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常用有机外墙外保温系统火灾特性研究

作　者: 亓延军
导　师: 张和平
学　校: 中国科学技术大学
专　业:
关键词: 外墙外保温系统火灾特性膨胀聚苯乙烯泡沫挤塑聚苯乙烯泡沫聚氨酯硬泡锥形量热仪 ISO9705薄抹灰外墙外保温系统火蔓延危险性
分类号: TU761.12
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,国家“节能减排”政策促使了有机外墙外保温技术的迅速推广,一方面建筑节能效果显著提高,而另一方面与之配套的消防安全法规却相对滞后,大量可燃、易燃的外墙保温材料被用于建筑外墙,火灾事故时有发生,严重威胁了人民生命和财产安全。虽然公安部消防局在65号文严格限制可燃外墙保温材料的使用,但先前已有大量有机外墙外保温系统安装于外墙,造成了既有的巨大火灾隐患。因此,对建筑外墙外保温系统火灾特性的研究就凸显重要。通过对山东省外墙外保温系统(材料)生产和应用情况的统计,本文将有机外墙外保温系统归为粘贴保温板薄抹灰外墙外保温系统,胶粉浆料复合保温板外墙外保温系统,瓷砖饰面粘贴保温板外墙外保温系统和保温装饰板外墙外保温系统四个大类,而保温系统中的保温层材料包括常用的聚氨酯硬泡(RPUF)、膨胀聚苯乙烯泡沫(EPS)和挤塑聚苯乙烯泡沫(XPS)三类。本文首先对市场上常用的聚氨酯硬泡和聚苯乙烯泡沫外墙外保温材料进行了热重分析,通过等转化率和多参数非线性回归相结合的方法得到了材料的热解动力学参数并确定了其反应机理函数。进而基于动力学参数和反应机理函数,对聚氨酯硬泡材料和聚苯乙烯泡沫材料在不同温度下的寿命进行了预测。其次,基于小尺寸的锥形量热仪实验对不同外墙外保温系统防护层对抑制热穿透和热释放速率的有效性进行了研究。防护层阻止热穿透的性能主要体现在两个方面：一是对峰值温度的抑制,也即降低了系统内各层的温度；二是对升温速率的抑制,也即推迟了材料热解和达到峰值温度的时间。对于第一个方面,本文从防护层内外温差和没有防护层样品内部温度与有防护层样品相应位置的温度之差这两个参数对其进行了评测。对于第二个方面则是从系统到达阈值温度所用的时间来量化比较。防护层的存在降低了有机保温材料生成可燃气的速率,其最终结果是抑制了材料燃烧的热释放速率,对此本文从峰值热释放速率、平均有效燃烧热以及达到峰值热释放速率的时间三个方面进行了评测。为了进一步评测外墙外保温系统诸如空腔火以及聚苯乙烯泡沫融化、滴落燃烧等特殊的火行为,本文基于ISO9705实验台对应用最为广泛的薄抹灰外墙外保温系统进行大尺寸实验研究。通过测量薄抹灰系统点燃时间、热释放速率和温度,评测了防护层防火的有效性,并分析了系统空腔和材料燃烧滴落对测量结果的影响。在系统火蔓延危险性评测方面,认为火灾增长速度和火灾强烈程度是决定外墙外保温系统火蔓延危险性的关键因素。火灾增长速度用峰值热释放速率与点燃时间的比值来表征,火灾强烈程度则是用平均燃烧热来描述。以PHRR/点燃时问为横坐标,以平均燃烧热为纵坐标,绘出了二维火蔓延风险分布图,对各类外墙保温系统在不同工况下的火蔓延危险性进行了比较。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-33
  1.1 研究背景  11-26
    1.1.1 常用保温材料类别  12-14
    1.1.2 常见的外墙外保温系统构造  14-20
    1.1.3 山东省外墙外保温系统(材料)生产应用现状统计  20-24
    1.1.4 外墙外保温材料相关火灾情况统计  24-26
  1.2 国内外研究现状  26-28
    1.2.1 材料自身燃烧特性  26
    1.2.2 保温系统火灾特性研究  26-27
    1.2.3 相关测试标准  27-28
  1.3 研究目标和思路  28-29
  1.4 本文章节安排  29-31
  本章参考文献  31-33
第2章实验装置与原理  33-45
  2.1 引言  33
  2.2 标准测试装置和平台  33-39
    2.2.1 热重分析仪  33-34
    2.2.2 锥形量热仪  34-35
    2.2.3 全尺寸热释放速率实验台  35-36
    2.2.4 耗氧法测量热释放速率原理  36-39
  2.3 测量仪器及系统介绍  39-43
    2.3.1 Gardon水冷热流计  39-40
    2.3.2 热电偶测温系统  40
    2.3.3 数据采集系统  40
    2.3.4 摄像机  40-43
  本章参考文献  43-45
第3章常用有机外墙保温材料热动力学分析  45-77
  3.1 引言  45
  3.2 理论基础  45-48
    3.2.1 等转化率方法  46
    3.2.2 多参数非线性回归方法  46-48
  3.3 聚氨酯硬泡热分析  48-59
    3.3.1 聚氨酯硬泡热重分析  49-53
    3.3.2 聚氨酯硬泡热解动力学分析  53-59
  3.4 聚苯乙烯泡沫热分析  59-67
    3.4.1 聚苯乙烯泡沫热重分析  59-63
    3.4.2 聚苯乙烯泡沫热解动力学分析  63-67
  3.5 材料老化预测分析  67-71
  3.6 本章小结  71-73
  本章参考文献  73-77
第4章外墙外保温系统的锥形量热仪实验研究  77-131
  4.1 引言  77-78
  4.2 材料准备  78-82
    4.2.1 有机泡沫板  78
    4.2.2 带有防护层的外保温体系  78-82
  4.3 实验工况与测量参数  82-85
  4.4 聚氨酯硬泡类外墙外保温系统结果与讨论  85-109
    4.4.1 现象描述与分析  85-89
    4.4.2 点燃分析  89-94
    4.4.3 温度分析  94-103
    4.4.4 热释放速率分析  103-108
    4.4.5 火蔓延的相对危险性  108-109
  4.5 聚苯乙烯泡沫类外墙外保温系统结果与讨论  109-127
    4.5.1 现象描述与分析  109-113
    4.5.2 点燃分析  113-115
    4.5.3 温度分析  115-122
    4.5.4 热释放速率分析  122-126
    4.5.5 火蔓延的相对危险性  126-127
  4.6 本章小结  127-129
  本章参考文献  129-131
第5章薄抹灰外墙外保温系统的大尺寸实验研究  131-151
  5.1 引言  131
  5.2 材料准备和实验工况  131-134
  5.3 结果与讨论  134-146
    5.3.1 现象描述与分析  134-139
    5.3.2 温度分析  139-143
    5.3.3 热释放速率分析  143-145
    5.3.4 火蔓延相对危险性分析  145-146
  5.4 本章小结  146-149
  本章参考文献  149-151
第6章结论与展望  151-155
  6.1 本文主要结论  151-154
  6.2 主要成果和创新点  154
  6.3 研究展望  154-155
致谢  155-157
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  157

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