不同厚度發泡陶瓷板的耐火極限分析

蔡永榮，劉建勇，吳 欣，梁鈺煒，鄔玉龍，朱征宇

(1.廣州市建筑材料工業研究所有限公司，廣州 510663;(2.廣東省材料與構件防火檢測技術企業重點實驗室，廣州 510663)

GB50016—2014《建筑設計防火規范》(以下簡稱“建規”)中規定同一建筑內設置多種功能場所時，不同使用功能場所之間應進行防火分隔。防火分隔作為具有一定耐火性能的建筑構件將建筑物內部空間加以分隔，可在一定時間內限制火災于起火區，一般可通過耐火極限測試評判防火分隔的性能。

耐火極限是在標準耐火試驗條件下，建筑構件、配件或者結構從受到火的作用時起，至失去承載能力、完整性或隔熱性時止所用時間。非承重輕質防火隔墻是防火分隔措施的一種形式，是一種典型的耐火建筑構件。非承重輕質防火隔墻的種類有很多，而發泡陶瓷板是近年來進入市場的一種新型墻體材料。發泡陶瓷板是以陶土尾礦、陶瓷碎片、河道淤泥、建筑材料等作為主要原料，采用先進的生產工藝和發泡技術經高溫焙燒而成的高氣孔率的閉孔陶瓷材料。該材料防火阻燃，變形系數小，抗老化，性能穩定，生態環保性好，與墻基層和抹面層相容性好，安全穩固性好，可與建筑物同壽命。然而，作為建筑用隔墻條板，目前卻較少對其耐火極限進行研究，該文將通過全尺寸耐火極限測試，對三種不同厚度的發泡陶瓷板的耐火性能進行研究。

1 樣品的選取

試驗將使用三種不同厚度的發泡陶瓷板(分別為80 mm(1#)、100 mm(2#)以及120 mm(3#))。采用拼接方式(拼接面積為2 440 mm×3 020 mm)安裝于一個豎直耐火試驗框架，墻板與墻板間以填縫料進行封堵并抹平，灰縫厚約10 mm。構件自由邊處留有30 mm的縫隙，以無機礦物棉填塞。試驗時，隨機選擇其中一面作為試驗受火面。

2 耐火試驗條件

2.1 試驗依據

1)GB/T 9978.8—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》；

2)GB/T 9978.1—2008《建筑構件耐火試驗方法第1部分：通用要求》。

2.2 試驗條件

1)爐溫 試驗按照 GB/T 9978.1中規定的標準時間-溫度曲線進行升溫。

2)爐壓 該墻體為垂直構件，耐火試驗過程中的爐壓控制按照 GB/T 9978.1 的規定，在試驗爐內的試件頂部壓力不應超過 20 Pa。

2.3 試驗背火面溫度測點布置

按照 GB/T 9978.1、GB/T 9978.8 中有關背火面平均溫度和最高溫度熱電偶布置的規定，測量背火面平均溫度的熱電偶布置在試件表面中心位置、平均每1/4區域的中心位置，共計5支熱電偶。測定背火面的最高溫度熱電偶按標準布置在試件背火面的7個位置。

耐火試驗結果按照 GB/T 9978.1、GB/T 9978.8 中有關耐火性能判定準則進行耐火完整性和耐火隔熱性的判定。

3 試驗圖片及數據

分別對三組樣品進行耐火極限試驗，試件背火面熱電偶布點均如圖1所示。

試驗裝置升溫曲線、試件背火面平均溫升曲線和試件背火面最高溫升曲線分別見圖2、圖3和圖4。

3.1 耐火試驗過程分析

1)1#試件耐火試驗進行到7 min 13 s時，背火面出現裂紋，耐火裝置內有爆鳴伴隨有陶瓷片飛濺出來；試驗進行到16 min 50 s時，背火面出現Ф25 mm的探棒能夠穿過的空洞，試件失去耐火完整性。

2)2#試件耐火試驗進行到6 min 48 s時，背火面出現裂紋；試驗進行到10 min時，耐火裝置內出現爆鳴；試驗進行到20 min 2 s時，背火面出現Ф25 mm的探棒能夠穿過的空洞，試件失去耐火完整性。

3)3#試件耐火試驗進行到8 min 14 s時，背火面出現裂紋；試驗進行到10 min 13 s時，耐火裝置內出現爆鳴；試驗進行到26 min 44 s時，背火面出現Ф25 mm的探棒能夠穿過的空洞，試件失去耐火完整性。

3.2 試驗結果比對分析

通過對比三個不同厚度發泡陶瓷板樣品的耐火極限試驗結果，發現樣品厚度越厚，耐火極限時間越長，試件出現裂紋、爆鳴的時間點也越晚，背火面的整體升溫速率也越慢。同時，在試驗過程中也發現，無論是試件的受火面，還是背火面，試驗過程中都會持續出現爆鳴。

分析其原因，發現干燥收縮和溫度變化引起發泡陶瓷板的熱脹冷縮是墻體開裂或穿孔的主因。發泡陶瓷板主要是由收縮率大的材料，比如陶土尾礦、陶瓷碎片等混合燒結而成，并且為了減輕材料的自重而進行發泡處理，這些特性決定了材料在受熱過程中必然有較大的收縮。試驗過程中，實驗裝置內溫度急劇上升引起板材的膨脹、但是由于材料的受熱過程中膨脹速率的不同，造成不同區域產生一定的應力，隨著應力的不斷增大，最終超過材料本身所能承受的程度，故而導致板材墻體開裂，甚至有碎片爆裂。另外發泡材料具有明顯的脆性性質，在生產和運輸過程中，因震動會產生細微的裂縫，在耐火極限測試過程中同樣也會逐步顯現出肉眼可見的裂縫。

由于發泡陶瓷板本身的特性，要改善其耐火極限建議可由以下幾點考慮①發泡陶瓷板原料里摻進收縮率較低并且不影響其主要性能的原材料，比如珍珠巖等；②改變發泡陶瓷板的組成結構，比如發泡陶瓷板+輕質隔墻板+發泡陶瓷板等等；③在發泡陶瓷板表面涂一定厚度的防火涂料。

4 結 論

a.發泡陶瓷板隔墻的厚度與耐火極限成正相關，厚度越大，耐火極限越大。

b.發泡陶瓷板隔墻的耐火性能較差，主要原因是干燥收縮和溫度變化引起發泡陶瓷板的熱脹冷縮，這種情況造成局部應力過大，從而使得板材產生爆裂或穿孔。

c.提高發泡陶瓷板隔墻的耐火極限，可考慮在板材原料中添加珍珠巖，改變隔墻的構造，在表面涂刷防火涂料等方式實現。