常用装饰板材火灾烟气及毒性分析

邬玉龙，曾洪平，高世杰，蔡永荣，梁钰炜

（1.广州市建筑材料工业研究所有限公司，广东 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，广东 广州 510663；3.广州市建筑材料工业研究所有限公司清远分公司，广东 清远 511533）

0 引言

常用装饰板材在火灾高温的情况下，会发生热分解，产生气体，在遇空气中的氧气发生反应的情况下快速燃烧，产生大量的毒性和烟气。火灾烟气和毒性的成分复杂、浓度高，还会随着时间和燃烧情况而不断变化。但是，由于装饰板材的燃点不同，所产生的烟气和毒性也不尽相同，装饰板材在室内燃烧过程中，受空气流通不畅、缺氧室内的装饰板材不会全部燃烧，因此会产生很多种不同的生成物。装饰板材作为常用的建筑装饰材料，主要有两种燃烧形式，分别是明火引燃和高温辐射下自燃。

1 火灾与装饰板材

虽然现代建筑物体都比较坚固，但大部分的陈设和装饰都以板材为主，装饰会使用到大量的实木板、胶合板和阻燃板，使得大量的可燃物用在了我们的装修上，大大增加了火灾安全隐患。以上这些装饰板材在发生火灾的情况下会散发出大量的一氧化碳（表1）、氰化氢、苯等的毒气，这样的环境下，死亡往往不是被火烧，而是被毒气烟熏引起窒息或中毒导致的。

表1 一氧化碳的毒性

建筑物体内各种上下贯通的楼梯口、管道竖井、电梯井就好比一座高耸的烟囱，内部发生火灾后所产生的烟气和毒气的扩散方向是向上的，遇顶棚又会折向水平方向，再沿着墙壁上下运动，一旦到达屋顶、门窗会迅速向外蔓延。有研究表明：装饰板材烟气及毒性的水平方向流动速度为0.3～0.8m/s，垂直方向为2～4m/s。这也就是说，装饰板材的烟气和毒性在无任何阻挡的情况下，对一座高百米的建筑物体仅仅需要2～2.5min其火势就会从一端蔓延至另一端，垂直方向下不到1min就会蔓延至几十层，而人们的疏散方向由于是与烟气和毒气的蔓延方向是呈现相反的，但烟气及毒性的传播速度则是人逃生速度的4～8倍。所以，当建筑物体内发生火灾的时候，人员的疏散是十分困难的，加上楼梯狭窄，人们在慌乱之中更容易造成踩踏、拥挤的现象[1]。

所以，在装饰板材被大量使用的今天，消除建筑物体内的火灾隐患，保证人们的生命及财产安全的途径之一就是要加大对常用装饰板材火灾烟气及毒性分析。

2 实验装置与方法

2.1 实验目的

就目前的情况来看，国内有很多装饰板材火灾烟气及毒性分析方法，比如常见的NBS烟箱测试法，但由于所测试样的厚度和距离中心的改变会造成装饰板材燃烧状态的改变，具有很大的不确定性，难以保证数据的可靠性。为避免以上问题的产生，文章采取火灾烟气毒性危险性评价动物试验装置，在不同燃烧情况下对阻燃板、普通胶合板、实木板三种常见的装饰板材进行试验，分析温度和进气速率对装饰板材火灾烟气及毒性的影响。

2.2 试验装置

常用装饰板材火灾烟气及毒性危险性评价动物试验装置（图1），该试验装置主要由环形炉、温控系统、位移动系统、石英管、石英试验舟、载气、稀释气供气系统、烟气稀释配给组件等的部分组成，可以使装饰板材在某种特定条件下燃烧，得出燃烧产物数据信息并进行分析。

图1 装饰板材火灾烟气及毒性分析试验装置

2.3 装饰板材产烟流程

（1）将装饰板材根据标准要求制作成符合试验的试样，将试样放入石英试样舟内，开启循环加热炉，待其温度稳定后，匀速移动环形炉扫描试样对其进行加热，试样在充分受热的情况下回慢慢产生烟气和毒性，烟气和毒性同载气混合，在经过稀释和一定的比例进行混合与调配之后送入小白鼠试验箱内。

（2）试验中，通过严格控制载气和稀释气的流量掌控试样烟气和毒性的浓度，并在试验过程中能持续且稳定的提供试样的烟气和毒性，便于对小白鼠的染毒情况进行试验[2]。试验使用的装置根据小白鼠吸入的烟气和毒性进行专门的设计，分别由暴露箱、小鼠转笼、小鼠运动记录仪和排烟管等组成，试验装置中的烟气和毒性从暴露箱下部进入，上部排出。

（3）小鼠运动记录仪主要用来记录小白鼠在试验过程中每个时间的行为变化。

装饰板材火灾烟气及毒性计算按照下列公式计算。

式中：C——装饰板材产烟浓度，mg/L；V——环形炉移动速率，mm/min；M——试样质量，mg；F——烟气流量，载气流量F1与稀释气流量F2之和；F=F1+F2，L/min；L——试样长度，mm。

2.4 试验动物和毒性试验

试验动物和毒性试验使用的小白鼠必须满足以下3点要求。

（1）一级试验小白鼠要求。

（2）试验过程中暴露在火灾烟气及毒性中的小白鼠时间应为30min。

（3）试验完毕后观察3d。

笔者采用的常用装饰板材的火灾烟气即毒性，根据《材料产烟毒性危险分级》（GB/T 20285—2006），判断装饰板材火灾烟气及毒性所属级别，确定方法如下：以常用装饰板材在燃烧过程中产生的烟气和毒性为试验依据，按照小白鼠在试验箱内30min不死亡和染毒后3d内体重恢复情况确认试验过程中所需的烟气和毒性量[3]。

3 试验材料及方法

选取市场中常见的3类9种装饰板材先进行GB 8624—2012的燃烧性能等级试验，测得具体的燃烧性能等级后再进行毒性试验，接着再将9种装饰板材制作成试样后放置在温度为（23±2）℃、湿度为（50±5）%的调节室内调节，后进行试验，本次试验的小白鼠为某医学动物试验中心提供的生命周期为5~8周的小白鼠，体质量为（21±3）g，雌雄各1/2。试验开始前，将小白鼠进行不得少于2d的喂养，直至小白鼠的体质量有明显的增加趋势。

为了确保试验结果的准确性与可靠性，试验过程选择相同的参数进行，以此保证最终的装饰板材火灾烟气及毒性试验中小白鼠处于相同的烟气浓度环境中。

将环形炉加热至700℃，烟气流量F=9L/min，环形炉移动速率V=10mm/min、试样长度L=400mm，选取F1=5L/min，F2=4L/min，调节载气至相同位置，火灾烟气及毒性试验时间为30min，每一次试验中分别对8只雌雄各半的小白鼠进行试验[4]。

试验开始前将环型炉调节至初始位置，设置加热温度，让环形炉升温达到设定的温度并保持稳定，试验前5min分别将8只雌雄各半的小白鼠称重，装入小鼠转笼内，放置于染毒箱的支架上，盖上盖子，调节稀释气体流量至设定值，待环形炉温度稳定后，将载有试样的石英舟放置在环形炉内，启动环形炉，让环形炉保持一定的速率且匀速移动，在对试样扫描和加热的过程中，试样慢慢产生烟气和毒性，当烟气和毒性进入放有小白鼠的染毒箱时，开始计时，染毒时间为30min，实验过程中观察小白鼠的行为变化，并详细记录出现各种现象的时间，试验结束后1h内观察每一只小白鼠的实际行动能力，并在此后的3d内连续观察小白鼠各项情况，详细记录小白鼠的体重变化。

4 试验结果

根据对9种常用装饰板材火灾烟气及毒性进行的小白鼠染毒试验，获得了试验过程中30min内小白鼠的行为和体重变化的情况，试验结束后小白鼠的体量 变化如表2所示。

表2 常用装饰板材火灾烟气及毒性试验结束后小白鼠体质量变化情况

从表2中可以看出：小白鼠在火灾烟气及毒性染毒后第一天除了序号1有5只小鼠死亡，判定为不合格，其余序号的小白鼠体重变化情况较大；染毒后第二天的小鼠除了序号2、序号3和序号4体重未恢复，其余序号的小鼠体重基本恢复到试验前体重；染毒后第三天的小白鼠体重序号2未恢复，判定为不合格，其余序号小鼠体重超过试验前重量。根据表2可知3类装饰板材的燃烧毒性从大到小依次为阻燃板、普通胶合板、实木板。

根据GB/T 20285—2006判定出以上9种常用板材火灾烟气及毒性级别，判定结果如表3所示。

表3 常用9种板材火灾烟气及毒性级别判定结果

5 结语

上文通过对9种不同的常用装饰板材火灾烟气及毒性试验分析得出：其中有2种装饰板材达不到ZA3级别，比例为22.2%，但阻燃板的比例高达66.7%。由此可见，市场中售卖的装饰板材质量不容乐观，特别是符合国家越来越严消防要求的阻燃板，为使装饰板材向着更加环保合无毒的方向发展，笔者提出以下5点建议。

（1）将常用装饰板材火灾烟气及毒性的实验列入强制检测项目中，明确装饰板材火灾烟气及毒性的试验的重要性，确保市面上出售的板材其质量都可以达到GB 8624—2012国家标准要求，为保证人们的身体健康和市场监管提供重要理论依据和科学支撑。

（2）参考和借鉴国外先进的常用装饰板材火灾烟气及毒性试验方法，比如傅里叶红外（FIRST）分析法定量评价产烟毒性，并能根据工程项目的实际情况，制定出更加科学合理的试验方法，将烟气及毒性的试验逐渐上升至由小白鼠到烟气量化分析与成分分析，提高试验效率和精度，降低试验成本，减少对小白鼠的伤害。

（3）《建筑材料及制品燃烧性能分级》（GB 8624—2012）中未能将市场中常见的板材火灾烟气及毒性试验列入强制试验项目中，且缺乏强制试验的依据。

（4）目前用于常用板材火灾烟气及毒性试验需要采用小白鼠染毒试验进行定性分析，为保证试验结果的可靠性需要多次反复的实验，实验成本较高，为降低试验成本，并能保证试验结果的可靠性，还应加大对常用装饰板材火灾烟气及毒性的分析[5]。

（5）加大市场监管，逐步规范市场秩序，保证装饰板材质量，激发行业潜力，促进装饰板材健康与可持续发展，生产出性能更好、毒性更小的装饰板材，为建筑行业的发展和自然环境保护做出更多的贡献。