建筑用防火門耐火性能理論與試驗分析

張正　胡海濱　錢海帆　盧文斌

（廣東產品質量監督檢驗研究院　廣東　廣州　510330）

建筑用防火門耐火性能理論與試驗分析

張正胡海濱錢海帆盧文斌

（廣東產品質量監督檢驗研究院廣東廣州510330）

通過Warrington防火構件試驗爐對不同材質的防火門進行耐火試驗，對結果進行了研究，結果表明：防火門的不同外表材質對耐火性能的影響較小；耐火性能主要受門芯填充物影響；并結合相關理論，推導耐火性能計算公式，運用實測數據計算，結果表明，理論值與試驗值相符。

防火構件試驗爐；防火門；耐火性能；理論值

防火門是建筑物水平防火分區的主要構件，廣泛應用于高層建筑、醫院、大型商場、倉庫、廠房、地下車庫、酒店等人員密集場所。它們是預防火災蔓延，降低火災損失的重要消防工具，防火門在我國已經有了多年的應用與發展，經過多年來的開發研究，從原材料、五金配件到結構、門型、門芯等方面都有了很大的提高，在保障人民生命財產安全，減輕火災損失方面發揮了重要作用[1]，防火門作為公認的能有效阻止火勢的被動式防火裝置，一般發生火災時，防火門能將高溫和濃煙限制在某一特定區域內，使火勢不能迅速蔓延。所以防火門耐火性能的優劣在建筑發生火災的救援中起著關鍵性作用[2～3]。

耐火性能作為評價防火門質量的重要指標，筆者結合近幾年對防火門的質量檢驗發現，市場和施工領域使用的產品質量堪憂。耐火性能達不到標準要求比例較高，本研究以單扇防火門為例，結合相關的理論知識，對防火門的耐火性能的理論計算公式進行推導，結合近幾年防火門實際的檢測檢驗工作，旨為建筑用防火門的研發、生產和使用過程提供一些依據和參考。

1　防火門的分類及技術要求

防火門是指按照《建筑構件耐火試驗方法第1部分：通用要求》（GB/T9978.1-2008）檢測，耐火性能達到《防火門》（GB12955-2008）表1要求的門。

（1）按防火門的開啟方式將防火門分為閉式防火門和開式防火門兩種。

（2）根據構成防火門框、門扇骨架、門扇面板的材料將防火門分為鋼質防火門、木質防火門、鋼木質防火門及其他材質防火門[4～5]。

（3）按照門的耐火性能分類，依據《防火門》（GB12955-2008）的要求，防火門可以分為隔熱防火門（A類fullyinsulateddoorsets）、部分隔熱防火門（B類partially insulated door sets）、非隔熱防火門（C類no insulated door sets）三種。

（4）依據《防火門》（GB12955-2008）防火門的耐火性能可分為A類、B類和C類，即隔熱性防火門、部分隔熱防火門和非隔熱防火門三類，詳見《防火門》（GB12955-2008）表1所示[6～7]。

2　耐火性能理論推導

防火門的耐火性能采用建筑構件耐火試驗爐（豎爐）進行試驗，為了盡量使防火門受到與實際火災相似的火焰作用，耐火試驗采用明火加熱，且建筑構件耐火試驗爐內溫度隨時間變化而變化，并受T=345log（8t+1）+20函數關系控制，式中T為爐內的平均溫度，單位為攝氏度（℃）；t為時間，單位為分鐘（min）。

根據GB12955-2008防火門對A類甲級防火門耐火性能的要求，由圖1可知，在正常耐火試驗進行90min時，對應的標準爐內溫度約為1000℃；根據GBT9978.1-2008可知耐火極限判斷條件，在規定的試驗時間內，防火門應滿足以下要求：①不喪失完整性：包括試件背火面出現火焰燃燒并持續燃燒時間未超過10s，竄過門縫的火焰未點燃棉墊，試件未垮塌；②不喪失隔熱性：包括試件背火面的平均溫升未超過平均溫度140℃，試件背火面任一點位置的溫度溫升未超過初始溫度（包括移動熱電偶）180℃，門框溫升未超過360℃。由此，根據GB12955-2008、GB/ T7633-2008和相關理論知識[8～9]，以防火門的背火面溫度為判斷參數，推導防火門隔熱性能的理論計算公式。

式中：η-修正系數，η=1.37；Tb-防火門背火面溫度，℃；T1、T2爐內空氣溫度、爐外空氣溫度，℃；κ1、κ2-防火門扇內、外表面的傳熱系數，W/（m2·K）；λ-材料的導熱系數，W/（m·K）；δ-材料厚度，m；n-材料層數。

3　試驗部分

耐火性能（也稱耐火極限）包括耐火隔熱性和耐火完整性，耐火隔熱性是指在標準耐火試驗條件下，建筑構件當某一面受火時，在一定時間內背火面溫度不超過規定溫度極限值的能力；耐火完整性是指在標準耐火試驗條件下，建筑構件當某一面受火時，在一定時間內阻止火焰和熱氣穿透或在背火面出現火焰的能力。Warrington防火構建試驗爐系統流程如圖1所示，實物圖如圖2所示。

圖1　Warrington防火構建試驗爐系統流程圖

本文以《建筑構件耐火試驗方法第1部分：通用要求》（GB/ T9978.1-2008）和《防火門》（GB12955-2008）為依據，對不同防火門進行測試，并對測試結果進行比對分析，同時也采用防火門隔熱性能理論公式進行計算，對其隔熱性能進行評價。

（1）本次鋼質防火門（內填充為珍珠巖）按照A1.50（甲級）進行測試，圖2為鋼質防火門耐火試驗過程標準溫度和爐內平均溫度隨時間的變化；圖3為鋼質防火門耐火試驗過程背火面不同測點溫度及平均溫度隨時間的變化，試驗開始時，環境溫度為28℃。

（2）本次木質防火門（內填充為珍珠巖）按照A1.50（甲級）進行測試，圖4為木質防火門耐火試驗過程標準溫度和爐內平均溫度隨時間的變化；圖5為木質防火門耐火試驗過程背火面不同測點溫度及平均溫度隨時間的變化，試驗開始時，環境溫度為22℃。

圖2　標準溫度和爐內平均溫度隨時間的變化圖

圖3　背火面溫度及平均溫度隨時間的變化圖

圖4　標準溫度和爐內平均溫度隨時間的變化

（3）按照A1.50（甲級）分別對具有和3.1鋼質防火門具有相同外表材質的防火門（內填充材料分別為巖棉、玻璃棉）進行測試，鋼質防火門（內填充玻璃棉）進行到56min時，出現燒穿、背火面竄火，背火面的最高溫升達到248.5℃；鋼質防火門（內填充巖棉）進行到77min時，背火面最高溫升首次超過180℃，達到了185.6℃。

4　結果與分析

（1）從圖3～5可得知，木質防火門（內填充珍珠巖）的背火面最高溫度為116.9℃，背火面平均最高溫度為87.5℃；鋼質防火門（內填充珍珠巖）背火面的最高溫度為132.3℃；背火面平均最高溫度為96.7℃。試驗過程中，兩類防火門都沒出現坍塌、燒穿、背火面竄火等不合格項。木質防火門的外表為經阻燃處理的杉木板，鋼質防火門的外表為厚約2mm的鋼板。兩種防火門都進行A1.50（甲級）試驗。

圖5　背火面溫度及平均溫度隨時間的變化圖

結果表明，兩類防火門都達到了A1.50（甲級）的耐火性能的要求，背火面的平均溫升都低于140℃，背火面的最高溫升都低于180℃；兩類防火門的不同外表材質對耐火性能的影響較小；從圖7中看出，由于木質防火門表面飾面膠合板阻燃處理較差或者未使用經過阻燃處理的飾面板，在爐內助燃，導致實測爐內溫度在試驗開始的13min內急劇上升，與標準爐內溫度有很大偏離；由于飾面板燃燒殆盡，在13～20min內，實測爐內溫度又逐漸下降，滿足標準要求的偏離區間。

（2）圖3和圖4對應的為鋼制單扇防火門，膨脹珍珠巖板厚度δ=41mm，防火板厚度δ=5.2mm，防火門表面鋼板厚度為1.4mm；膨脹珍珠巖板導熱系數λ≤0.094W/（m·K），采用導熱系數測試儀測定可知，防火門表面鋼板傳熱系數κ1、κ2為33.8W/（m2·K），防火板等的導熱系數取0.164W/（m·K）。由于材料的導熱系數越大，其導熱性能（傳熱性能）越好，相對應其隔熱性能越差，所以，計算中所用各種材料的導熱系數，均取最高值進行計算，λ=0.094W/（m·K），本次試驗時候，防火門背火面初始溫度為28℃。

根據標準時間溫度曲線可知，90min時，爐內溫度T1= 1000℃，將參數代入公式1中，計算出背火面溫度Tb=102.8℃，對應防火門背火面平均溫度為96.7℃，最高溫度為132.3℃，理論計算的背火面溫度滿足GB12955-2008防火門中A1.50（甲級）的要求，理論計算值與實測值相吻合。

（3）圖5和圖6對應的為木質單扇防火門，膨脹珍珠巖板厚度δ=43mm，防火板厚度δ=5.5mm，飾面膠合板厚度為2.9mm；膨脹珍珠巖板導熱系數λ≤0.094W/（m·K），采用導熱系數測試儀測定可知，飾面膠合板傳熱系數κ1、κ2為30.4W/（m2· K），膠合板和防火板的導熱系數取0.211W/（m·K）。由于材料的導熱系數越大，其導熱性能（傳熱性能）越好，相對應其隔熱性能越差，所以，計算中所用各種材料的導熱系數，均取最高值進行計算，λ=0.094W/（m·K），本次試驗時候，防火門背火面初始溫度為22℃。

根據標準時間溫度曲線可知，90min時，爐內溫度T1= 1000℃，將參數代入公式1中，計算出背火面溫度Tb=97.6℃，對應防火門背火面平均溫度為87.5℃，最高溫度為116.9℃，理論計算的背火面溫度滿足GB12955-2008防火門中A1.50（甲級）的要求，理論計算值與實測值相吻合。

（4）對比3.1、3.2和3.3可得知，影響防火門的主要因素在于內填充材料，試驗結果表明，耐火性能最佳的防火門依次為，鋼質防火門（內填充珍珠巖）和木質防火門（內填充珍珠巖051）、鋼質防火門（內填充巖棉）、鋼質防火門（內填充玻璃棉）。

本文以不同材質的單扇防火門耐火試驗為基礎，分析不同材質的防火門的耐火性能差異，并運用理論公式對其耐火性能進行了評價，理論值與實測值相符合，為防火門的研發、生產、檢測等提供了依據，有助于提高防火門產品的性能。

[1]劉志鵬，陳英杰，張正，李博.防火門和防火卷簾的耐火性能分析[J].廣東科技，2012（6）：246～247.

[2]楊笛.新型防火門芯板的研制[J].門窗，2008（4）：49～51.

[3]付利民.木質防火門制造工藝簡述[J].家具與室內裝飾，2005（8）：74～75.

[4]《鋼質防火門通用技術條件》（GB 12955-1991）[S].

[5]《建筑構件耐火試驗方法-第1部分：通用要求》（GBT 9978-2008）[S].

[6]《防火門》（GB 12955-2008）[S].

[7]《門和卷簾的耐火試驗方法》（GB/T7633-2008）[S].

[8]王補宣.工程傳熱傳質學（上）[M].北京：科學出版社，1998.

[9]楊世銘，陶文銓.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，1998.

TU892

A

1673-0038（2015）17-0118-03

2015-4-6

張正（1982-），男，漢族，工程師，碩士，主要從事防火構件與防火材料檢測工作。