不同厚度金屬面巖棉夾芯板、胞壁板、聚氨酯夾芯板、酚醛夾芯板耐火性能試驗(yàn)研究

不同厚度金屬面巖棉夾芯板、胞壁板、聚氨酯夾芯板、酚醛夾芯板耐火性能試驗(yàn)研究

金屬芯板也稱(chēng)為彩鋼芯板，具有輕、硬、密實(shí)、隔熱、聲音、振動(dòng)、耐寒等優(yōu)點(diǎn)，以及良好的物理性能、外觀(guān)美觀(guān)、快速安裝、拆卸方便、反復(fù)使用等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于大型工業(yè)設(shè)施、倉(cāng)庫(kù)、健身房、超市、醫(yī)院、儲(chǔ)藏室、活動(dòng)室等場(chǎng)所。由于“央視大樓火災(zāi)”和“上海膠州路大火”造成惡劣的社會(huì)影響,引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注和討論。金屬面夾芯板的燃燒性能研究的相關(guān)文獻(xiàn)不少,但是比較系統(tǒng)對(duì)金屬面夾芯板的耐火性能進(jìn)行研究,并且對(duì)芯材進(jìn)行組合改進(jìn)的研究是比較少的。筆者對(duì)不同厚度(50、80、100mm)的金屬面巖棉夾芯板、金屬面EPS夾芯板、金屬面聚氨酯夾芯板、金屬面酚醛夾芯板的耐火性能進(jìn)行研究,并用巖棉與EPS、巖棉與聚氨酯進(jìn)行組合耐火性能測(cè)試分析。1測(cè)試1.1主要設(shè)備和材料金屬面夾芯板耐火試驗(yàn)試件組成如表1所示。試驗(yàn)設(shè)備為垂直結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)爐:MJL-1型,如圖1所示。1.2試驗(yàn)極限的確定我國(guó)GB50016-2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定,二級(jí)耐火等級(jí)建筑物的房間隔墻、非承重外墻和疏散走道兩側(cè)的隔墻、吊頂?shù)哪突饦O限應(yīng)分別達(dá)到0.5、1.0、0.25h。GB50045-95《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(2005年版)規(guī)定,二級(jí)耐火等級(jí)建筑物房間的房間隔墻、非承重外墻和疏散走道兩側(cè)的隔墻、吊頂?shù)哪突饦O限應(yīng)分別達(dá)到0.75、1.0、0.25h。GB/T23932-2009《建筑用金屬面絕熱夾芯板》規(guī)定,當(dāng)金屬面夾芯板的厚度大于80mm時(shí),耐火極限大于等于60min,金屬面夾芯板的厚度小于80mm,耐火極限大于30min。耐火極限的試驗(yàn)方法GB/T9978.1-2008《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第1部分:通用要求》以及GB/T9978.8-2008《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法第8部分:非承重垂直分隔構(gòu)件的特殊要求》。試驗(yàn)爐的開(kāi)口尺寸為3m×3m。試驗(yàn)爐內(nèi)安裝有一定數(shù)量的熱電偶,測(cè)量和控制爐內(nèi)溫度,爐內(nèi)熱電偶布置和溫度條件滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)GB/T9978.1-2008的升溫曲線(xiàn)的要求。根據(jù)GB/T9978.1-2008的規(guī)定,非承重構(gòu)件失效有2個(gè)判定標(biāo)準(zhǔn):(1)失去完整性。背火面出現(xiàn)持續(xù)燃燒10s以上的火焰,或棉墊被點(diǎn)燃,或試件背火面出現(xiàn)貫通至爐內(nèi)的裂縫,直徑6mm的探棒可穿過(guò)裂縫進(jìn)入爐內(nèi),并且探棒可沿裂縫長(zhǎng)度方向移動(dòng)不小于150mm,或直徑25mm的探棒可以穿過(guò)裂縫進(jìn)入爐內(nèi)。(2)失去隔熱性。試件背火面的平均溫升超過(guò)140℃,或背火面上任何一點(diǎn)的溫升超過(guò)180℃。2結(jié)果與討論2.1巖棉夾芯板退火極限不同厚度(50、80、100mm的3種厚度)巖棉夾芯板的耐火性能,如圖2所示。由圖2可知,背火面溫升超過(guò)140℃,50mm厚的巖棉夾芯板需要3660s,80mm厚的需要4920s,100mm厚的需要7380s,即50、80、100mm厚的巖棉夾芯板的耐火極限分別為61、82、123min,符合金屬夾芯板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的耐火性能要求,即板厚大于80mm時(shí),耐火極限大于等于60min,板厚小于80mm,耐火極限大于30min?？梢?jiàn)巖棉夾芯板的耐火性能較好,其原因是面板為薄鋼板,屬于不燃材料,芯材為巖棉或礦棉,亦屬不燃材料,所以耐火性能較好。2.2鋼板夾芯板退火試驗(yàn)不同厚度(50、80、100mm的3種厚度)EPS夾芯板的耐火性能,如圖3所示。由圖3可知,背火面溫升超過(guò)140℃,50mm厚的EPS夾芯板需要900s,80mm厚的需要1500s,100mm厚的需要2280s,也就是50、80、100mm厚的EPS夾芯板的耐火極限僅分別為15、25、38min,沒(méi)有達(dá)到金屬夾芯板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的耐火性能要求。主要原因是EPS屬于易燃材料,受熱后很容易發(fā)生軟化、收縮熔化、熔融釋放可燃?xì)怏w、出現(xiàn)閃燃、然后發(fā)生持續(xù)燃燒并釋放大量熱量和煙,只要遇到明火、高溫火花或者達(dá)到著火點(diǎn)就很容易燃燒,然后在板間形成新的燃燒蔓延途徑,并將火焰迅速傳到其他位置。耐火試驗(yàn)時(shí),只要受火面的鋼板發(fā)生變形,特別是接縫處有火焰竄入EPS芯材就會(huì)產(chǎn)生大面積的燃燒,從而使背火面溫度很快就超過(guò)140℃,耐火極限很短。雖然隨著EPS厚度增加,耐火極限的時(shí)間有所延長(zhǎng),但相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求相差較遠(yuǎn)。2.3聚氨酯夾芯板機(jī)構(gòu)不同厚度(50、80、100mm的3種厚度)聚氨酯夾芯板的耐火性能,如圖4所示。由圖4可知,背火面溫升超過(guò)140℃,50mm厚的聚氨酯夾芯板需要1200s,80mm厚的需要1680s,100mm厚的需要2640s,即50、80、100mm厚的聚氨酯夾芯板的耐火極限分別為20、28、44min,沒(méi)有達(dá)到金屬夾芯板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的耐火性能要求。聚氨酯夾芯板的芯材是具有可燃性的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料,是由多異氰酸酯和聚醚多元醇在阻燃劑等多種助劑下,經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)得到的有機(jī)碳?xì)滏湗?gòu)成的高分子化合物。遇火很容易燃燒分解,產(chǎn)生大量的有毒很色煙霧和熱量,繼續(xù)促進(jìn)燃燒,一直惡性循環(huán)下去,直至夾芯層表面全部炭化。2.4復(fù)合酚醛夾芯板退火性能不同厚度(50、80、100mm的3種厚度)酚醛夾芯板的耐火性能,如圖5所示。由圖5可知,背火面溫升超過(guò)140℃,50mm厚的酚醛夾芯板需要1920s,80mm厚的需要3420s,100mm厚的需要4860s,即50、80、100mm厚的酚醛夾芯板的耐火極限分別為32、57、81min,可以達(dá)到金屬夾芯板相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的耐火性能要求。但是當(dāng)厚度小于80mm時(shí),耐火性能十分接近臨界值30min,當(dāng)厚度大于80mm時(shí),其耐火性能較好,考慮防火安全,實(shí)際應(yīng)用應(yīng)選擇厚度大于80mm。2.5高溫巖棉-系統(tǒng)夾芯板退火極限不同厚度(80、100mm的2種厚度)巖棉-EPS夾芯板的耐火性能,如圖6所示。由圖6可知,背火面溫升超過(guò)140℃,80mm厚(巖棉和EPS分別為40mm)的巖棉-EPS夾芯板需要3960s,100mm厚(巖棉和EPS均為50mm)的巖棉-EPS夾芯板需要5100s,即80、100mm厚的巖棉-EPS夾芯板的耐火極限分別為66、85min。可見(jiàn)通過(guò)巖棉與EPS的組合,可以充分改善EPS夾芯板的耐火性能,符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。2.6溫升長(zhǎng)為80、100mm厚巖棉-聚氨酯夾芯板耐藥極限的確定不同厚度(80、100mm的2種厚度)巖棉-聚氨酯夾芯板的耐火性能,如圖7所示。由圖7可知,背火面溫升超過(guò)140℃,80mm厚(巖棉和聚氨酯均為40mm)的巖棉-聚氨酯夾芯板需要4200s,100mm厚(巖棉和聚氨酯均為50mm)的巖棉-聚氨酯夾芯板需要5400s,即80、100mm厚的巖棉-聚氨酯夾芯板的耐火極限分別為70、90min,符合標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。3巖棉和聚氨酯夾芯板的退火性能(1)相同厚度的4種金屬面夾芯板的耐火極限時(shí)間由長(zhǎng)到短依次為巖棉夾芯板、酚醛夾芯板、聚氨酯夾芯板、EPS夾芯板。(2)耐火性能最好的是巖棉夾芯板,50mm厚的巖棉夾芯板的耐火極限可以達(dá)到61min。耐火性能最差的是EPS夾芯板,100mm厚的EPS夾芯板的耐火極