建筑材料或制品的單體燃燒試驗(yàn)裝置LBT

1 建筑材料或制品的單體燃燒試驗(yàn)裝置-GB862概述

GB8624《建筑材料燃燒性能分級(jí)方法》對(duì)燃燒性能等級(jí)為A，B，C和D的材料均要求用SBI方法評(píng)定?；芾砦瘑T會(huì)正式頒布并實(shí)施了SBI試驗(yàn)方法的GB/T 20284-《建筑產(chǎn)品對(duì)火反應(yīng)—不含鋪地材料的建筑產(chǎn)品單項(xiàng)燃燒試驗(yàn)方法》，該標(biāo)準(zhǔn)等同采用歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN13823，由公an部四川消防研究所負(fù)責(zé)制定和實(shí)施。

在歐洲，大部分建筑產(chǎn)品測(cè)試和分類(lèi)都采用單體燃燒試驗(yàn)(SBI) EN13823-2002。歐盟委員會(huì)的建筑產(chǎn)品指令，要求所有歐盟會(huì)員國(guó)的使用這一標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)歸類(lèi)大部分建筑產(chǎn)品，而不是原來(lái)在每一個(gè)歐洲國(guó)家使用的傳統(tǒng)的管理方法。雖然其他試驗(yàn)方法由SBI的需要進(jìn)行分類(lèi)，但是大多數(shù)產(chǎn)品主要是不可燃的無(wú)機(jī)歸類(lèi)，所有這些主要的居住類(lèi)非地板產(chǎn)品分為A₂，B，C和D幾個(gè)等級(jí)。試樣對(duì)火的反應(yīng)可以通過(guò)監(jiān)測(cè)儀器和視覺(jué)觀察。熱量和煙霧釋放率是由儀器測(cè)量所得，物理特征則由肉眼觀察所得。

SBI對(duì)可燃制品的分級(jí)如表1-1。

表1-1 SBI對(duì)可燃制品的分級(jí)

FIGRA：  燃燒增長(zhǎng)率指數(shù)[W/s]

LFS：     火焰在試樣長(zhǎng)翼上的橫向傳播[m]

THR_600s： 試樣受火于主燃燒器zui初600s內(nèi)的總熱釋放量[MJ]

EN ISO1182:1999     建筑制品對(duì)火反應(yīng)試驗(yàn)-不燃性

EN ISO 1716:1999    建筑制品對(duì)火反應(yīng)試驗(yàn)-熱值的測(cè)定

EN ISO 11925-2:1999  建筑制品對(duì)火反應(yīng)試驗(yàn)-引燃性

設(shè)備尺寸：占地：長(zhǎng)寬高8000 X6000 X 4500（mm），房間高度高于4.8米

設(shè)備功率：交流380V 6KW

建筑材料或制品的單體燃燒試驗(yàn)裝置-GB862主要特點(diǎn)：

1、含除塵系統(tǒng)；

2、標(biāo)配不銹鋼箱體，不需用戶基建房屋；

2 試驗(yàn)原理

一般說(shuō)來(lái), 一個(gè)火災(zāi)危險(xiǎn)性試驗(yàn)方法就是一個(gè)可以用來(lái)估計(jì)材料或組件在火中暴露條件下所表現(xiàn)出性能的程序，不同的程序就導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)中不同的物理觀察和測(cè)量結(jié)果。

根據(jù)EN13823，在進(jìn)行SBI實(shí)驗(yàn)時(shí)，將兩個(gè)樣品試樣按其在實(shí)際使用時(shí)的安裝方式，使其成直角垂直安裝于小推車(chē)上，將小推車(chē)推入固定框架中，啟動(dòng)測(cè)量裝置。點(diǎn)燃安裝在與試樣夾角相對(duì)的框架柱上的輔燃燒器以測(cè)量燃燒器的熱輸出，燃燒器的熱輸出大約為(30.7±2.0)kW。試驗(yàn)到300s時(shí)將供給輔燃燒器的丙烷氣體轉(zhuǎn)供給位于試樣底角下方的主燃燒器，試樣暴露于主燃燒器火焰的試驗(yàn)時(shí)間為1260s，對(duì)試樣暴露于主燃燒器火焰1200s內(nèi)的性能進(jìn)行評(píng)估。    

排煙管道配用以測(cè)量溫度、光衰減、O₂ 和CO₂ 的摩爾分?jǐn)?shù)以及管道中引起壓力差的氣流的傳感器，這些數(shù)值是自動(dòng)記錄的并用以計(jì)算體積流速(V₂₉₈)、熱釋放速率(HRR)和產(chǎn)煙率(SPR)。通過(guò)由SBI試驗(yàn)得出的參數(shù)FIGRA(燃燒增長(zhǎng)率指數(shù)，W/s)，THR_600s(試樣在暴露于主燃燒器火焰后zui初600s內(nèi)總的熱釋放量)、SMGORA(煙氣生成速率指數(shù)，W/s)，TSP_600s(試樣在暴露于主燃燒器火焰后zui初600s內(nèi)總的煙氣生成量)以及通過(guò)肉眼觀察到的火焰是否橫向蔓延到樣品邊緣上(LFS)和有無(wú)煙氣產(chǎn)生、有無(wú)燃燒滴落物/顆粒物生成這些現(xiàn)象來(lái)對(duì)建筑產(chǎn)品進(jìn)行分級(jí)。

3 試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成與設(shè)備

SBI試驗(yàn)系統(tǒng)由燃燒室、試驗(yàn)主體裝置、燃?xì)夤?yīng)與控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等部分組成。

3.1 燃燒室

燃燒室的尺寸為3.0m×3.0m×2.4m，墻體由鋼骨架、石膏板、硅酸鈣板或根據(jù)EN13501-1劃分為A₁或A₂級(jí)別的其他類(lèi)板材建成。燃燒室的一面墻上開(kāi)有一口，開(kāi)口寬度為1470mm，高度為2450mm。同時(shí)在垂直試樣板的兩前表面正對(duì)的兩面墻上分別開(kāi)設(shè)窗口，為便于在小推車(chē)就位后能調(diào)控好SBI裝置和試樣，還需要設(shè)一道門(mén)。小推車(chē)在燃燒室就位后，和U型卡槽接觸的長(zhǎng)翼試樣表面與燃燒室墻面之間的距離為(2.1土0.l)m。該距離為長(zhǎng)翼與所面對(duì)的墻面的垂直距離。燃燒室的開(kāi)口面積(不含小推車(chē)底部的空氣人口及集氣罩里的排煙開(kāi)口)不應(yīng)過(guò)0.05m²。 如圖3-1所示，樣品采用左向或右向安裝均可(圖3-1中的小推車(chē)與垂直線成鏡面對(duì)稱(chēng)即可)。

圖3-1 SBI燃燒室設(shè)計(jì)的俯視圖(示意圖)

3.2試驗(yàn)主體裝置

試驗(yàn)主體裝置主要包括固定框架、小推車(chē)、兩個(gè)三角形砂盒燃燒器(主燃燒器和輔燃燒器)、集氣罩、排煙系統(tǒng)等。試驗(yàn)主體裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-2所示。

圖3-2 試驗(yàn)主體裝置結(jié)構(gòu)圖

小推車(chē)上安裝兩個(gè)相互垂直的試樣，在垂直角角落底部有一砂盒燃燒器，稱(chēng)為主燃燒器。同時(shí)小推車(chē)被置于固定框架中，并支撐集氣罩，同時(shí)框架上有一輔燃燒器。排煙系統(tǒng)的管道一端與集氣罩相連，集氣罩位于固定框架的頂部，用于收集燃燒產(chǎn)生的氣體。另一端與變頻風(fēng)機(jī)相連，可以在實(shí)驗(yàn)中模擬不同的通風(fēng)狀況，本實(shí)驗(yàn)中，管道體積流速控制在0.5m³/s—0.65m³/s之間。同時(shí)在排煙管道中設(shè)置一段長(zhǎng)度為2155mm的管道，稱(chēng)之為綜合測(cè)量區(qū)，配有雙向壓力探頭，K型絕緣鎧裝熱電偶，氣體取樣探頭和光系統(tǒng)等煙氣測(cè)量裝置，用于測(cè)量建材的熱釋放和產(chǎn)煙。

3.3 燃?xì)夤?yīng)與控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由供氣轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(電磁閥控制)、質(zhì)量流量控制器和點(diǎn)火檢測(cè)系統(tǒng)組成，整個(gè)控制系統(tǒng)的操作在燃燒室外的控制面板上進(jìn)行。燃?xì)夤?yīng)與控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖3-3所示。

圖3-3 燃?xì)夤?yīng)與控制系統(tǒng)圖

a)、供氣轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由三組電磁閥組成，它能控制總供氣開(kāi)關(guān)的通斷，同時(shí)能分時(shí)通斷主輔供氣開(kāi)關(guān)，從而點(diǎn)燃主輔燃燒器，主輔燃燒器切換時(shí)間應(yīng)在12s或15s之內(nèi)。

b)、質(zhì)量流量控制器用于設(shè)定并顯示實(shí)時(shí)丙烷氣體的流量，其量程要求至少為0g/s～2.3g/s，在0.6g/s～2.3g/s 內(nèi)的讀數(shù)精度為1%，質(zhì)量流量控制器通過(guò)高度PID控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)比例執(zhí)行器，反應(yīng)速度快，同時(shí)控制精度可達(dá)到±0.5%FS，能滿足控制系統(tǒng)的要求。我們選用北京七星D07-19E型質(zhì)量流量控制器，通過(guò)電腦程序顯示以毫克/秒的質(zhì)量流量讀數(shù)。

c)、點(diǎn)火檢測(cè)系統(tǒng)由高壓點(diǎn)火器和紫外線檢測(cè)器組成，高壓點(diǎn)火器能確保丙烷及時(shí)點(diǎn)燃，紫外線檢測(cè)器用于進(jìn)一步確認(rèn)點(diǎn)燃情況，通過(guò)及時(shí)在控制面板顯示警告指示，從而使性能大幅提高。3.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖3-4為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)圖，分采集和處理兩大部分，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)轉(zhuǎn)換模塊和RS485總線輸入到處理系統(tǒng)系統(tǒng)。

圖3-4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成圖

4 檢測(cè)設(shè)備與安裝

抽取的樣氣中不能含有塵埃，樣氣室里決不能有冷凝物，這需要做大量的氣體預(yù)處理工作。

氣體分析系統(tǒng)連接流程圖如圖4-1。

圖4-1 氣體分析系統(tǒng)連接流程圖

氣體取樣探頭安裝如圖4-2。

圖4-2 氣體取樣探頭

測(cè)量系統(tǒng)由以下儀器組成：

a)、氧氣分析儀應(yīng)為順磁型且至少能測(cè)量出濃度為16%～21%(V_氧氣/V_空氣)的O₂ 。氧氣分析儀的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不過(guò)12s，分析儀的漂移和噪聲均不過(guò)100×10^-6。分析儀對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出應(yīng)有100×10^-6 的zui大分辨率。

b)、二氧化碳分析儀應(yīng)至少能測(cè)量出濃度為0%～10%的CO₂。分析儀的線性度至少應(yīng)為滿量程的1%。分析儀的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不過(guò)12s。分析儀對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出應(yīng)有100×10^-6的zui大分辨率。

c)、在內(nèi)壁為315mm，外壁為400mm的管道上平均開(kāi)3個(gè)口，直徑為8-12mm，其中熱電偶為符合GB/T 16839.1要求的直徑為0.5mm的K型熱電偶，其觸電均應(yīng)位于軸線半徑為(875)mm的圓弧上，其夾角為120度。另外一只安裝在墻壁上，為符合GB/T 16839.1要求的直徑為2mm的K型熱電偶。

d)、煙密度儀為白熾光型，包括光源、透鏡系統(tǒng)和探測(cè)器，采用柔性接頭安裝在排煙管道的側(cè)管上，同時(shí)采用自吸式系統(tǒng)以保證光學(xué)器件潔凈度的要求。安裝如圖4-3。

圖4-3 煙密度儀安裝示意

這里的光源選白熾光型的燈，采用柔性接頭安裝于排煙管的側(cè)管上。透鏡系統(tǒng)用以將光聚成一直徑至少為20mm的平行光束，光電管的發(fā)光孔應(yīng)位于其前面的透鏡的焦點(diǎn)上，且其直徑(d)應(yīng)透視鏡的焦距(f)而定以使d/f小于0.04。探測(cè)器的光譜分布響應(yīng)度與CIE(光照曲線)相吻合，色度標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)V()能達(dá)到至少5%度。在至少兩位數(shù)以上的輸出范圍內(nèi)，探測(cè)器輸出范圍內(nèi)，探測(cè)器輸出的線性度應(yīng)在所測(cè)量的透光率的3%以內(nèi)或透光率的1%以內(nèi)。

e)、管道的壓差很小，我們利用壓力變送器檢測(cè)差壓，并把這個(gè)壓差轉(zhuǎn)換為成比例的電輸出。壓力變送器具有0-5VDC,0 ～ 10VDC 或4 ～ 20MA 的高電平輸出。

雙向探頭示意如圖4-4a和4-4b。

圖4-4a 雙向探頭示意

圖4-4b 雙向探頭示意

上述所有檢測(cè)設(shè)備在測(cè)量管道中的安裝示意如圖4-5。

圖4-5 煙氣測(cè)量管道剖面

5 系統(tǒng)校準(zhǔn)

試驗(yàn)設(shè)備只有先經(jīng)過(guò)系統(tǒng)校準(zhǔn)后進(jìn)行試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)才是有效的。系統(tǒng)校準(zhǔn)包括設(shè)備部件的校準(zhǔn)和系統(tǒng)響應(yīng)的校準(zhǔn)。

設(shè)備部件的校準(zhǔn)包括

▲ 氧氣分析儀的零點(diǎn)、跨度校準(zhǔn)(每個(gè)實(shí)驗(yàn)日)

▲ 二氧化碳分析儀的零點(diǎn)、跨度校準(zhǔn)(每個(gè)實(shí)驗(yàn)日)

▲ 質(zhì)量流量器校準(zhǔn)(至少每6個(gè)月一次)

▲ 氧氣分析儀的穩(wěn)定性校準(zhǔn)(至少每6個(gè)月一次)

▲ 光系統(tǒng)的穩(wěn)定性校準(zhǔn)(至少每6個(gè)月一次)

系統(tǒng)響應(yīng)的校準(zhǔn)用來(lái)確定管道流量系數(shù)Kt，包括

• 燃燒器階梯校準(zhǔn)(至少每月一次或30次試驗(yàn)后校準(zhǔn)一次)
• 庚烷校準(zhǔn)(至少每年校準(zhǔn)一次)

系統(tǒng)校準(zhǔn)的方法性原理參見(jiàn)    GB/T 20284-2006 附錄C。

系統(tǒng)校準(zhǔn)的操作方法參見(jiàn)本手冊(cè)    “7 軟件操作指南”。

6 進(jìn)行試驗(yàn)

這里表述的是試驗(yàn)的方法性原理，具體試驗(yàn)操作參見(jiàn)   “7 軟件操作指南”。

6.1試驗(yàn)操作     

(1) 將排煙管道的體積流速V₂₉₈(t)設(shè)為(0.60±0.05)m³/s。在整個(gè)試驗(yàn)期間，該體積流速應(yīng)控制在0.50m³/s至0.65m³/s的范圍內(nèi)。

(2) 記錄排煙管道中熱電偶T₁、T₂和T₃的溫度以及環(huán)境溫度T₀且記錄時(shí)間至少應(yīng)達(dá)300s。環(huán)境溫度應(yīng)在(20±10)℃內(nèi)，管道中的溫度與環(huán)境溫度相差不應(yīng)過(guò)4℃。另外還有記錄環(huán)境大氣壓力(Pa)和環(huán)境相對(duì)濕度(%)。

(3) 點(diǎn)燃兩個(gè)燃燒器的引燃火焰(如使用了引燃火焰)。試驗(yàn)過(guò)程中引燃火焰的燃?xì)夤?yīng)速度變化不應(yīng)過(guò)5mg/s。

(4) 采用計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)并自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。開(kāi)始的時(shí)間t為0s。

(5) t=(120±5)s時(shí)點(diǎn)燃輔助燃燒器，將丙烷氣體的質(zhì)量流量m_氣(t)調(diào)至(647±10)mg/s，此調(diào)整應(yīng)在t為150s前進(jìn)行。整個(gè)試驗(yàn)期間丙烷氣質(zhì)量流量應(yīng)在此范圍內(nèi) (此時(shí)，質(zhì)量流量器面板的示數(shù)應(yīng)調(diào)至19.2L/min)。

(6) t為(300±5)s時(shí)，丙烷氣體從輔助燃燒器切換到主燃燒器。觀察并記錄主燃燒器被引燃的時(shí)間。

(7) 觀察試樣的燃燒行為，時(shí)間為1260s并在記錄單上記錄數(shù)據(jù)。                   

(8) 在t ≥1560s時(shí)：停止燃燒器燃?xì)夤?yīng)并停止數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄(建議1620s停止)。

(9) 當(dāng)試樣的殘余燃燒熄滅至少1min后，應(yīng)在記錄單上記錄試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的情況。應(yīng)記錄的數(shù)據(jù)見(jiàn)6.2(4)。

(注：此燃燒控制系統(tǒng)中，丙烷的燃燒時(shí)間是PLC程序自動(dòng)控制的，用戶只需在120s時(shí)按下面板所示的“程控點(diǎn)火”按鈕，其它不需要用戶操作，系統(tǒng)會(huì)在300s時(shí)刻自動(dòng)切換主輔燃?xì)忾y，在1620s時(shí)刻自動(dòng)停止丙烷氣的供應(yīng))。                                      

6.2 人工記錄

(1) 試驗(yàn)前的情況：環(huán)境大氣壓力(Pa)以及環(huán)境相對(duì)濕度(%)。  

(2) 火焰在長(zhǎng)翼上的橫向傳播(LFS)：在試驗(yàn)開(kāi)始后的1500s內(nèi)，在500mm至1000mm之間的任何高度，持續(xù)火焰到達(dá)試樣長(zhǎng)翼遠(yuǎn)邊緣處時(shí)，火焰的橫向傳播應(yīng)予以記錄?；鹧嬖谠嚇颖砻孢吘壧幹辽俪掷m(xù)5s為該現(xiàn)象的判據(jù)。

(3) 燃燒顆粒物或滴落物：僅在開(kāi)始受火后的600s內(nèi)及僅當(dāng)燃燒滴落物/顆粒物滴落到燃燒器區(qū)域外的小推車(chē)底板(試樣的低邊緣水平面內(nèi))上時(shí)，才記錄燃燒滴落物/顆粒物的滴落現(xiàn)象。燃燒器區(qū)域定義為試樣翼前側(cè)的小推車(chē)底板區(qū)，與試樣翼之間的交角線的距離小于0.3m(見(jiàn)圖6-1)。應(yīng)記錄以下現(xiàn)象：在給定的時(shí)間間隔和區(qū)域里，滴落后仍在燃燒但燃燒時(shí)間不過(guò)10s的燃燒滴落物/顆粒物的滴落情況；在給定的時(shí)間間隔和區(qū)域里，滴落后仍在燃燒但燃燒時(shí)間過(guò)10s的燃燒滴落物/顆粒物的滴落情況。另外需在小推車(chē)的底上畫(huà)1/4圓，以標(biāo)記燃燒器區(qū)域的邊界,畫(huà)線的寬度應(yīng)小于3mm。如圖6-1。   

圖6-1 燃燒器區(qū)域示意圖

(4) 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)應(yīng)記錄以下數(shù)值：排煙管道中“綜合測(cè)量區(qū)”的透光率(%)；排煙管道中“綜合測(cè)量區(qū)”的O₂摩爾分?jǐn)?shù)；排煙管道中“綜合測(cè)量區(qū)”的CO₂摩爾分?jǐn)?shù)。

(5) 應(yīng)記錄以下現(xiàn)象：表面的燃燒現(xiàn)象；試驗(yàn)過(guò)程中，試樣生成的煙氣沒(méi)被吸進(jìn)集氣罩而從小推車(chē)溢出并流進(jìn)旁邊的燃燒室；部分試樣發(fā)生脫落；夾角縫隙的擴(kuò)展(背板間相互固定的失效)；根據(jù)6.3可用以判斷試驗(yàn)提前結(jié)束的一種或多種情況；試樣的變形或垮塌；對(duì)正確解釋試驗(yàn)結(jié)果或?qū)χ破窇?yīng)用領(lǐng)域具有重要性的所有其他情況。

6.3 試驗(yàn)的提前結(jié)束

若發(fā)生以下任一種情況，則可在規(guī)定的受火時(shí)間結(jié)束前關(guān)閉主燃燒器：

(1) 一旦試樣的熱釋放速率過(guò)350kW，或30s期間的平均值過(guò)280kW；

(2) 一旦排煙管道溫度過(guò)400℃，或30s期間的平均值過(guò)300℃；

(3) 滴落在燃燒器砂床上的滴落物明顯干擾了燃燒器的火焰或火焰因燃燒器被堵塞而熄滅。若滴落物堵塞了一半的燃燒器，則可認(rèn)為燃燒器受到實(shí)質(zhì)性干擾。

記錄停止供氣的時(shí)間以及停止供氣原因。若試驗(yàn)提前結(jié)束，則本試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。

6.4 試驗(yàn)結(jié)果的表述

a)、每次試驗(yàn)，樣品的燃燒性能采用平均熱釋放速率HRR(t)、總熱釋放量THR(t)和1000×HRR(t)/(t-300)的曲線圖表示，試驗(yàn)時(shí)間為0≤t≤1500s；還可以采用燃燒增長(zhǎng)速率指數(shù)FIGRA_0.2MJ和FIGRA_0.4MJ以及600s內(nèi)的總熱釋放量THR_600s的值以及根據(jù)6.2(2)判斷是否發(fā)生了火焰橫向傳播至試樣邊緣處(LFS)的這一現(xiàn)象來(lái)表示。

b)、每次試驗(yàn)，樣品的產(chǎn)煙性能采用SPR(t)、總產(chǎn)煙量TSP(t)和1000×SPR(t)/(t-300)的曲線圖表示，試驗(yàn)時(shí)間為0≤t≤1500s；還可以采用煙氣生成速率指數(shù)SMOGRA以及600s內(nèi)的總熱釋放量TSP_600s的值來(lái)表示。

c)、每次試驗(yàn)中關(guān)于制品的燃燒滴落物和顆粒物生成的燃燒行為，應(yīng)根據(jù)6.2(3)進(jìn)行判定。

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