不同厚度金属面岩棉夹芯板、胞壁板、聚氨酯夹芯板、酚醛夹芯板耐火性能试验研究

不同厚度金属面岩棉夹芯板、胞壁板、聚氨酯夹芯板、酚醛夹芯板耐火性能试验研究

金属芯板也称为彩钢芯板，具有轻、硬、密实、隔热、声音、振动、耐寒等优点，以及良好的物理性能、外观美观、快速安装、拆卸方便、反复使用等特点。广泛应用于大型工业设施、仓库、健身房、超市、医院、储藏室、活动室等场所。由于“央视大楼火灾”和“上海胶州路大火”造成恶劣的社会影响,引起了社会的广泛关注和讨论。金属面夹芯板的燃烧性能研究的相关文献不少,但是比较系统对金属面夹芯板的耐火性能进行研究,并且对芯材进行组合改进的研究是比较少的。笔者对不同厚度(50、80、100mm)的金属面岩棉夹芯板、金属面EPS夹芯板、金属面聚氨酯夹芯板、金属面酚醛夹芯板的耐火性能进行研究,并用岩棉与EPS、岩棉与聚氨酯进行组合耐火性能测试分析。1测试1.1主要设备和材料金属面夹芯板耐火试验试件组成如表1所示。试验设备为垂直结构耐火试验炉:MJL-1型,如图1所示。1.2试验极限的确定我国GB50016-2006《建筑设计防火规范》规定,二级耐火等级建筑物的房间隔墙、非承重外墙和疏散走道两侧的隔墙、吊顶的耐火极限应分别达到0.5、1.0、0.25h。GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》(2005年版)规定,二级耐火等级建筑物房间的房间隔墙、非承重外墙和疏散走道两侧的隔墙、吊顶的耐火极限应分别达到0.75、1.0、0.25h。GB/T23932-2009《建筑用金属面绝热夹芯板》规定,当金属面夹芯板的厚度大于80mm时,耐火极限大于等于60min,金属面夹芯板的厚度小于80mm,耐火极限大于30min。耐火极限的试验方法GB/T9978.1-2008《建筑构件耐火试验方法第1部分:通用要求》以及GB/T9978.8-2008《建筑构件耐火试验方法第8部分:非承重垂直分隔构件的特殊要求》。试验炉的开口尺寸为3m×3m。试验炉内安装有一定数量的热电偶,测量和控制炉内温度,炉内热电偶布置和温度条件满足标准GB/T9978.1-2008的升温曲线的要求。根据GB/T9978.1-2008的规定,非承重构件失效有2个判定标准:(1)失去完整性。背火面出现持续燃烧10s以上的火焰,或棉垫被点燃,或试件背火面出现贯通至炉内的裂缝,直径6mm的探棒可穿过裂缝进入炉内,并且探棒可沿裂缝长度方向移动不小于150mm,或直径25mm的探棒可以穿过裂缝进入炉内。(2)失去隔热性。试件背火面的平均温升超过140℃,或背火面上任何一点的温升超过180℃。2结果与讨论2.1岩棉夹芯板退火极限不同厚度(50、80、100mm的3种厚度)岩棉夹芯板的耐火性能,如图2所示。由图2可知,背火面温升超过140℃,50mm厚的岩棉夹芯板需要3660s,80mm厚的需要4920s,100mm厚的需要7380s,即50、80、100mm厚的岩棉夹芯板的耐火极限分别为61、82、123min,符合金属夹芯板相关标准、规范的耐火性能要求,即板厚大于80mm时,耐火极限大于等于60min,板厚小于80mm,耐火极限大于30min。可见岩棉夹芯板的耐火性能较好,其原因是面板为薄钢板,属于不燃材料,芯材为岩棉或矿棉,亦属不燃材料,所以耐火性能较好。2.2钢板夹芯板退火试验不同厚度(50、80、100mm的3种厚度)EPS夹芯板的耐火性能,如图3所示。由图3可知,背火面温升超过140℃,50mm厚的EPS夹芯板需要900s,80mm厚的需要1500s,100mm厚的需要2280s,也就是50、80、100mm厚的EPS夹芯板的耐火极限仅分别为15、25、38min,没有达到金属夹芯板相关标准、规范的耐火性能要求。主要原因是EPS属于易燃材料,受热后很容易发生软化、收缩熔化、熔融释放可燃气体、出现闪燃、然后发生持续燃烧并释放大量热量和烟,只要遇到明火、高温火花或者达到着火点就很容易燃烧,然后在板间形成新的燃烧蔓延途径,并将火焰迅速传到其他位置。耐火试验时,只要受火面的钢板发生变形,特别是接缝处有火焰窜入EPS芯材就会产生大面积的燃烧,从而使背火面温度很快就超过140℃,耐火极限很短。虽然随着EPS厚度增加,耐火极限的时间有所延长,但相对标准要求相差较远。2.3聚氨酯夹芯板机构不同厚度(50、80、100mm的3种厚度)聚氨酯夹芯板的耐火性能,如图4所示。由图4可知,背火面温升超过140℃,50mm厚的聚氨酯夹芯板需要1200s,80mm厚的需要1680s,100mm厚的需要2640s,即50、80、100mm厚的聚氨酯夹芯板的耐火极限分别为20、28、44min,没有达到金属夹芯板相关标准、规范的耐火性能要求。聚氨酯夹芯板的芯材是具有可燃性的硬质聚氨酯泡沫塑料,是由多异氰酸酯和聚醚多元醇在阻燃剂等多种助剂下,经过聚合反应得到的有机碳氢链构成的高分子化合物。遇火很容易燃烧分解,产生大量的有毒很色烟雾和热量,继续促进燃烧,一直恶性循环下去,直至夹芯层表面全部炭化。2.4复合酚醛夹芯板退火性能不同厚度(50、80、100mm的3种厚度)酚醛夹芯板的耐火性能,如图5所示。由图5可知,背火面温升超过140℃,50mm厚的酚醛夹芯板需要1920s,80mm厚的需要3420s,100mm厚的需要4860s,即50、80、100mm厚的酚醛夹芯板的耐火极限分别为32、57、81min,可以达到金属夹芯板相关标准、规范的耐火性能要求。但是当厚度小于80mm时,耐火性能十分接近临界值30min,当厚度大于80mm时,其耐火性能较好,考虑防火安全,实际应用应选择厚度大于80mm。2.5高温岩棉-系统夹芯板退火极限不同厚度(80、100mm的2种厚度)岩棉-EPS夹芯板的耐火性能,如图6所示。由图6可知,背火面温升超过140℃,80mm厚(岩棉和EPS分别为40mm)的岩棉-EPS夹芯板需要3960s,100mm厚(岩棉和EPS均为50mm)的岩棉-EPS夹芯板需要5100s,即80、100mm厚的岩棉-EPS夹芯板的耐火极限分别为66、85min。可见通过岩棉与EPS的组合,可以充分改善EPS夹芯板的耐火性能,符合标准和规范的要求。2.6温升长为80、100mm厚岩棉-聚氨酯夹芯板耐药极限的确定不同厚度(80、100mm的2种厚度)岩棉-聚氨酯夹芯板的耐火性能,如图7所示。由图7可知,背火面温升超过140℃,80mm厚(岩棉和聚氨酯均为40mm)的岩棉-聚氨酯夹芯板需要4200s,100mm厚(岩棉和聚氨酯均为50mm)的岩棉-聚氨酯夹芯板需要5400s,即80、100mm厚的岩棉-聚氨酯夹芯板的耐火极限分别为70、90min,符合标准和规范的要求。3岩棉和聚氨酯夹芯板的退火性能(1)相同厚度的4种金属面夹芯板的耐火极限时间由长到短依次为岩棉夹芯板、酚醛夹芯板、聚氨酯夹芯板、EPS夹芯板。(2)耐火性能最好的是岩棉夹芯板,50mm厚的岩棉夹芯板的耐火极限可以达到61min。耐火性能最差的是EPS夹芯板,100mm厚的EPS夹芯板的耐火极