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研究

金屬芯板也稱為彩鋼芯板，具有輕、硬、密實、隔熱、聲音、振動、耐寒等優點，以及良好的物理性能、外觀美觀、快速安裝、拆卸方便、反復使用等特點。廣泛應用于大型工業設施、倉庫、健身房、超市、醫院、儲藏室、活動室等場所。由于“央視大樓火災”和“上海膠州路大火”造成惡劣的社會影響,引起了社會的廣泛關注和討論。金屬面夾芯板的燃燒性能研究的相關文獻不少,但是比較系統對金屬面夾芯板的耐火性能進行研究,并且對芯材進行組合改進的研究是比較少的。筆者對不同厚度(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行研究,并用巖棉與EPS、巖棉與聚氨酯進行組合耐火性能測試分析。1測試1.1主要設備和材料金屬面夾芯板耐火試驗試件組成如表1所示。試驗設備為垂直結構耐火試驗爐:MJL-1型,如圖1所示。1.2試驗極限的確定我國GB50016-2006《建筑設計防火規范》規定,二級耐火等級建筑物的房間隔墻、非承重外墻和疏散走道兩側的隔墻、吊頂的耐火極限應分別達到0.5、1.0、0.25h。GB50045-95《高層民用建筑設計防火規范》(2005年版)規定,二級耐火等級建筑物房間的房間隔墻、非承重外墻和疏散走道兩側的隔墻、吊頂的耐火極限應分別達到0.75、1.0、0.25h。GB/T23932-2009《建筑用金屬面絕熱夾芯板》規定,當金屬面夾芯板的厚度大于80mm時,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。耐火極限的試驗方法GB/T9978.1-2008《建筑構件耐火試驗方法第1部分:通用要求》以及GB/T9978.8-2008《建筑構件耐火試驗方法第8部分:非承重垂直分隔構件的特殊要求》。試驗爐的開口尺寸為3m×3m。試驗爐內安裝有一定數量的熱電偶,測量和控制爐內溫度,爐內熱電偶布置和溫度條件滿足標準GB/T9978.1-2008的升溫曲線的要求。根據GB/T9978.1-2008的規定,非承重構件失效有2個判定標準:(1)失去完整性。背火面出現持續燃燒10s以上的火焰,或棉墊被點燃,或試件背火面出現貫通至爐內的裂縫,直徑6mm的探棒可穿過裂縫進入爐內,并且探棒可沿裂縫長度方向移動不小于150mm,或直徑25mm的探棒可以穿過裂縫進入爐內。(2)失去隔熱性。試件背火面的平均溫升超過140℃,或背火面上任何一點的溫升超過180℃。2結果與討論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標準、規范的耐火性能要求,即板厚大于80mm時,耐火極限大于等于60min,板厚小于80mm,耐火極限大于30min?？梢妿r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,沒有達到金屬夾芯板相關標準、規范的耐火性能要求。主要原因是EPS屬于易燃材料,受熱后很容易發生軟化、收縮熔化、熔融釋放可燃氣體、出現閃燃、然后發生持續燃燒并釋放大量熱量和煙,只要遇到明火、高溫火花或者達到著火點就很容易燃燒,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。耐火試驗時,只要受火面的鋼板發生變形,特別是接縫處有火焰竄入EPS芯材就會產生大面積的燃燒,從而使背火面溫度很快就超過140℃,耐火極限很短。雖然隨著EPS厚度增加,耐火極限的時間有所延長,但相對標準要求相差較遠。2.3聚氨酯夾芯板機構不同厚度(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,沒有達到金屬夾芯板相關標準、規范的耐火性能要求。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,經過聚合反應得到的有機碳氫鏈構成的高分子化合物。遇火很容易燃燒分解,產生大量的有毒很色煙霧和熱量,繼續促進燃燒,一直惡性循環下去,直至夾芯層表面全部炭化。2.4復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,可以達到金屬夾芯板相關標準、規范的耐火性能要求。但是當厚度小于80mm時,耐火性能十分接近臨界值30min,當厚度大于80mm時,其耐火性能較好,考慮防火安全,實際應用應選擇厚度大于80mm。2.5高溫巖棉-系統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。可見通過巖棉與EPS的組合,可以充分改善EPS夾芯板的耐火性能,符合標準和規范的要求。2.6溫升長為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,符合標準和規范的要求。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間由長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