进收缩率较低并且不影响其主要性能的原材料，比如珍珠岩等；②改变发泡陶瓷板的组成结构，比如发泡陶瓷板+轻质隔墙板+发泡陶瓷板等等；③在发泡陶瓷板表面涂一定厚度的防火涂料。

4 结 论

a.发泡陶瓷板隔墙的厚度与耐火极限成正相关，厚度越大，耐火极限越大。

b.发泡陶瓷板隔墙的耐火性能较差，主要原因是干燥收缩和温度变化引起发泡陶瓷板的热胀冷缩，这种情况造成局部应力过大，从而使得板材产生爆裂或穿孔。

c.提高发泡陶瓷板隔墙的耐火极限，可考虑在板材原料中添加珍珠岩，改变隔墙的构造，在表面涂刷防火涂料等方式实现。