典型建筑材料不燃性测试试验研究

邬玉龙工程师 段进涛 刘建勇 吉世雄 朱穗聪

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

0 引言

建筑材料的燃烧性能是划分建筑材料燃烧性级别、确定建筑装修结构安全的重要依据，也是建筑防火性能评价和建筑防火设计的基础。如果建筑材料的燃烧性能不能满足建筑防火的实际需求，建筑物就会存在安全隐患，一旦发生火灾会严重威胁建筑和建筑内人员的安全。近些年发生多起建筑外保温材料燃烧的火灾事故，如2009年央视文化中心的外墙保温材料发生燃烧；2015年河南省康乐园老年公寓火灾事故，都导致严重后果。因此，明确建筑材料的燃烧性能非常重要，我国发布GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》对建筑材料的燃烧性能等级进行详细规定，其中A1和A2级为不燃性建筑材料，重要建筑和建筑中的重要位置都要采用不燃性材料来提高建筑的防火和耐火性能。我国GB 50016—2014《建筑设计防火规范》对建筑材料的燃烧性能等级做出明确的规定。为准确判定建筑材料的不燃性，发布GB/T 5464—2010《建筑材料不燃性试验方法》(以下简称“试验方法”)，用于判定建筑材料的不燃性。

部分学者对建筑材料不燃性进行试验研究，如曹伯寅[1]对建筑材料不燃性试验设备和试验条件进行解读和说明；朱丹等[2]设计一种基于嵌入式微处理器的不燃性测试系统，实现对炉温的智能控制；徐振宇等[3]基于不同标准对建筑保温材料的燃烧性能进行分析，指出同一样品执行不同的标准会得出不同的结论，因此需要明确测试标准；施芳琦等[4]对常见的不燃性建筑保温材料进行不燃性测试，并对多种样品的燃烧行为进行对比分析；徐晶晶等[5]对不燃性测试设备、测试过程、结果确认等问题进行分析，以提高测试结果的准确性；李晗等[6]针对玻璃棉不燃性试验中容易导致热电偶损伤的问题提出改进方案，提高热电偶使用寿命和试验精度，但是其试验存在若干不符合试验标准的地方，如试样试验时间少于30min和最终平衡温度。还有一些学者针对不燃性测试中的燃烧监测技术开展研究，如于伟江[7]提出利用视频监视系统记录不燃性测试中燃烧持续时间的方法。

虽然已有不少学者针对建筑材料的不燃性试验的多个问题开展研究，但是仍然不够全面，现有的试验过程和试验设备仍然存在不符合试验标准的问题。准确理解试验方法是判定建筑材料不燃性的基础，一方面试验设备应满足标准的要求，另一方面试验流程也要符合标准规定，在此基础上才能对样品试验结果进行确认。本文对建筑材料不燃性试验设备和试验流程进行解读和说明，对不符合标准的建筑材料不燃性试验设备问题原因进行分析，并对3种典型的建筑材料不燃性试验进行对比分析，以帮助检测机构对标准的理解并鉴别试验设备是否符合标准要求，从而提高建筑材料不燃性试验结果的准确性。

1 不燃性试验过程和常见问题分析

试验方法为推荐性标准被强制性标准GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》引用，所以其具有强制执行的效力。依据试验方法，GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》判定建筑材料不燃性的条件，见表1。为确保试验结果的准确性，需要严格按照试验方法中对于试验设备、样品制备和试验流程的规定：热电偶采用丝径为0.3mm，外径为1.5mm的K型铠装热电偶；温度的测量精度为1℃，采样间隔不超过1s；功率控制器的最大电压不超过100V，稳态条件下，加热线圈电流约为9～10A；试样厚度要满足47～50mm，多层叠加时尽可能保证密度不变，试验流程，如图1。

图1 建筑材料不燃性试验流程

表1 建筑材料不燃性等级判定条件

目前，市场上某些建筑材料不燃性试验设备不符合标准要求，其中典型问题是忽视试验方法第7.2.3条：试验期间，加热炉不应采用自动恒温控制。如此产生的后果是炉温过快达到平衡条件，提前结束试验，如文献[6]中岩棉试样放入电炉后约11min达到平衡并结束试验，这在正常测试中难以出现，而且11min结束测试也不符合试验方法第7.4.7条：对试样进行30min试验，如果炉内温度在30min时达到最终温度平衡，即由热电偶测量的温度在10min内漂移(线性回归)不超过2℃，则可停止试验。如果30min内未能达到温度平衡，应继续进行试验，同时间隔5min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60min时应结束试验。

错误的岩棉不燃性试验炉温曲线和典型正确的岩棉不燃性试验炉温曲线，如图2。错误的岩棉不燃性试验是由某设备厂商生产的不燃性试验炉测试，该试验炉无法保存初始温度平衡的炉温数据，由于采用自动恒温控制，电炉内放岩棉试样后，炉温仅是略微缓慢下降后便快速上升，之后便在750℃左右波动，使炉温很快达到最终平衡状态，实际上这违反了试验方法第7.2.3条，试验结果无法采信。同时该设备为了使测得的温度稳定，采用滤波算法，修正温度的不规则波动，这与试验方法附录D给出的温度记录例子有显著不同，这一点也不符合标准要求。图2(b)是典型正确的岩棉不燃性试验炉温曲线，每1s采集一次温度，温度正常波动，恒定功率下经过10min初始温度平衡后放入试样；试验炉功率不变，较冷的试样放入试验炉后，炉内温度快速降低，而后迅速回升，约20min后温度缓慢趋于最终温度平衡。所以，相较于正常的建筑材料不燃性试验炉，采用自动恒温控制的不燃性试验炉测试结果可能会存在2个问题：由于采用自动恒温控制(以750℃为温控目标)，炉内温升ΔT必然很小；采用自动恒温控制会使炉内温度过早达到最终温度平衡，试样在炉内加热时间短，会导致质量损失率Δm相较于正常测试数值偏小。这2个问题导致的结果是使原本不满足不燃性等级条件的样品试验结果达到标准要求，这种不符合标准要求的材料应用于建筑后，一旦发生火灾可能会导致严重后果。

(a)错误的岩棉不燃性试验

2 典型不燃性材料测试试验研究

由于存在问题的建筑材料不燃性试验设备在试样试验阶段采用自动恒温控制，这会导致不燃性试验的温升和试样质量损失都偏小，检测人员在不了解建筑材料不燃性试验特性的情况下有可能对试验结果做出误判。为了理解不燃性试验的过程和炉温变化原理，帮助检测人员对试验结果进行初步判断，同时为进一步说明不同材料不燃性试验中炉温变化特点并分析炉温差异的原因，对硅酸钙板、岩棉和玻璃棉3种建筑中常用的不燃性材料进行多次试验。硅酸钙板是室内最常见的装饰材料，岩棉是最常见的室外保温材料，玻璃棉是最常见的通风设备防火材料。这3种材料是建筑中最常见的不燃性材料，也是检测行业中检测最多的3种。利用符合试验方法标准的建筑材料不燃性试验炉，满足前文所述的设备参数和试验流程，对3种不燃性材料进行试验，最后选取其中典型的炉温曲线进行分析，如图3。3种试样测试条件相同，相同的环境温度26℃，试样在60℃内的干燥箱内调节21h。硅酸钙板的试样放入试验炉后，炉温快速下降至655.4℃，而后缓慢上升，20min后炉温趋于稳定，在试验55min时炉内温度达到最终平衡，炉内最终平衡温度为742.3℃。岩棉的试样放入试验炉后，炉温快速下降至688.0℃，而后快速上升，15min后炉温趋于稳定，在试验35min时炉内温度达到最终平衡，炉内最终平衡温度为755.6℃。玻璃棉的试样放入试验炉后，炉温快速下降至695.8℃，而后快速上升，20min后炉温趋于稳定，在试验45min时炉内温度达到最终平衡，炉内最终平衡温度为765.0℃。硅酸钙板、岩棉和玻璃棉3种材料不燃性试验结果，见表2。试样放入试验炉后会收集热量导致炉温降低，待试样温度升高后，炉温便停止下降开始升温，直至炉温达到平衡状态，炉温的升高与降低速度和试样有关。硅酸钙板质量大，吸收热量多，硅酸钙板放入后炉内温度下降较多，而且硅酸钙板的吸热过程更为漫长，所以炉温回升速度慢。硅酸钙板密度最大，岩棉次之，玻璃棉最小。可以看出炉温曲线也表现出相同的特点，玻璃棉试样放入后，炉温下降最小，并且温度回升速度最快；岩棉则介于硅酸钙板和玻璃棉之间。硅酸钙板不燃性试验炉温的最终平衡温度通常小于750℃；岩棉不燃性试验炉温的最终平衡温度通常接近于750℃；玻璃棉不燃性试验炉温的最终平衡温度通常高于750℃。通过对比可以对建筑材料不燃性试验结果进行大致判断，鉴别出明显不符合试验方法的试验结果。

图3 3种典型不燃材料的不燃性试验炉温曲线

表2 典型建筑材料不燃性试验结果

3 结论

目前市场上存在部分不符合试验方法标准的试验设备和错误理解导致建筑材料不燃性检测不准确的现象，针对这些问题对建筑材料不燃性试验设备和试验流程进行解读和说明，对错误的不燃性试验炉炉温曲线进行分析，并对3种典型的建筑材料开展不燃性试验，主要得出以下结论：

(1)市场上存在问题的不燃性试验炉，主要是违反标准中2点规定：不燃性试验炉在试验阶段应保持功率恒定，且不应采用自动恒温控制；至少对试样进行30min试验，最长60min。

(2)存在问题的不燃性试验炉在试验阶段采用自动恒温控制会导致试验时间缩短，因此炉内温升和试样质量损失率也会比实际值偏小；而不按照试验方法规定使试验时间少于30min，也会导致试样质量损失率比实际值偏小，如此测试的结果无法采信，并且可能使原本不满足标准的材料达到标准要求。

(3)通过3种典型建筑材料不燃性试验炉温曲线可以对不燃性试验结果做出初步判断，并且有助于鉴别不燃性试验炉是否满足标准要求，同时对于不同材料典型不燃性试验炉温曲线的分析有助于理解不燃性试验的过程和炉温变化原理，提高不燃性试验的准确性。