PS建筑外墻保溫材料燃燒及火蔓延行為研究.pdf

1、進入21世紀以來，能源問題已經成為制約社會可持續(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)能勢在必行，應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，已被廣泛應用于建筑外墻保溫。實際表明，未經阻燃處理的PS保溫材料具有很高的火災危險性，然而，迄今人們對PS保溫材料的燃燒和火災特性的研究還不夠深入全面，特別是該類材料的火災特性基礎數據缺乏，材料自身及外界因素對其火蔓延影響規(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影響下PS保溫材料的燃燒和火蔓延行為，并建立相關火蔓延理論模型。
　　本文通過實驗研究和理論分析相結合的方法，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、輻射熱流強度、邊墻、外墻凹型結構和防火隔離帶對燃燒和火蔓延的影響。通過開展實驗，得到PS保溫材料燃燒和火蔓延特性參數值，并得到該特性參數值隨多影響因素的變化規(guī)律。通過理論分析，建立多

3、參數耦合作用的PS保溫材料火蔓延模型，得到模型預測值或者預測趨勢。最后，將預測結果和實驗結果相比較，驗證模型的可靠性。
　　通過開展錐形量熱儀測試，得到PS保溫材料的燃燒特性數據，在此基礎上建立了該材料的輻射點燃模型，該模型可用以修正因PS保溫材料受熱收縮引起的點燃時間的變化;另外，通過理論分析和實驗數據擬合得到PS保溫材料點燃時間平方根的倒數與輻射熱流強度的線性公式，進一步得到PS保溫材料的臨界點燃熱流。發(fā)現(xiàn)了點燃時間、熱穿透厚

4、度、熱釋放速率、有效燃燒熱、火勢增長指數、總釋放熱和煙氣生成速率隨輻射熱流強度和試樣厚度的變化規(guī)律，并分析了其中機理。
　　實驗研究了材料寬度、傾斜角度以及熔融流動對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。實驗發(fā)現(xiàn)，當傾斜角度較小時，隨著試樣寬度增加，火蔓延速度先減后增;然而，當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行合理解釋。通過實驗

5、還得到表面火焰高度、池火特性及預熱區(qū)長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制，建立了數學模型，對一定材料特征長度和隔離帶高度工況下，火焰能否越過隔離帶蔓延至上方進行了預測。對于大部分工況，預測結果和實驗結果相符，通過實驗還得到防火隔離帶影響下PS保溫材料火蔓延溫度場。研究了凹型外墻結構下PS保溫材料豎直順流火蔓延特性，并建立了火蔓延預測模型，

6、預測得到隨結構因子（邊墻寬度和保溫材料寬度的比值）增大，無量綱火蔓延速度（凹型結構存在和不存在時蔓延速度的比值）隨之增大，但增率呈減小趨勢，這與實驗結果一致，但預測值略大于實驗值。
　　實驗研究了XPS保溫材料豎直逆流火蔓延規(guī)律及其影響因素。通過改變試樣寬度、厚度、邊墻結構和環(huán)境壓力，研究了這些參數對逆流火蔓延的影響規(guī)律，得到火焰高度、質量損失速率、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;無邊墻時逆流火蔓延速度隨寬度增加先減后增，有邊墻時逆流火蔓延速度隨寬度持續(xù)增大，且有邊墻時的逆流火蔓延速度低于無邊墻時的;常壓地區(qū)的蔓延速度大于低壓地區(qū)。綜合實驗研究和理論分析，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，模型預測得到的火蔓延速度變化趨勢和實驗結果基本相符。
　　本文研究成果有助于預測PS外墻保溫材料火災的發(fā)展，為評價該材料的火災風險提供了指導，進一步為PS外