防火铝塑复合板在高层建筑幕墙上的防火性能研究

防火铝塑复合板在高层建筑幕墙上的防火性能研究

随着经济水平的提高和人民的消防意识的不断提高，特别是近年来，随着新疆德汇楼墙、上海和沈阳高层外部结构的发生，导致了大规模的建筑外装饰材料火灾，如新疆德汇楼墙、上海和沈阳的高层外装饰事件。随着建筑和装饰行业以及社会各界的高度关注，金属装饰材料的防火墙装饰越来越受到重视。因此，对防火墙装饰材料的火灾安全性能和风险评估进行了越来越多的研究。为适应不断出现的防火铝塑复合板建筑装饰幕墙新材料,并更好地反映铝塑复合板幕墙材料防火特性的差异,以利于准确地评价铝塑复合板材料的防火安全性能。本文采用中等尺寸多层建筑燃烧试验NFPA285—2006方法和高层楼房大型实体火灾的实景试验等新方法,取代传统的小型难燃试验(GB/T8625—2005)和中型单体燃烧SBI试验(GB/T20284—2006)等方法,研究了无卤高阻燃填充芯料选作防火铝塑复合板芯材取代普通不阻燃聚乙烯芯材的防火特性差异,并从试验结果参数对其燃烧性能的影响进行评价分析。1装饰性的要求当前,世界各国对建筑安全性的要求越来越严格,而防火性能是安全性的一项最重要指标。欧美、俄罗斯和新加坡等国家对于高层建筑上幕墙装饰材料的使用,均要求通过美国NFPA285试验、GOST30244和PSBBS476等标准的检测,并规定了使用高度限制或燃烧性能等级不得低于相应的规定要求。我国公安部消防局、国家建设部等高度重视高层建筑外墙装饰与公共场所阻燃装饰材料的应用和标识管理,制定了国家强制标准GB20286—2006《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求及标识》和GB8624—2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》,该两个强制性标准均从2007年3月1日实施。[公消(2007)503号文],规定自2008年7月1日起公共场所若未按规定采用阻燃制品,验收一律不予通过。无卤高阻燃型铝塑复合板(以下简称防火铝塑板),是以优质铝合金涂层板作面板、无卤高阻燃聚乙烯塑料作芯材的新型高档墙体装饰防火建材。除保持了普通铝塑复合板的美观、易安装等特性,还具有优异的防火性能,达到国际防火环保标准,主要应用于机场、车站、地铁、体育场馆、商场、办公大楼、高档文化娱乐中心等公共场所。2由木材制成的防火铝塑板2.1氟碳大板板材料无卤高阻燃专用料:KT-A1551,KT-A1651,湖南科天新材料有限公司;氟碳涂装铝板:厚度0.50mm,铝塑复合板厂家自行涂装;高分子粘接膜:厚度0.05～0.10mm,进口热熔胶或国内吹膜,工业品。2.2在线挤出机生产线铝合金板化成涂装生产线:台湾泓泰公司;在线挤出连续热压复合生产线:Φ180/35:1单螺杆排气式挤出机280kW:张家港协诚机械有限公司。2.3工艺2.4试验方法难燃试验:按GB/T8625—2005《建筑材料难燃性试验方法》进行。SBI单体燃烧试验:按GB/T20284—2006《建筑材料或制品的单体燃烧试验》进行。中等尺寸多层建筑燃烧试验:按照NFPA285—2006《使用中等尺寸多层试验仪评定包含可燃部件的外部非承重墙组件可燃性特征的标准试验方法》进行。高层楼房大型实体火灾的试验:实体火灾试验是指模拟一定的火灾场景,在等比例实验室中进行大规模全尺寸的火灾试验。由公安部四川消防研究所进行防火设计试验。3试验研究内容我们与国内最知名的铝塑复合板制造企业,联合公安部四川消防研究所的研究技术人员,对无卤高阻燃专用阻燃芯材制作的防火铝塑板进行了相关标准试验和高层楼房大型实体火灾的实景试验,同时又与Intertek国际检测认证机构的技术人员配合,对无卤高阻燃芯材制作的防火铝塑板进行了中等尺寸多层建筑燃烧试验NFPA285—2006方法的试验研究,取得了大量有实用价值的试验参数。3.1样品筛选我们筛选了三种铝塑复合板材料用于试验研究,具体规格见表1。3.2试验方法的描述3.2.1难燃竖炉试验结果的评价按照GB/T8625—2005进行,该标准等同采用DIN4102-15,是一个小型燃烧试验,试验原理上主要以小尺寸样品的试验为主,测试材料在受火作用下的一些基本对火反应能力:材料的可点燃性、火焰蔓延性等。样品尺寸小,为1000mm×190mm,不易反映实际用途。GB/T8625—2005难燃竖炉试验结果的评价参数为:最小剩余长度>200mm平均剩余长度≥350mm平均烟气温度峰值≤125℃,试样背面无任何燃烧现象。其试验装置和试样见图1、图2。3.2.2试验结果的测量按GB/T20284—2006进行,该标准等同采用EN13823,是一个中型试验,试验原理是耗氧原理,评价在房间角落处,模拟制品附近有单个燃烧体火源的火灾场景下,制品本身对火灾的影响,与房间角落试验ISO9705有着良好的相关性。SBI试验结果的评价参数为:FIGRA≤120W/s、且LFS<试样边缘、且THR600s≤7.5MJ。SBI试样为一角落形试样,分为长翼和短翼,试验样品尺寸分别为1.5m×1m和1.5m×0.5m两块板组成直角竖立。热释放30kW的火源设置在直角处。试验时间1260s,总试验时间1560s(26min)。试验中将幕墙用铝塑板试样用螺丝固定在轻钢龙骨框架上,试样与基材硅酸钙板之间存在40mm空气隙,以模拟最严峻的受火方式。基材背面采用背板(硅钙板)支撑。由于在实际应用中,铝塑板存在拼接缝,故在长翼200mm处和500mm分别设置了一条垂直接缝和水平接缝。SBI试验采用的试样安装方式见图3,固定方式及其拼接缝见图4。3.2.3、、和类建筑的外墙系统应符合nfpa染按照美国NFPA285—2006标准试验方法进行。美国IBC(Internationalbuildingcode)第26章规定:墙体组件必须通过NFPA285-2006标准试验,该试验被行业称作多层燃烧性能试验。任意高度的Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ类建筑的外墙系统,应符合NFPA285—2006要求。试验标准的中文名称为:《使用中等尺寸多层试验仪评定包含可燃部件的外部非承重墙组件可燃性特征的标准试验方法》,英文名称为:StandardMethodofTestfortheEvaluationofFlammabilityCharacteristicsofExteriorNon-load-BearingWallAssembliesContainingCombustibleComponentsUsingtheIntermediateScaleMulti-StoryTestApparatus。下面的图5为NFPA285试验的整体结构模拟图,图6为燃烧点火器放置侧视图。3.2.4实体火灾试验实体火灾试验是指模拟一定的火灾场景,在等比例实验室中进行的大规模全尺寸的火灾试验。试验目的是为了验证按标准试验达到相应燃烧性能水平的防火铝塑板在建筑物实体火灾中的表现及其火灾危险性。实体火灾试验为非标准试验,可参考相关标准(如美国的NFPA285或UBC26-9)的要求进行设计。本次实体火灾试验大楼和安装示意图见图7、图8。高层楼房大型实体火灾的实景试验的主要评价参数为:1)起火楼层以上两个房间是否着火情况,尤其是第三层?2)起火房间窗沿以上2.5m和5m处的温度是否超过500℃?3)是否造成外墙面的大面积垮塌?4)对相邻建筑物的影响(通过温度观察)5)起火房间、其他楼层房间、墙面、窗沿等处的温度变化情况?4试验结果与评价的分析4.1聚乙烯芯材对铝塑板燃烧性能的影响按照GB/T8625—2005标准,不同芯材类型的铝塑板难燃竖炉试验参数见表2。由表2可知,在总厚度均为4mm、铝板厚0.50mm条件下,采用无卤高阻燃聚乙烯芯材制作的防火铝塑板在各项燃烧性能指标上明显比普通铝塑板优越,燃烧性能等级可达B1/A级的较高防火等级,而不阻燃的聚乙烯芯材制作的普通铝塑板燃烧性能等级则达不到难燃B1级。按照GB/T20284—2006进行试验(等同采用EN13823),不同芯材类型的铝塑板SBI试验结果如下表3。由表3可知,在总厚度均为4mm、铝板厚0.50mm条件下,采用无卤高阻燃聚乙烯芯材制作的防火铝塑板在各项燃烧性能指标上明显比普通铝塑板优越,燃烧性能等级为B-s1,d0的较高防火等级,而普通LDPE芯材制作的铝塑板防火等级较差,为D-s1,d2的较低等级。4.3防火铝塑板燃烧试验结果分析不同芯材类型的铝塑板,NFPA285—2006防火标准试验参数评价分析如下。结论:NFPA285—2006检测中,外部防火铝塑板上的火焰处于设定的限制之内(窗户顶端以上10′、窗户边以外5′);火焰没有蔓延至核心部件或渗入2楼房间;热电偶没有超过最大限值。从图9可看出:采用无卤高阻燃聚乙烯芯材制作的防火铝塑板,进行NFPA285—2006标准燃烧试验时的起始与燃烧过程的图片。经过40min的点火燃烧试验,火焰没有从窗口处沿着防火铝塑板大面积蔓延,只烧掉一少部分,阻燃效果很好。4.4试验结果与试验参数对比分析在高层楼房大型实体火灾试验中不同芯材类型的铝塑板的观察表现与试验参数对比评价分析参见图10和图11,分别为普通铝塑板与防火铝塑板大型实体火灾的实景对比图片。4.4.1外墙火焰蔓延从图10可以看出:安装有普通铝塑板的幕墙在大型实体火灾试验时,铝塑板会燃烧并导致外墙火焰纵向蔓延,从而跨越楼层间防火分区,造成火势蔓延。4.4.2从幕墙火焰的变化看从图11可以看出:只安装有防火铝塑板的幕墙在大型实体火灾试验时,火焰没有因铝塑板的燃烧而在横向和纵向形成火焰蔓延,没有出现跨越防火分区的现象。5无卤高阻燃防火铝塑板的燃烧性能基于标准测试和大型实体火灾实景试验对比研究,可得出以下结论:1)铝塑复合板因不同的芯材成分而表现出不同的防火安全特性。普通铝塑板易被点燃,具有相当的火灾危险性,而达到B级的无卤高阻燃防火铝塑板在火灾中表现较好,对火势扩大的贡献较小,需要引起建筑消防设计、使用部门和各国家相关部门与协会的高度重视和严重关切。2)普通铝塑板按GB/T8625—2005试验达不到难燃炉B1级的指标要求,而按GB/T20284—2006SBI单体燃烧试验时的燃烧性能等级也较低,为D级,燃烧滴落物附加分级为d2级,不能满足国家强制标GB20286—2006公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求。3)无卤高阻燃防火铝塑板的GB/T8625—2005难燃炉试验参数,均达到并超过B1级与A级的技术指标要求;按GB/T20284—2006SBI单体燃烧试验时,无卤高阻燃防火铝塑板的燃烧性能等级较高可达B级,燃烧烟气和滴落物附加分级分别可达s1和d0级,完全满足国家强制标准GB20286—2006对公共场所阻燃制品及组件燃烧性能的要求。4)无卤高阻燃防火铝塑板按NFPA285—2006中等尺度多层建筑结构的防火标准进行试验,检测中,外部防火铝塑板上的火焰处于设定的限制之内(窗户