PS建筑外墻保溫材料燃燒及火蔓延行為研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，能源問(wèn)題已經(jīng)成為制約社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一，而建筑能耗逐年攀升，因此建筑節(jié)能勢(shì)在必行，應(yīng)用保溫材料是建筑節(jié)能的有效方法。聚苯乙烯(PS)保溫材料具有優(yōu)良的隔熱性能，已被廣泛應(yīng)用于建筑外墻保溫。實(shí)際表明，未經(jīng)阻燃處理的PS保溫材料具有很高的火災(zāi)危險(xiǎn)性，然而，迄今人們對(duì)PS保溫材料的燃燒和火災(zāi)特性的研究還不夠深入全面，特別是該類材料的火災(zāi)特性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏，材料自身及外界因素對(duì)其火蔓延影響規(guī)律不明，缺乏合適的耦合多因素

2、影響的火蔓延理論模型。因此，十分有必要研究多參數(shù)影響下PS保溫材料的燃燒和火蔓延行為，并建立相關(guān)火蔓延理論模型。
　　本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，研究了PS保溫材料的燃燒和火蔓延特性規(guī)律，并深入分析了傾斜角度、試樣寬度、試樣厚度、環(huán)境壓力、輻射熱流強(qiáng)度、邊墻、外墻凹型結(jié)構(gòu)和防火隔離帶對(duì)燃燒和火蔓延的影響。通過(guò)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，得到PS保溫材料燃燒和火蔓延特性參數(shù)值，并得到該特性參數(shù)值隨多影響因素的變化規(guī)律。通過(guò)理論分析，建立多

3、參數(shù)耦合作用的PS保溫材料火蔓延模型，得到模型預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)趨勢(shì)。最后，將預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，驗(yàn)證模型的可靠性。
　　通過(guò)開(kāi)展錐形量熱儀測(cè)試，得到PS保溫材料的燃燒特性數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上建立了該材料的輻射點(diǎn)燃模型，該模型可用以修正因PS保溫材料受熱收縮引起的點(diǎn)燃時(shí)間的變化;另外，通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到PS保溫材料點(diǎn)燃時(shí)間平方根的倒數(shù)與輻射熱流強(qiáng)度的線性公式，進(jìn)一步得到PS保溫材料的臨界點(diǎn)燃熱流。發(fā)現(xiàn)了點(diǎn)燃時(shí)間、熱穿透厚

4、度、熱釋放速率、有效燃燒熱、火勢(shì)增長(zhǎng)指數(shù)、總釋放熱和煙氣生成速率隨輻射熱流強(qiáng)度和試樣厚度的變化規(guī)律，并分析了其中機(jī)理。
　　實(shí)驗(yàn)研究了材料寬度、傾斜角度以及熔融流動(dòng)對(duì)PS保溫材料順流火蔓延的影響規(guī)律，并建立了耦合這些影響因素的PS保溫材料順流火蔓延模型。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)傾斜角度較小時(shí)，隨著試樣寬度增加，火蔓延速度先減后增;然而，當(dāng)傾斜角度增大到一定值后，火蔓延速度隨寬度增加先增后減，該現(xiàn)象可用所建的順流火蔓延模型進(jìn)行合理解釋。通過(guò)實(shí)驗(yàn)

5、還得到表面火焰高度、池火特性及預(yù)熱區(qū)長(zhǎng)度隨材料寬度和傾斜角度的變化規(guī)律。
　　本文研究了防火隔離帶對(duì)PS保溫材料豎直順流火蔓延的影響，分析了防火隔離帶切斷火蔓延的機(jī)制，建立了數(shù)學(xué)模型，對(duì)一定材料特征長(zhǎng)度和隔離帶高度工況下，火焰能否越過(guò)隔離帶蔓延至上方進(jìn)行了預(yù)測(cè)。對(duì)于大部分工況，預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，通過(guò)實(shí)驗(yàn)還得到防火隔離帶影響下PS保溫材料火蔓延溫度場(chǎng)。研究了凹型外墻結(jié)構(gòu)下PS保溫材料豎直順流火蔓延特性，并建立了火蔓延預(yù)測(cè)模型，

6、預(yù)測(cè)得到隨結(jié)構(gòu)因子（邊墻寬度和保溫材料寬度的比值）增大，無(wú)量綱火蔓延速度（凹型結(jié)構(gòu)存在和不存在時(shí)蔓延速度的比值）隨之增大，但增率呈減小趨勢(shì)，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，但預(yù)測(cè)值略大于實(shí)驗(yàn)值。
　　實(shí)驗(yàn)研究了XPS保溫材料豎直逆流火蔓延規(guī)律及其影響因素。通過(guò)改變?cè)嚇訉挾?、厚度、邊墻結(jié)構(gòu)和環(huán)境壓力，研究了這些參數(shù)對(duì)逆流火蔓延的影響規(guī)律，得到火焰高度、質(zhì)量損失速率、材料表面和氣-固相溫度、熔融物生成速率、火蔓延速度隨各影響因素的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)

7、，逆流火蔓延速度隨保溫材料厚度增加而增大;無(wú)邊墻時(shí)逆流火蔓延速度隨寬度增加先減后增，有邊墻時(shí)逆流火蔓延速度隨寬度持續(xù)增大，且有邊墻時(shí)的逆流火蔓延速度低于無(wú)邊墻時(shí)的;常壓地區(qū)的蔓延速度大于低壓地區(qū)。綜合實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，建立了耦合上述影響因素的XPS保溫材料豎直逆流火蔓延模型，模型預(yù)測(cè)得到的火蔓延速度變化趨勢(shì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相符。
　　本文研究成果有助于預(yù)測(cè)PS外墻保溫材料火災(zāi)的發(fā)展，為評(píng)價(jià)該材料的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)提供了指導(dǎo)，進(jìn)一步為PS外