防火鋁塑復合板在高層建筑幕墻上的防火性能研究

防火鋁塑復合板在高層建筑幕墻上的防火性能研究

隨著經濟水平的提高和人民的消防意識的不斷提高，特別是近年來，隨著新疆德匯樓墻、上海和沈陽高層外部結構的發(fā)生，導致了大規(guī)模的建筑外裝飾材料火災，如新疆德匯樓墻、上海和沈陽的高層外裝飾事件。隨著建筑和裝飾行業(yè)以及社會各界的高度關注，金屬裝飾材料的防火墻裝飾越來越受到重視。因此，對防火墻裝飾材料的火災安全性能和風險評估進行了越來越多的研究。為適應不斷出現(xiàn)的防火鋁塑復合板建筑裝飾幕墻新材料,并更好地反映鋁塑復合板幕墻材料防火特性的差異,以利于準確地評價鋁塑復合板材料的防火安全性能。本文采用中等尺寸多層建筑燃燒試驗NFPA285—2006方法和高層樓房大型實體火災的實景試驗等新方法,取代傳統(tǒng)的小型難燃試驗(GB/T8625—2005)和中型單體燃燒SBI試驗(GB/T20284—2006)等方法,研究了無鹵高阻燃填充芯料選作防火鋁塑復合板芯材取代普通不阻燃聚乙烯芯材的防火特性差異,并從試驗結果參數(shù)對其燃燒性能的影響進行評價分析。1裝飾性的要求當前,世界各國對建筑安全性的要求越來越嚴格,而防火性能是安全性的一項最重要指標。歐美、俄羅斯和新加坡等國家對于高層建筑上幕墻裝飾材料的使用,均要求通過美國NFPA285試驗、GOST30244和PSBBS476等標準的檢測,并規(guī)定了使用高度限制或燃燒性能等級不得低于相應的規(guī)定要求。我國公安部消防局、國家建設部等高度重視高層建筑外墻裝飾與公共場所阻燃裝飾材料的應用和標識管理,制定了國家強制標準GB20286—2006《公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求及標識》和GB8624—2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》,該兩個強制性標準均從2007年3月1日實施。[公消(2007)503號文],規(guī)定自2008年7月1日起公共場所若未按規(guī)定采用阻燃制品,驗收一律不予通過。無鹵高阻燃型鋁塑復合板(以下簡稱防火鋁塑板),是以優(yōu)質鋁合金涂層板作面板、無鹵高阻燃聚乙烯塑料作芯材的新型高檔墻體裝飾防火建材。除保持了普通鋁塑復合板的美觀、易安裝等特性,還具有優(yōu)異的防火性能,達到國際防火環(huán)保標準,主要應用于機場、車站、地鐵、體育場館、商場、辦公大樓、高檔文化娛樂中心等公共場所。2由木材制成的防火鋁塑板2.1氟碳大板板材料無鹵高阻燃專用料:KT-A1551,KT-A1651,湖南科天新材料有限公司;氟碳涂裝鋁板:厚度0.50mm,鋁塑復合板廠家自行涂裝;高分子粘接膜:厚度0.05～0.10mm,進口熱熔膠或國內吹膜,工業(yè)品。2.2在線擠出機生產線鋁合金板化成涂裝生產線:臺灣泓泰公司;在線擠出連續(xù)熱壓復合生產線:Φ180/35:1單螺桿排氣式擠出機280kW:張家港協(xié)誠機械有限公司。2.3工藝2.4試驗方法難燃試驗:按GB/T8625—2005《建筑材料難燃性試驗方法》進行。SBI單體燃燒試驗:按GB/T20284—2006《建筑材料或制品的單體燃燒試驗》進行。中等尺寸多層建筑燃燒試驗:按照NFPA285—2006《使用中等尺寸多層試驗儀評定包含可燃部件的外部非承重墻組件可燃性特征的標準試驗方法》進行。高層樓房大型實體火災的試驗:實體火災試驗是指模擬一定的火災場景,在等比例實驗室中進行大規(guī)模全尺寸的火災試驗。由公安部四川消防研究所進行防火設計試驗。3試驗研究內容我們與國內最知名的鋁塑復合板制造企業(yè),聯(lián)合公安部四川消防研究所的研究技術人員,對無鹵高阻燃專用阻燃芯材制作的防火鋁塑板進行了相關標準試驗和高層樓房大型實體火災的實景試驗,同時又與Intertek國際檢測認證機構的技術人員配合,對無鹵高阻燃芯材制作的防火鋁塑板進行了中等尺寸多層建筑燃燒試驗NFPA285—2006方法的試驗研究,取得了大量有實用價值的試驗參數(shù)。3.1樣品篩選我們篩選了三種鋁塑復合板材料用于試驗研究,具體規(guī)格見表1。3.2試驗方法的描述3.2.1難燃豎爐試驗結果的評價按照GB/T8625—2005進行,該標準等同采用DIN4102-15,是一個小型燃燒試驗,試驗原理上主要以小尺寸樣品的試驗為主,測試材料在受火作用下的一些基本對火反應能力:材料的可點燃性、火焰蔓延性等。樣品尺寸小,為1000mm×190mm,不易反映實際用途。GB/T8625—2005難燃豎爐試驗結果的評價參數(shù)為:最小剩余長度>200mm平均剩余長度≥350mm平均煙氣溫度峰值≤125℃,試樣背面無任何燃燒現(xiàn)象。其試驗裝置和試樣見圖1、圖2。3.2.2試驗結果的測量按GB/T20284—2006進行,該標準等同采用EN13823,是一個中型試驗,試驗原理是耗氧原理,評價在房間角落處,模擬制品附近有單個燃燒體火源的火災場景下,制品本身對火災的影響,與房間角落試驗ISO9705有著良好的相關性。SBI試驗結果的評價參數(shù)為:FIGRA≤120W/s、且LFS<試樣邊緣、且THR600s≤7.5MJ。SBI試樣為一角落形試樣,分為長翼和短翼,試驗樣品尺寸分別為1.5m×1m和1.5m×0.5m兩塊板組成直角豎立。熱釋放30kW的火源設置在直角處。試驗時間1260s,總試驗時間1560s(26min)。試驗中將幕墻用鋁塑板試樣用螺絲固定在輕鋼龍骨框架上,試樣與基材硅酸鈣板之間存在40mm空氣隙,以模擬最嚴峻的受火方式?；谋趁娌捎帽嘲?硅鈣板)支撐。由于在實際應用中,鋁塑板存在拼接縫,故在長翼200mm處和500mm分別設置了一條垂直接縫和水平接縫。SBI試驗采用的試樣安裝方式見圖3,固定方式及其拼接縫見圖4。3.2.3、、和類建筑的外墻系統(tǒng)應符合nfpa染按照美國NFPA285—2006標準試驗方法進行。美國IBC(Internationalbuildingcode)第26章規(guī)定:墻體組件必須通過NFPA285-2006標準試驗,該試驗被行業(yè)稱作多層燃燒性能試驗。任意高度的Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ類建筑的外墻系統(tǒng),應符合NFPA285—2006要求。試驗標準的中文名稱為:《使用中等尺寸多層試驗儀評定包含可燃部件的外部非承重墻組件可燃性特征的標準試驗方法》,英文名稱為:StandardMethodofTestfortheEvaluationofFlammabilityCharacteristicsofExteriorNon-load-BearingWallAssembliesContainingCombustibleComponentsUsingtheIntermediateScaleMulti-StoryTestApparatus。下面的圖5為NFPA285試驗的整體結構模擬圖,圖6為燃燒點火器放置側視圖。3.2.4實體火災試驗實體火災試驗是指模擬一定的火災場景,在等比例實驗室中進行的大規(guī)模全尺寸的火災試驗。試驗目的是為了驗證按標準試驗達到相應燃燒性能水平的防火鋁塑板在建筑物實體火災中的表現(xiàn)及其火災危險性。實體火災試驗為非標準試驗,可參考相關標準(如美國的NFPA285或UBC26-9)的要求進行設計。本次實體火災試驗大樓和安裝示意圖見圖7、圖8。高層樓房大型實體火災的實景試驗的主要評價參數(shù)為:1)起火樓層以上兩個房間是否著火情況,尤其是第三層?2)起火房間窗沿以上2.5m和5m處的溫度是否超過500℃?3)是否造成外墻面的大面積垮塌?4)對相鄰建筑物的影響(通過溫度觀察)5)起火房間、其他樓層房間、墻面、窗沿等處的溫度變化情況?4試驗結果與評價的分析4.1聚乙烯芯材對鋁塑板燃燒性能的影響按照GB/T8625—2005標準,不同芯材類型的鋁塑板難燃豎爐試驗參數(shù)見表2。由表2可知,在總厚度均為4mm、鋁板厚0.50mm條件下,采用無鹵高阻燃聚乙烯芯材制作的防火鋁塑板在各項燃燒性能指標上明顯比普通鋁塑板優(yōu)越,燃燒性能等級可達B1/A級的較高防火等級,而不阻燃的聚乙烯芯材制作的普通鋁塑板燃燒性能等級則達不到難燃B1級。按照GB/T20284—2006進行試驗(等同采用EN13823),不同芯材類型的鋁塑板SBI試驗結果如下表3。由表3可知,在總厚度均為4mm、鋁板厚0.50mm條件下,采用無鹵高阻燃聚乙烯芯材制作的防火鋁塑板在各項燃燒性能指標上明顯比普通鋁塑板優(yōu)越,燃燒性能等級為B-s1,d0的較高防火等級,而普通LDPE芯材制作的鋁塑板防火等級較差,為D-s1,d2的較低等級。4.3防火鋁塑板燃燒試驗結果分析不同芯材類型的鋁塑板,NFPA285—2006防火標準試驗參數(shù)評價分析如下。結論:NFPA285—2006檢測中,外部防火鋁塑板上的火焰處于設定的限制之內(窗戶頂端以上10′、窗戶邊以外5′);火焰沒有蔓延至核心部件或滲入2樓房間;熱電偶沒有超過最大限值。從圖9可看出:采用無鹵高阻燃聚乙烯芯材制作的防火鋁塑板,進行NFPA285—2006標準燃燒試驗時的起始與燃燒過程的圖片。經過40min的點火燃燒試驗,火焰沒有從窗口處沿著防火鋁塑板大面積蔓延,只燒掉一少部分,阻燃效果很好。4.4試驗結果與試驗參數(shù)對比分析在高層樓房大型實體火災試驗中不同芯材類型的鋁塑板的觀察表現(xiàn)與試驗參數(shù)對比評價分析參見圖10和圖11,分別為普通鋁塑板與防火鋁塑板大型實體火災的實景對比圖片。4.4.1外墻火焰蔓延從圖10可以看出:安裝有普通鋁塑板的幕墻在大型實體火災試驗時,鋁塑板會燃燒并導致外墻火焰縱向蔓延,從而跨越樓層間防火分區(qū),造成火勢蔓延。4.4.2從幕墻火焰的變化看從圖11可以看出:只安裝有防火鋁塑板的幕墻在大型實體火災試驗時,火焰沒有因鋁塑板的燃燒而在橫向和縱向形成火焰蔓延,沒有出現(xiàn)跨越防火分區(qū)的現(xiàn)象。5無鹵高阻燃防火鋁塑板的燃燒性能基于標準測試和大型實體火災實景試驗對比研究,可得出以下結論:1)鋁塑復合板因不同的芯材成分而表現(xiàn)出不同的防火安全特性。普通鋁塑板易被點燃,具有相當?shù)幕馂奈ｋU性,而達到B級的無鹵高阻燃防火鋁塑板在火災中表現(xiàn)較好,對火勢擴大的貢獻較小,需要引起建筑消防設計、使用部門和各國家相關部門與協(xié)會的高度重視和嚴重關切。2)普通鋁塑板按GB/T8625—2005試驗達不到難燃爐B1級的指標要求,而按GB/T20284—2006SBI單體燃燒試驗時的燃燒性能等級也較低,為D級,燃燒滴落物附加分級為d2級,不能滿足國家強制標GB20286—2006公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求。3)無鹵高阻燃防火鋁塑板的GB/T8625—2005難燃爐試驗參數(shù),均達到并超過B1級與A級的技術指標要求;按GB/T20284—2006SBI單體燃燒試驗時,無鹵高阻燃防火鋁塑板的燃燒性能等級較高可達B級,燃燒煙氣和滴落物附加分級分別可達s1和d0級,完全滿足國家強制標準GB20286—2006對公共場所阻燃制品及組件燃燒性能的要求。4)無鹵高阻燃防火鋁塑板按NFPA285—2006中等尺度多層建筑結構的防火標準進行試驗,檢測中,外部防火鋁塑板上的火焰處于設定的限制之內(窗戶