淺談材料燃燒性能對火災的影響

摘要：火災的產生發展復雜，影響因素多，材料的燃燒性能是不可忽視的因素之一。材料燃燒對火災的影響可從熱危害性和煙氣危害性兩方面進行評價。目前，我國材料燃燒性能分級測試標準基本涵蓋這兩方面的內容。

關鍵詞：燃燒性能；熱釋放；生煙性；煙密度；煙氣毒性

中圖分類號：TU551 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0163-03

1 火災的發展過程

材料點燃后，燃燒的發展情況取決于所處環境和材料燃燒性能。在燃燒室內，火災發展可建立一個通用模型。

四個階段：階段1是起始階段，是指材料被小火焰引燃的階段。階段2是發展階段，是指材料燃燒直至發生轟燃。階段3是完全燃燒階段，是指轟燃發生到火、熱衰減之前的過程。階段4是火災衰減到熄火，如圖1所示：

2 材料燃燒性能影響火災的主要參數

材料燃燒會釋放出熱量和煙氣，可從燃燒的熱危害、煙氣危害兩方面對火災進行評估，如圖2所示：

材料燃燒性能是指材料對火反映的能力。目前試驗方法只是在可控實驗條件下，測試材料的各個燃燒性能參數。例如，材料可燃性、點燃性、火焰傳播、熱釋放性、生煙性和煙氣毒性等。

2.1 評價熱危害的參數

2.1.1 可燃性。材料可燃性往往是評價材料初始燃燒階段的重要參數，是材料在規定條件下進行有焰燃燒的能力，包括點燃性和火焰傳播。

（1）點燃性。材料的點燃性表征著材料引發火災的概率。點燃的材料必須是可燃材料，并且有足夠的熱源和適量的供氧量。這個熱源可以是化學熱能（如火焰）、電熱能（如電熱絲或電熱棒）或機械能（摩擦生熱）等。同種材料在不同的環境條件下點燃難易度是不同。例如：氧氣的濃度和室溫對點燃性影響較大。最常用的試驗方法有氧指數試驗GB/T2406和可燃性試驗GB/T8626等。

（2）火焰傳播。火焰傳播表征材料維持燃燒的能力，它由表面火焰的傳播速率和傳播距離等指標來衡量。在實際火災中，火焰傳播與材料表面方向密切相關，不同的表面方向會有不同的實驗結果。例如，同種材料在天花、墻面、地面火焰傳播的結果是不同的。此外空氣流動方向也是影響火焰傳播的主要因素。常用的試驗方法有鋪地材料的燃燒性能測定GB/T11785、塑料水平及垂直燃燒試驗GB/T2408和泡沫材料水平垂直燃燒試驗GB/T8333、GB/T8332等。

2.1.2 熱釋放性。材料熱釋放是描述火災過程的一個重要參數，它體現了材料在火災中釋放能量的多少，是決定火災發展和火災危險的基本參數，也是評價材料燃燒發展階段的重要參數。

（1）熱釋放速率（HRR）。熱釋放速率反映材料燃燒釋放熱量的速率。它能夠指示火災的大小，提供火勢發展的速度，是火災研究的基礎數據。目前，實驗室測試材料熱釋放速率多采用耗氧原理的方法。耗氧原理是指大多數固體材料完全燃燒每消耗一單位質量的氧氣所釋放的熱量基本相同（13.1±0.05MJ/kgO2）。通過測定材料燃燒的煙氣組分，計算材料在燃燒過程中的熱釋放速率。

，單位為kW。

△p為氣體經過孔板后壓力的變化，Pa；Te為氣體在孔板處的溫度，K；C為孔板流量計的標定常數。為材料燃燒消耗單位質量氧氣放出的能量，13.1MJ/kg：為進入系統空氣中O2的摩爾分數；為煙氣中O2的摩爾分數。

（2）總熱釋放量（THR）。總熱釋放量THR反映了材料在燃燒過程中釋放熱量的多少。根據能量守恒原理，固定質量的同種材料完全燃燒釋放的熱總量是相同的，它與外界受到的熱輻射是無關的。，單位為MJ。

（3）燃燒增長速率指數（FIGRA）。燃燒增長速率指數反映了材料對熱反應的能力，是指材料熱釋放速率峰值max.（HRR）與峰值出現的時間t的比值。指數越大，表明材料一旦暴漏在過強的熱環境就能夠快速燃燒，使火勢迅速蔓延擴大。單體燃燒試驗中計算該參數公式如下：

，單位為W/s。

2.2 評價材料煙氣危險參數

2.2.1 材料生煙性。材料生煙性是個較為復雜的過程，它與火災規模、單位質量物質的生煙量、通風情況、材料燃燒時的溫度等一系列因素有關。目前生煙性的測試方法多采用光學法。光學法評價材料生煙性有靜態分析法和動態分析法兩種。

（1）靜態分析法。靜態分析法是材料燃燒生成的全部煙量處于一個封閉的空間，測定煙氣對光束的衰減。現有以光學測定煙密度的儀器，都是按照Bouguer-lambert原理工作的。例如：GB/T8627、GB/T8323等試驗方法。

基本公式：F=F0e-σL

F為煙層引起衰減后的光通量；F0為初始光通量（定義為100）；σ為衰減系數；L為通過煙的光徑長。

（2）動態分析。動態分析法的測定系統是開放式的，在煙氣通過設備流出的過程中測定煙氣對光的衰減。實際上，煙密度越大或增長越快，所提供給疏散人員和滅火的時間越短，故應考慮時間要素。目前，錐形量熱儀和單體燃燒試驗方法均采用此方法進行評價。測定的主要煙氣參數如下：

比消光面積（SEA）是消耗單位質量樣品產生的煙氣量，可衡量煙氣的遮光性。公式：，單位

為m2/kg。OD為光密度，Vflow為體積流速。MLR為燃燒過程中樣品質量的損失率。

生煙速率（SPR）被定義為比消光面積與質量損失速率之比。公式：SPR=SEA/MLR，單位為m2/s。

生煙總量（TSP）表示單位樣品面積燃燒時的累積生煙總量。可由積分得到，，單位為m2。

煙氣生成速率指數（SMOGRA）試樣產煙率與所需受火時間的比值的最大值。公式：，單位為m2/s2。該指

數越大，煙氣危險性就越大。

2.2.2 煙氣毒性。材料燃燒形成的毒性物質對人及動物影響至關重要，目前的試驗方法有化學分析法和生物試驗法兩大類。

（1）化學分析法。化學分析法主要采用光譜法（包括紅外光譜、質譜、色譜、色譜-質譜及核磁共振普）測定氣態產物中CO、CO2、HCN、HBr及NO2等有害氣體的濃度。化學分析法評估火災氣體的毒性時，往往與煙密度測定平行進行，一般只考慮最普通的有毒物質，所以結論意義是相當有限的。

（2）生物試驗方法。生物試驗方法多基于燃燒產物對被試驗動物中樞神經系統（致死率）及生理狀態的影響，但這種影響與很多因素有關，如材料的分解模式（熱裂解還是燃燒）、分解產物的溫度及濃度、動物種類及中毒時間等。GB/T20285主要采用實驗室定量制取材料煙氣的方法和實驗小鼠急性吸入煙氣染毒的方法進行材料毒性評價。

3 GB8624-2006評價火災危險性的應用

目前，國家標準GB8624-2006是我國建筑材料燃燒性能的主要分級方法。標準將材料燃燒性能分為A1、A2、B、C、D、E、和F七個等級。從試驗測試方法來看，考慮了材料的火焰傳播、燃燒熱釋放速率、熱釋放量、煙氣濃度和煙氣毒性等參數，而這些參數均屬于評價熱危害和煙氣危害的重要內容。如表1。

參考文獻

[1] 塑料 煙生成（第1部分）：煙密度試驗方法導則（GB/T8323.1-2008）[S].

[2] 歐育湘，李建軍.材料阻燃性能測試方法[M].北京：化學工業出版社，2007.

[3] 王慶國，張軍，張峰.錐形量熱儀的工作原理及應用[J].現代科學儀器，2003，（6）：36-39.

[4] 趙成剛.中國建筑材料燃燒性能分級體系的進展[J].塑料助劑，2006，（2）：1-9.

[5] 建筑材料及制品燃燒性能分級（GB8624-2006）[S].

作者簡介：匡龍（1978—），男，深圳市計量質量檢測研究院工程師，碩士，研究方向：建筑材料及輕工產品質量檢測。