建筑材料燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性分析

【摘要】在建筑材料燃燒性能檢測中，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007《建筑材料燃燒熱值測定方法》是建筑材料燃燒性能分級的重要依據(jù)，但其試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)有一定的局限性。通過閱讀標(biāo)準(zhǔn)原文了解其等同于標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2002，查閱資料得知標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2002后經(jīng)歷2010和2018兩次更新，其燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)已趨于完善，最新標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2018對目前的燒熱熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性分析有著積極的指導(dǎo)作用。通過對歷年的標(biāo)準(zhǔn)ISO1716 的燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)原文簡析結(jié)合異常值統(tǒng)計(jì)方法（如拉依達(dá)準(zhǔn)則、格拉布斯準(zhǔn)則、狄克遜準(zhǔn)則）對建筑材料總?cè)紵裏嶂翟囼?yàn)結(jié)果對其進(jìn)行一個探討。

【關(guān)鍵詞】建筑材料； 總?cè)紵裏嶂担?試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn); 異常值統(tǒng)計(jì)方法

【中圖分類號】TU502+.5A

1 燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性分析

從國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》中可知，標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007《建筑材料燃燒熱值測定方法》是不燃材料A級制品（平板狀建筑材料及制品、鋪地材料、管狀絕熱材料）的重要分級依據(jù)（見表1）。然而通過使用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007《建筑材料燃燒熱值測定方法》后發(fā)現(xiàn)其試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理依據(jù)的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)其有效性范圍有些缺陷，有些試驗(yàn)結(jié)果不在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的有效性范圍內(nèi)。經(jīng)過深入了解標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402出處后發(fā)現(xiàn)其等同采用了標(biāo)準(zhǔn)ISO1716，之后通過研究分析標(biāo)準(zhǔn) ISO1716中歷年來的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)后，發(fā)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2018中的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍已經(jīng)趨于完善，對目前試驗(yàn)活動有著積極的指導(dǎo)意義（表1）。

2 標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007中試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)局限性

通過表2可以了解到標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007（等同ISO 1716：2002）中試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)中對于勻質(zhì)材料有效性范圍只涉及 0～3.2 MJ/kg一個小的范圍，而對于處理小于0 MJ/kg和大于3.2 MJ/kg的試驗(yàn)結(jié)果沒有涉及，同樣對于非勻質(zhì)材料也只涉及0～4.1 MJ/m2 這樣一個小范圍，對于處理小于0 MJ/m2和大于4.1 MJ/m2的試驗(yàn)結(jié)果也同樣沒有涉及。因此在日常的檢測工作中對于一些超出有效性范圍的低熱值及高熱值的建材及制品的試驗(yàn)結(jié)果處理沒有切實(shí)的依據(jù)。例如檢測工作中發(fā)現(xiàn)一些熱值較大建筑材料如改性酚醛板材、EPS板材、XPS板材等制品的熱值試驗(yàn)結(jié)果偏差都相對較大，在對兩組備樣進(jìn)行試驗(yàn)處理數(shù)據(jù)后，試驗(yàn)結(jié)果的偏差值較大，依舊不能滿足現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 ISO 1716試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)歷年來完善過程

（1）ISO 1716：1973試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)：試樣數(shù)目和重復(fù)試驗(yàn)差值：熱值試驗(yàn)共需3個平均試樣。每兩個平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果差值不得大于167 kJ/kg，否則試驗(yàn)應(yīng)重做。

（2）ISO 1716：2002試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)等同于標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007，其試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)參考表2。

（3）ISO 1716：2010試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)（表3）。

（4）ISO 1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)（表4）。

通過上述ISO1716中試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)在1973、2002、2010、2018年的變化可知，標(biāo)準(zhǔn)隨著建筑材料日新月異的更新，其結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)也不斷地自我完善，至ISO1716：2018版本的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)可以覆蓋到所有試驗(yàn)結(jié)果，處理依據(jù)也有了相應(yīng)的明確和清晰地描述，這對試驗(yàn)人員在今后的檢測工作有著積極的指導(dǎo)作用。

4 常見建筑材料總?cè)紵裏嶂导坝行苑治?/p>

4.1 試驗(yàn)原理

試驗(yàn)是根據(jù)由試樣劇烈燃燒所釋放的熱量導(dǎo)致氧彈溫度的升高，氧彈將熱量傳遞給周圍的水使水溫升高，利用經(jīng)校準(zhǔn)的蒸餾水熱容量，計(jì)算單位質(zhì)量試樣的熱釋放量，即得總?cè)紵裏嶂担≒SC）。測量裝置為氧彈量熱儀（圖1），其類型分為絕熱式氧彈量熱儀和恒溫式氧彈量熱儀兩種，兩種氧彈量熱儀的區(qū)別在于絕熱式氧彈量熱儀外桶水溫隨內(nèi)桶水溫變化而變化，試驗(yàn)期間避免了內(nèi)外桶之間的熱交換問題，不需要考慮內(nèi)外桶之間熱交換的問題，而恒溫式氧彈量熱儀的外桶處于恒定的溫度環(huán)境中，在試驗(yàn)時內(nèi)桶溫度升高，而外桶溫度不變從而形成了內(nèi)外桶間的熱交換，需要考慮內(nèi)外桶間的熱交換問題，在計(jì)算總?cè)紵裏嶂禃r要對此時發(fā)生的熱交換進(jìn)行修正，其計(jì)算公式如式（1）。

圖1 燃燒熱值試驗(yàn)裝置

P=E（T_m-T_i+c）-b／m（1）

式中：PCS為總熱值，（MJ/kg）；E為量熱儀、氧彈及其附件和氧彈內(nèi)水的水當(dāng)量，（MJ/K）；T_i為起始溫度，（K）；Tm為最高溫度，（K）；b為試驗(yàn)中所用助燃物（包括點(diǎn)火絲、棉線、香煙紙、苯甲酸等）燃燒熱值的修正值，（MJ）（除非已知助燃物的燃燒熱值，否則必須對其進(jìn)行測量）；c為與外部進(jìn)行熱交換的溫度修正值，（K）；m為試樣的質(zhì)量，（kg）。

建筑設(shè)備與建筑材料呂長東： 建筑材料燃燒熱值試驗(yàn)結(jié)果有效性分析

4.2 儀器設(shè)備

本次試驗(yàn)采用型號為ZY6234-PC恒溫式氧彈量熱儀，儀器設(shè)備在校準(zhǔn)期內(nèi)能滿足試驗(yàn)要求。

4.3 試樣制備

4.3.1 取樣

樣品應(yīng)具有代表性，對勻質(zhì)制品或非勻質(zhì)制品的被測組分，任意截取至少5個樣塊作為試樣。若被測組分為勻質(zhì)制品或非勻質(zhì)制品的主要成分，則樣塊最小質(zhì)量為50 g。若被測 組分為非勻質(zhì)制品的次要成分，則樣塊最小質(zhì)量為10 g。對于松散填充材料，從制品上任意截取最小質(zhì)量為50 g的樣塊作為試樣；對于含水制品，將制品干燥后任意截取最小質(zhì)量為10 g的樣塊作為試樣。

4.3.2 制樣方法

通過研磨能得到細(xì)粉末樣品時，應(yīng)以坩鍋法制備試樣。如果通過研磨不能得到細(xì)粉末樣品，或以坩鍋試驗(yàn)時試件不能完全燃燒，應(yīng)采用“香煙”法制備試樣。

（1）坩堝試驗(yàn)制樣法：將稱量好的試樣和苯 甲酸混合物放入坩堝中，將點(diǎn)火絲連接到兩個電極上，調(diào)節(jié)點(diǎn)火絲的位置使其與坩堝內(nèi)的試樣接觸良好。

（2）“香煙”制樣法：先將稱量好的點(diǎn)火絲穿入心軸至其中心，用已稱量的“香煙紙”將心軸包裹，并將其邊緣重疊處用膠水粘結(jié)。紙的一端與點(diǎn)火絲擰在一起，將裹有“香煙紙”的心軸放入模具中，取出心軸后，固定“香煙紙”在模具中 的位置，準(zhǔn)備裝填試樣；將稱量好的樣品和苯甲酸的混合物放入“香煙紙”，從模具中拿出裝有試樣和苯甲酸混合物的“香煙紙”，分別將“香煙紙”兩端擰在一起，制成香煙狀樣品；將包裹了樣品的“香煙”稱量后放入坩堝中，同時將點(diǎn)火絲緊密地包裹纏繞在電極線上。

4.3.3 數(shù)量要求

試驗(yàn)用試樣和苯甲酸的質(zhì)量均為0.5 g（對于熱值相較高及易燃燒的物質(zhì)選擇不加苯甲酸進(jìn)行助燃，如酚醛板、EPS板等），必要時應(yīng)稱量點(diǎn)火絲、棉線和“香煙紙”。一般要求對3個試樣進(jìn)行試驗(yàn)。如果試驗(yàn)結(jié)果不能滿足有效性要求，則需對另外2個試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

4.3.4 狀態(tài)調(diào)節(jié)

試驗(yàn)前，將粉末試樣、苯甲酸和“香煙紙”按照EN 13238的要求進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。

4.4 試驗(yàn)

本次研究對13種現(xiàn)行的常見建筑材料進(jìn)行試驗(yàn)（表5），試驗(yàn)后對每種材料的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效性分析。

從表5可知，按照現(xiàn)行GB/T 14402-2007（ISO 1716：2002）中試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)結(jié)果分析1號、2號、3號、12號、13號樣品試驗(yàn)結(jié)果均不在標(biāo)準(zhǔn)的有效性范圍內(nèi)，對其結(jié)果有效性判別沒有依據(jù)。所以在這里參考ISO 1716：2018完善后的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)則對表5中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行有效性分析，分析后可以發(fā)現(xiàn)3號、11號樣品的試驗(yàn)結(jié)果不能滿足ISO 1716：2018有效性標(biāo)準(zhǔn)要求（表6）。

接下來分別對3號、11號樣品兩個備樣進(jìn)行試驗(yàn)（表7）。

參考ISO1716：2018中有效性標(biāo)準(zhǔn)知3號和11號樣品在追加兩個備樣試驗(yàn)后，其試驗(yàn)結(jié)果有效性滿足要求。

5 異常值統(tǒng)計(jì)方法對試驗(yàn)結(jié)果的有效性分析

（1）在本節(jié)里通過異常值的統(tǒng)計(jì)方法對標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007（ISO 1716：2002）中的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)之外樣品的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判別和分析。

（2）在試驗(yàn)過程中常用判別試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否異常值的統(tǒng)計(jì)

方法有三種：拉依達(dá)準(zhǔn)則、格拉布斯準(zhǔn)則、狄克遜準(zhǔn)則。拉依達(dá)準(zhǔn)則對測量次數(shù)有嚴(yán)格要求測量次數(shù)n≤10時不適合使用，而格拉布斯準(zhǔn)則和狄克遜準(zhǔn)則準(zhǔn)則適用于測量次數(shù)n≥3的情形。所以本次對試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程選用格拉布斯準(zhǔn)來進(jìn)行驗(yàn)證。

（3）格拉布斯準(zhǔn)：設(shè)在一組重復(fù)觀測值xi中，xi其相對于平均值的殘差vi的絕對值|vi|的最大者為可疑者xd，當(dāng)給定包含概率為p=0.99或p=0.95，也就是顯著水平α=1-p（即α為0.01或0.05）時，如果滿足下式（2），可以判定xd為異常值。（本次數(shù)據(jù)處理過程中包含概率取p=0.95即顯著水平α為0.05，n取3）。

|xd-|／s≥G（α，n）

式中：G（α，n）為與顯著水平α和重復(fù)觀測次數(shù)n有關(guān)的格拉布斯臨界值。

通過表8對GB/T 14402-2007（ISO 1716：2002）中的試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)之外的試驗(yàn)樣品1號、2號、3號、12號、13號的統(tǒng)計(jì)分析，均不存在異常值，試驗(yàn)結(jié)果均有效。

6 結(jié)論

從上述的常見建筑材料總?cè)紵裏嶂翟囼?yàn)結(jié)果有效性分析中可知，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14402-2007（ISO1716：2002 ）中的有效性標(biāo)準(zhǔn)不能有效分析對于本次研究中1號、2號、3號這樣總?cè)紵裏嶂档陀诹愕脑囼?yàn)結(jié)果低于零及12號、13號總?cè)紵裏嶂翟囼?yàn)結(jié)果過高的建筑材料，其試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)無法給予判定的情況下，最新標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)對于處理超出范圍的試驗(yàn)結(jié)果給予一定的參考價(jià)值。而通過標(biāo)準(zhǔn)ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)和異常值統(tǒng)計(jì)方法對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/ 14402-2007（ISO1716：2002）中的有效性標(biāo)準(zhǔn)之外的試驗(yàn)結(jié)果分析，可以發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)樣品3（水泥基泡沫保溫板）試驗(yàn)結(jié)果在不滿足ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)情況下其通過異常值統(tǒng)計(jì)方法對分析后發(fā)現(xiàn)其試驗(yàn)結(jié)果并無異常值，其結(jié)果是有效的。

通過上述本次試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)對于處理現(xiàn)行GB/T 14402-2007（ISO 1716：2002）有效性標(biāo)準(zhǔn)之外的試驗(yàn)結(jié)果（1號、2號、3號、12號、13號試樣），采用異常值統(tǒng)計(jì)方法相較ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)更為寬松些，即滿足ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)結(jié)果無異常，而不滿足ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)結(jié)果其試驗(yàn)結(jié)果也有可能無異常（如本文中的3號試樣）。因此是否可以采用以下步驟對現(xiàn)行有效性標(biāo)準(zhǔn)之外的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判定和處理：①先參考ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)對結(jié)果進(jìn)行分析，如果試驗(yàn)結(jié)果滿足ISO1716：2018試驗(yàn)結(jié)果有效性標(biāo)準(zhǔn)，則結(jié)果有效。②如果不滿足，再通過異常值統(tǒng)計(jì)方法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，無異常值試驗(yàn)結(jié)果也是有效的。③若出現(xiàn)異常值則按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行剩余兩組備樣的試驗(yàn)，去掉最大最小值后對于剩余三個試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)步驟1和2來對結(jié)果進(jìn)行判定。

參考文獻(xiàn)

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