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建筑材料燃烧或热解发烟量的测定方法(双室法) GB/T16173-1996

来源:发布时间:2018/7/19

前言


中华人民共和国国家标准
建筑材料燃烧或热解
发烟量的测定方法(双室法)
Test method for smoke generation from burning or pyrolysis
of building materials(dual-chamber test)
GB/T 16173-1996
1996-03-05批准 1996-09-01实施
国家技术监督局 发布

本标准非等效采用 ISO/DIS 5924《燃烧试验——对火反应——建筑制品的发烟量(双室法)》(1991年版)。

1 主题内容与适用范围


本标准规定了建筑材料燃烧或热解发烟量的测定方法。
本标准适用于测定厚度不大于 70mm 的建筑材料及其制品、复合材料及其固体材料在燃烧或热分解时的发烟量。

2 术语


2.1 受火面 exposed surface
试样承受加热条件的表面。
2.2 烟密度(D)smoke density
烟密度是试样在规定的试验条件下发烟量的量度,它是用透过烟的光强度衰减量来描述的。
设入射光强度为 I0,透过烟以后的光强度为I,透光率为T,则:
定义 D=log10(100/T)
式中:T=(I/I0)×100
2.3 最大烟密度(Dm) maximum smoke density
每次试验中D 的最大值,记为Dm。出现Dm 的试验时间,记为tm,单位s。
2.4 最大烟密度平均值(Dmm) mean maximum smoke density
在同一辐照度等级下试验所得到Dm的算术平均值,记为Dmm。tm的算术平均值称为出现最大烟密度平均时间,记为tmm,单位s。
2.5 最高烟密度(Dhm) highest mean maximum smoke density
在不同辐射等级下试验所得到的全部Dmm 中的最高值,记为Dhm
2.6 残余烟密度(Dr) residual smoke density
每次试验结束并排烟完毕后,系统所显示的烟密度值,记为Dr
2.7 质量损失(W1) mass loss
每次试验结束,待样品冷却后称量,该值与试验前样品称量的减少值,记为W1,单位g。
2.8 质量损失的平均值(Wm) mean mass loss
同一辐照度等级下试验所得到的全部W1的算术平均值,记为Wm,单位g。
2.9 着火 ignition
样品在试验中出现明火苗即为着火。对应着火的试验时间,记为t1,单位s。
2.10 辐照度 irradiance
样品的单位受火面承受的热辐射通量密度称为辐照度,单位kW/m2。本标准采用10、20、30、40、50kW/m2 五种辐照度等级。
2.11 恒定质量 constant mass
试验前,样品在相间24h 的两次称量中,其差值小于试样质量的0.1﹪,或差值小于0.1g,取其大者,作为恒定质量标准。
2.12 试样 specimen
由被测试材料按规定的尺寸加工成的测试试件称为试样。
2.13 样品 wrapped specimen
样品是进行测试的试样,它是由试样与基板重叠后,用铝箔包缠起来的一个组合体(如图1示)。
2.14 空气隙 air gap
当被测试的样品在实际使用时为背靠空间时,则试样和基板间要加一个空隙,称为空气隙。空气隙长和宽均为mm,其高度与试样的厚度之和不大于70mm。

3 试样制备


3.1 对试样材料的要求
3.2 试样制作
3.3 样品制备

3.1 对试样材料的要求


3.1.1 具备下列表面特征之一的试样适合作试验。
a. 表面上任何一点相对于水平面的不规则度不大于±1mm。
b. 对凹凸不平整表面,应取其受火面中心部位直径为150mm的圆面积为基准面,基准面中最高凸点到最低凹点的深度不大于10mm。
不符合 a、b 规定的试样必须进行加工,使之符合规定,并在试验报告中注明。
3.1.2 对于表面与底面不对称的试样,应根据该试样在实际情况中的使用情况来取样,其受火面可选用表、底两个面进行试验。
3.1.3 复合试样
对于厚度小于70mm的复合试样,应就整个厚度来取样;厚度大于70mm的复合试样应打磨非受火面,以满足厚度为mm的要求。
3.1.4 组合试样
当被测试样在实际使用中,依附于某一衬底材料时,则应将两者按实际的粘接方式接合起来进行取样。

3.2 试样制作


3.2.1 在被测材料中取25个试样,试样长mm 、宽mm,厚度为试样实际使用情况下的厚度,其厚度应不大于70mm。
3.2.2 每一试样需一块基板作衬垫。基板长、宽与试样相同,厚度6mm。材质由不燃绝热的硅酸钙制成,其密度为(825±125)kg/m3
3.2.3 试样和基板的状态调节
将试样和基板放在温度为(23±2)℃,相对湿度为(50±5)﹪的环境中,放置24h以上,并使其达到恒定质量。

4 试验装置


4.1 双室烟箱(ISO烟箱)
4.2 分解装置
4.3 光密度计
4.4 灭火箱
4.5 模拟试样板
4.6 附加仪器及设备

4.1 双室烟箱(ISO烟箱)


双室烟箱由分解室和测量室两部分组成(如图2示)。分解室内安装有使样品发烟的主机,测量室两侧面上安装光密度计。
4.1.1 测量室
测量室由厚度为18mm 的胶合板制成(如图3示)。长1500mm、宽600mm、高1300mm。在测量室两侧的中心位置各留有一个开口用来安装光密度计。两侧前方离顶面250mm、离前侧150mm处各留有一个开口,作为搅拌烟气的风机定位口,后侧门可打开。顶面后端离后侧面150mm 的居中处留有直径为100mm 的排烟口,作为排烟和泄压的通道。烟箱内的烟气压力应不大于150Pa。分解室与测量室密封交连的前侧门上下两端都留有一个矩形开口,开口长550mm、宽150mm 作为两室烟气的通道。
4.1.2 分解室
分解室由双层不锈钢板制成(如图 2 示)。层间距18mm,内填绝热岩棉。分解室内部长600mm、宽325mm、前侧高1150mm、后侧高1300mm。顶盖面为斜面,居中处留有长300mm、宽100mm 的长方形孔,用来安装厚0.02mm 铝箔。这是当加热试验时会产生可燃气体,为预防着火时有可能产生的压力冲击对箱体的破坏而设置的。前侧门长540mm、宽540mm,可以打开,门上嵌有观察试验情况的玻璃窗。

4.2 分解装置


分解装置内的主机由支撑框架、滑动杆、压板机构、配置机构、热辐射锥、试样托盘及掩蔽板等组成(如图5示)。当试验需要在引火条件下测试烟密度值时,应按附录A(参考件)进行。
4.2.1 支撑框架
支撑框架由底架、支柱和罩板组成。底架长275mm、宽230mm,由30mm正方形条钢围成。底架下面装有可调节高度的四只支脚。底架上面垂直立有四根直径为16mm的支柱,它用来定位罩板。罩板由厚度为4mm边长为220mm正方形钢板制成,罩板居中处留有直径为150mm的圆孔,以作为辐射锥对样品的加热通道。圆孔上缘应倒角45°。
4.2.2 滑动杆
滑动杆高380mm,直径为16mm,材质为不锈钢。它垂直安装在底架宽边上的中心部位,用来定位横梁和热辐射锥处于适当位置。
4.2.3 压板机构
压板机构由压板、横梁、推杆、导向杆组成。压板由厚4mm、宽180mm的不锈钢板制成。推杆长148mm由直径为12mm不锈钢柱制成,它固定在压板中心位置。导向杆长140mm,由直径为6mm的不锈钢柱制成。推杆和导向杆都可以在横梁的套孔中上下滑动,在配重系统的压力作用下,使压板上的样品紧贴罩板并受力(20±2)N。
4.2.4 配重机构
配重机构由不锈钢制成。它由配重臂、重块、支撑臂、推杆、底托组成。配重臂长260mm左右,重块质量3kg左右。重块可以在配重臂上滑动,调节重块位置,使之对样品产生(20±2)N的力。
4.2.5 热辐射锥
热辐射锥是试验中对样品产生热辐射的装置(如图4示)。它由锥套、加热器及热电偶组成。锥套由1mm厚的不锈钢板制成。锥套有两层,间距10mm,内装密度为100kg/m3隔热岩棉。锥套上孔内直径为(66±1)mm,下孔面内径为(200±3)mm,锥体高(75±1)mm。在离锥套上孔面1mm处,留有直径为10mm的圆孔作为加热器插入口,在锥套中部留有对称的直径为2mm的两个圆孔作为两支铠装热电偶的插入口,一支热电偶用作温度控制;一支用作温度监视。
加热器为铠装电热管,管长3500mm,外直径8.5mm,功率3kW。电热管绕成锥状并紧固在锥套内罩上。电热管上部绕成圆型,其截面会挡住一部分锥套上孔的圆面空间,挡住部分的面积空间,挡住部分的面积不能大于锥套上孔圆面积的10%,热辐射锥安装在滑动杆上,其锥套下孔面距罩板面(22±1)mm。
热辐射锥能提供样品表面10~50kW/㎡且均匀分布的辐射度。在离中心点直径为50mm的范围内各点部位的辐照度平均值与中心部位辐照射的偏差不大于±3%;离中心点直径为50~100mm的圆带面内各点部位的辐照度平均值与中心部位辐照度的偏差不大于±5%(如图6示)。
4.2.6 样品托盘及掩蔽板
样品托盘是用来定位试验样品的(如图8示)。定位后的样品中央的暴露面应置于罩板开孔的中央位置。掩蔽板是用来掩蔽样品的,试验前放在罩板上面,试验时抽出。

4.3 光密度计


光密度计由测量光源装置和光接收转换器两部分组成,它们分别安装在测量室两侧面的居中处(如图7示)。
4.3.1 测量光源装置
测量光源采用色温为(2856±30)K的光源灯,其功率为10~15W。灯光通过一组透镜后形成一束直径为25mm的准平行光束。测量时,应通过一组滤光片,使之测量光束到达接收器的光为视见函数光波(如图7a、7b示)。
4.3.2 光接收器
光接收器的波长主体响应范围为400~750nm,在测量量程内,其光电转换的非线性度不大于2.5%(如图7b示)。
4.3.3 气体清洗系统
为避免烟尘附着在光学系统上,在测量光源装置和光接收转换器的前面要装有空气清洗系统,试验时的空气流量为(6±2)mL/s,其流动状态为旋转气流。

4.4 灭火箱


灭火箱内充有氮气,用以阻止样品在试验结束后放入箱中的继续燃烧。

4.5 模拟试样板


模拟试样板由不燃隔热板和模拟试样组成。隔热板密度(825±125)kg/m3。模拟试样用密度为(200±50)kg/m3的陶瓷棉(或岩棉)制成(如图9示)。

4.6 附加仪器及设备


4.6.1 控温装置
控温装置可选用 DWK-702 型精密温度控制器。负载功率为3.5kW,准确度为±0.16%,控温范围为0~1200℃。当试验选用某一辐照度等级时,其对应的温度值的变化不大于±5℃。
4.6.2 热流计
热流计是测定热辐射锥在样品表面提供辐照度大小的仪表。可选用CR5-2-10 型热流传感器,其量程为0~100kW/㎡,精度为±0.5kW/㎡。
4.6.3 试验纪录和运算设备
在进行样品的测试过程中,可选用计算机及相应的AD/DA 板来完成试验的操作、记录和计算结果的打印。
4.6.4 横流搅拌风机
为使分解室产生的烟气均匀分布于测量室中进行测试,应采用圆型横流风扇来搅拌。
4.6.5 计时器
计时器可选用电子秒表,量程为1h,分辨力为0.01s,精度为±0.2%。
4.6.6 天平
对样品的称重的天平量程为2000g,感量为0.1g,精度为±0.2%。

5 标定


5.1 光学测量系统的标定
5.2 热辐射锥的标定

5.1 光学测量系统的标定


5.1.1 使用一组标准的滤光片(在透光率为0~100%范围内选三种),垂直放入光路中,计算机显示的透光率值与滤光片的标准值的误差平均值不大于5%,否则应作出显示值的校正曲线来对试验结果进行校正。
5.1.2 标定周期
在每次开机测量前,应作透光率为0和100%的标定。

5.1 光学测量系统的标定


5.1.1 使用一组标准的滤光片(在透光率为0~100%范围内选三种),垂直放入光路中,计算机显示的透光率值与滤光片的标准值的误差平均值不大于5%,否则应作出显示值的校正曲线来对试验结果进行校正。
5.1.2 标定周期
在每次开机测量前,应作透光率为0和100%的标定。

5.2 热辐射锥的标定


5.2.1 辐照度的标定
在模拟试样板中放入热量计,热流计的接受面应在模拟试样的表平面内,将带有热流计的模拟试样板置于测试位置,由热辐射锥提供10~50kW/㎡五个等级的辐照度。其辐照度分布应满足第4.2.5条要求。
5.2.2 标定条件
在标定时,应启动横流风机和热辐射锥、控温装置和温度显示仪。当调节到预定的辐照度等级时,稳定5min再测定辐照度分布并绘制分布图。在标定过程中,温度设定值的变化不大于±5℃。
5.2.3 标定检查
通常在试验150h后要进行常规标定。常规标定选用30kW/㎡等级,其偏差应不大于0.6kW/㎡,否则应重新全面标定。

6 试验程序


6.1 试验前的准备
试验前必须完成第5章的装置标定,按第3章制好样品和进行状态调节。
6.2 试验步骤
6.2.1 根据样品质量来调节重块位置,使样品受力(20±2)N。
6.2.2 取出样品后放入模拟试样板并把它置于测试的位置。
6.2.3 关闭分解室的前门和测量室的后门。启动横流风机和温度控制仪,按确定的辐照度设定相应的温度。
6.2.4 接通光学系统和测量系统并预热10min 左右。
6.2.5 当控制温度达到设定值时,需稳定5min 后放入样品。
6.2.6 打开分解室前门,在罩板上方放入掩蔽板后再将安放有样品的样品托盘置于测试位置。
6.2.7 抽出掩蔽板,迅速关闭分解室前门并启动测试系统,试验开始(6.2.6和6.2.7 条的操作应在20s内完成)。
6.2.8 在同一个辐照度等级下需重复作三次试验,每次试验进行20min。
6.3 试验观察
在整个试验过程中应观察并记录试验情况,如样品发泡、软化、熔融、膨胀、皱缩及着火等现象,并记录着火时间(ti)和熄灭时间(te)。
6.4 试验结束后,打开排烟阀,打开分解室前门并启动抽烟机排除烟箱内的烟气。试验结束30s后在罩板上面放入掩蔽板灭火,然后取出样品托盘并放入灭火箱中冷却。
6.5 对试验后的样品称量并计算质量损失值(Wi)。
6.6 重复试验
待烟气清除后,重复6.2.5~6.2.7条步骤。直至在不同的辐照度下对样品测试完毕。

7 试验报告


试验报告必须包括以下几个方面的内容:
7.1 试验方法的依据,承接试验的单位、地点及试验日期。
7.2 送样单位名称、地点、联系人。
7.3 样品的组份、结构和形状及尺寸。
7.4 试验结果的内容包括:试验采用的辐照度等级;在每一种辐照度试验条件下出现最大烟密度的平均值及其出现最大烟密度的平均时间;在每一种辐照度试验条件下样品质量损失的平均值;样品着火的平均试验时间及熄灭的平均时间;全部试验中最大烟密度平均值的最高值(即最高烟密度值)。
7.5 试验全过程中的现象纪录如样品发泡、熔融、膨胀、皱缩等。
推荐的试验报告格式如附录 C(参考件)示。
图1 样品制作
图1 样品制作
图2 烟箱示意图

图2 烟箱示意图
1-测量室;2-顶盖;3-抽烟机;4-分解室;5-分解室前门;
6-泄压排烟阀;7-横流风扇;8-光密度计安装口
图3 测量室
图3 测量室
图4 辐射锥
图4 辐射锥

图5 主机示意图
图5 主机示意图
图6 辐射照度分布网格
图6 辐射照度分布网格
图7 光密度计安装图

图7 光密度计安装图
1-光源系统;2-空气清洗口;3-光接收系统;4-框架
图7a 光源系统
图7a 光源系统
图7b 光接收系统
图7b 光接收系统
图8 样品托盘
图8 样品托盘
图9 模拟试样板
图9 模拟试样板

附录A 引火状态下的烟密度测试(参考件)


A1 意义
A2 引火装置
A3 操作程序
A4 试验报告

A1 意义


参照ISO/DIS 5924附录A.2及A.5.4条建议,编写了本标准的附录A.这对于在50kW/㎡辐照度下,只有借助附加点火源才能使样品着火的某些阻燃建筑材料烟密度测试,有着重要意义。同时,可比对大型火灾试验或其他烟密度的测试方法的测试结果,也有着重要意义。由于引火装置与ISO 5657相同,这就可以在测试建筑材料烟密度的同时又考查建材的着火性。

A2 引火装置


引火装置由电机、限位凸轮、调节轮、从动凸轮、引火臂、次点火源、调节重块等组成。(如图A1示)。
图A1 附有引火装置的主机
图A1 附有引火装置的主机
1-电机;2-限位凸轮;3-调节轮;4-从动凸轮;5-引火臂;
6-次点火源;7-辐射锥;8-调节重块
A2.1 引火臂
引火臂的端部安有与臂垂直的火焰喷嘴。喷嘴喷出引火用的燃气。燃气采用丙烷气和空气的混合气体。丙烷气流量19~20mL/min;空气流量160~180mL/min,引火火焰长(10±1)mm。引火臂在传动机构作用下,穿过热辐射锥上孔中心位置作往返不停的引火运动,每隔4+0.4s 引火一次,往、返穿过热辐射锥的时间都不大于0.5s,停留在样品表面时间为(1±0.1)s,对样品表面施力0.1~0.2N。
A2.2 次点火源
次点火源用来对引火臂喷嘴喷出的燃气进行多次点火。次点火源由孔径1~2mm 的喷嘴喷出已燃烧的火焰,其焰长(15±1)mm。

A3 操作程序


完成第6.2.1~6.2.6条的试验步骤。
A3.1 将次点火源和引火臂喷出的燃气点燃,立即启动电机来传动引火臂作往返引火运动。
A3.2 继续第6.2.7条试验步骤,直至全部试验结果。

A4 试验报告


推荐的试验报告如附录 C。引火条件下的烟密度测试应在备注中注明。

附录B 试验结果的误差分析(参考件)


系统误差可通过调校仪器和用高一级的测量仪器对本装置校正来解决。随机误差符合正态分布,但因其测试次数n<30 则可通过t分布来计算。本试验取其置信概率为95%。在同一辐照度下,当Dm 值的变化系数大于28%时,应重复该项试验。计算方法可表示为:
设θ为真值,α为给定值,x1 为试验值,
则:
为试验平均值,n为试验次数,S为试验值的方差,ta 为(n-1)自由度时、置信度为(1-α)的分布值,为置信上、下限值则:
是100(1-a)%置信度内的变化系数。

附录C 试验报告格式(参考件)


附加说明:
本标准编制由中华人民共和国公安部提出。
本标准由全国消防标准化技术委员会第七分技术委员会归口。
本标准由公安部四川消防科学研究所负责起草、公安部天津消防科学研究所参加起草。
本标准主要起草人杜懋焉、傅学成、盛文克、杨泽安。