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(yè)研究所有限公司,廣州 510663;(2.廣東省材料與構(gòu)件防火檢測技術(shù)企業(yè)重點實驗室,廣州 510663)
GB50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(以下簡稱“建規(guī)”)中規(guī)定同一建筑內(nèi)設(shè)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(gòu)件將建筑物內(nèi)部空間加以分隔,可在一定時間內(nèi)限制火災于起火區(qū),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(gòu)件、配件或者結(jié)構(gòu)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(zhì)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(gòu)件。非承重輕質(zhì)防火隔墻的種類有很多,而發(fā)泡陶瓷板是近年來進入市場的一種新型墻體材料。發(fā)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(chǎn)工藝和發(fā)泡技術(shù)經(jīng)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(shù)小,抗老化,性能穩(wěn)定,生態(tài)環(huán)保性好,與墻基層和抹面層相容性好,安全穩(wěn)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(fā)泡陶瓷板的耐火性能進行研究。
試驗將使用三種不同厚度的發(fā)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(gòu)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。
1)GB/T 9978.8—2008《建筑構(gòu)件耐火試驗方法第8部分:非承重垂直分隔構(gòu)件的特殊要求》;
2)GB/T 9978.1—2008《建筑構(gòu)件耐火試驗方法第1部分:通用要求》。
1)爐溫 試驗按照 GB/T 9978.1中規(guī)定的標準時間-溫度曲線進行升溫。
2)爐壓 該墻體為垂直構(gòu)件,耐火試驗過程中的爐壓控制按照 GB/T 9978.1 的規(guī)定,在試驗爐內(nèi)的試件頂部壓力不應超過 20 Pa。
按照 GB/T 9978.1、GB/T 9978.8 中有關(guān)背火面平均溫度和最高溫度熱電偶布置的規(guī)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(qū)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(jié)果按照 GB/T 9978.1、GB/T 9978.8 中有關(guān)耐火性能判定準則進行耐火完整性和耐火隔熱性的判定。
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。
1)1#試件耐火試驗進行到7 min 13 s時,背火面出現(xiàn)裂紋,耐火裝置內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)裂紋;試驗進行到10 min時,耐火裝置內(nèi)出現(xiàn)爆鳴;試驗進行到20 min 2 s時,背火面出現(xiàn)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(xiàn)裂紋;試驗進行到10 min 13 s時,耐火裝置內(nèi)出現(xiàn)爆鳴;試驗進行到26 min 44 s時,背火面出現(xiàn)Ф25 mm的探棒能夠穿過的空洞,試件失去耐火完整性。
通過對比三個不同厚度發(fā)泡陶瓷板樣品的耐火極限試驗結(jié)果,發(fā)現(xiàn)樣品厚度越厚,耐火極限時間越長,試件出現(xiàn)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(fā)現(xiàn),無論是試件的受火面,還是背火面,試驗過程中都會持續(xù)出現(xiàn)爆鳴。
分析其原因,發(fā)現(xiàn)干燥收縮和溫度變化引起發(fā)泡陶瓷板的熱脹冷縮是墻體開裂或穿孔的主因。發(fā)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(jié)而成,并且為了減輕材料的自重而進行發(fā)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(nèi)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(qū)域產(chǎn)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(fā)泡材料具有明顯的脆性性質(zhì),在生產(chǎn)和運輸過程中,因震動會產(chǎn)生細微的裂縫,在耐火極限測試過程中同樣也會逐步顯現(xiàn)出肉眼可見的裂縫。
由于發(fā)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(fā)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(fā)泡陶瓷板的組成結(jié)構(gòu),比如發(fā)泡陶瓷板+輕質(zhì)隔墻板+發(fā)泡陶瓷板等等;③在發(fā)泡陶瓷板表面涂一定厚度的防火涂料。
a.發(fā)泡陶瓷板隔墻的厚度與耐火極限成正相關(guān),厚度越大,耐火極限越大。
b.發(fā)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(fā)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(chǎn)生爆裂或穿孔。
c.提高發(fā)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(gòu)造,在表面涂刷防火涂料等方式實現(xiàn)。