不同厚度發(fā)泡陶瓷板的耐火極限分析

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yīng)進(jìn)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(zāi)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(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行研究。

1 樣品的選取

試驗(yàn)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(yàn)框架，墻板與墻板間以填縫料進(jìn)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(jī)礦物棉填塞。試驗(yàn)時，隨機(jī)選擇其中一面作為試驗(yàn)受火面。

2 耐火試驗(yàn)條件

2.1 試驗(yàn)依據(jù)

1)GB/T 9978.8—2008《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)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(yàn)方法第1部分：通用要求》。

2.2 試驗(yàn)條件

1)爐溫 試驗(yàn)按照 GB/T 9978.1中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時間-溫度曲線進(jìn)行升溫。

2)爐壓 該墻體為垂直構(gòu)件，耐火試驗(yàn)過程中的爐壓控制按照 GB/T 9978.1 的規(guī)定，在試驗(yàn)爐內(nèi)的試件頂部壓力不應(yīng)超過 20 Pa。

2.3 試驗(yàn)背火面溫度測點(diǎn)布置

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(biāo)準(zhǔn)布置在試件背火面的7個位置。

耐火試驗(yàn)結(jié)果按照 GB/T 9978.1、GB/T 9978.8 中有關(guān)耐火性能判定準(zhǔn)則進(jìn)行耐火完整性和耐火隔熱性的判定。

3 試驗(yàn)圖片及數(shù)據(jù)

分別對三組樣品進(jìn)行耐火極限試驗(yàn)，試件背火面熱電偶布點(diǎn)均如圖1所示。

試驗(yàn)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。

3.1 耐火試驗(yàn)過程分析

1)1#試件耐火試驗(yàn)進(jìn)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(yàn)進(jìn)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(yàn)進(jìn)行到6 min 48 s時，背火面出現(xiàn)裂紋；試驗(yàn)進(jìn)行到10 min時，耐火裝置內(nèi)出現(xiàn)爆鳴；試驗(yàn)進(jìn)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(yàn)進(jìn)行到8 min 14 s時，背火面出現(xiàn)裂紋；試驗(yàn)進(jìn)行到10 min 13 s時，耐火裝置內(nèi)出現(xiàn)爆鳴；試驗(yàn)進(jìn)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。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果比對分析

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(yàn)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(diǎn)也越晚，背火面的整體升溫速率也越慢。同時，在試驗(yàn)過程中也發(fā)現(xiàn)，無論是試件的受火面，還是背火面，試驗(yàn)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(jìn)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(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)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(yīng)力，隨著應(yīng)力的不斷增大，最終超過材料本身所能承受的程度，故而導(dǎo)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(yùn)輸過程中，因震動會產(chǎn)生細(xì)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(diǎn)考慮①發(fā)泡陶瓷板原料里摻進(jìn)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。

4 結(jié) 論

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(yīng)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(shí)現(xiàn)。