聚苯乙烯泡沫芯材的燃烧特性及其在火灾事故原因调查中的应用

分别记为Ａ１ｌ一６１和Ｂ１１—６１，距板材下边缘分别为 ｏ．２ｍ和ｏ．３ｍ；Ａ／Ｂｌｌ和Ａ／Ｂ６１距板材两侧边缘 均为０．１ｍ，Ａ／Ｂｌｌ一３ｌ和Ａ／Ｂ５ｌ一６ｌ点间间距均为 ｏ．１ｍ，Ａ／Ｂ３１—４１和Ａ／Ｂ４１ ５ｌ点问间距分别为
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ｏ．３ｍ和ｏ．２ｍ。每根热电偶直径为ｏ．５ｍｍ，响应时 间小Ｆ ｏ．５秒，配合数据采集系统，可以使得信号精
（２）火灾调查分析表明，某乳液公司冷库火灾的 起火部位位于北冷库顶部从西向东数第七至第九跨 之间偏北处，火灾原因为照明电气线路短路引燃保 温材料（ＥＰＳ），证实了ＥＰｓ芯材的失控燃烧和内部 快速热传播（热量最快２ｓ传播ｌｃｍ）为火灾蔓延的 主要原因。
（３）通过某乳液公司冷库火灾事故可知，ＥＰＳ 芯材的火灾危险性主要在于：芯材属多孔泡沫材料， 易发生阴燃和燃烧，不容易探测和预防；受热后易软 化熔融，流到面板外面，形成流淌火；板面受热易变 形造成坍塌，导致人员伤亡和消防人员无法展开内 攻和搜救；燃烧时产生大量浓厚黑烟和毒气，使内部 人员疏散困难，易造成人员伤亡。
摘要：利用热解分析、热电偶束和Ｉｓ０９７０５房屋／墙角等实验装置测试了彩钢板中聚苯乙烯泡沫（Ｉ译ｓ）芯材的热解
特性和水平方向的温度分布厦整体板材的燃烧特性，结合某乳液公司冷库火灾事故原因调查，分析评价了ＥＰｓ泡
沫夹芯板的替在和实际火灾危险性，证实了ＥＰＳ芯材内部的燃烧和热传播为火兜蔓延的主要原因。
关键词：聚苯乙烯泡沫塑料；燃烧特性；火灾事故；火炙危险性
如未对ＥＰｓ板材进行任何物理保护（如包裹） 或化学保护（如阻燃），则火场将十分危险。即使进 行阻燃等处理，也需要抑制烟雾的释放。
３口Ｓ芯材水平方向上的温度分布
图４为Ａ１１—６ｌ和Ｂ１１—６ｌ各测量点温度随时间 的分布曲线。
从图中可见，即使火源功率较小（ｋｂｌ，１５ｃｍ× １５ｃｍ油盘火），ＥＰｓ芯材由于受到彩钢板的热传 导，也会很快受热升温；离火源较远的测量点升温速 率减慢。
４火灾事故原因调查分析
２００５年８月２日１０时１７分，某乳业有限公司 北冷库发生火灾，在公安消防支队的扑救下，大火于 １７时２０分被扑灭。此次火灾烧毁制冷风机１２套、 ２台叉车、２台输送机以及２３００件产成拈，火场过火 面积２４００ｍ２，直接财产损失按照《火灾统计管理规 定》核万定方为数３据６１５３００元。灭火战斗中由于冷库钢结
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圈２ ｋｂ与ｋｂｌ热释放速率（ａ）和总释放热（ｂｌ对比
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火灾科学 ＦＩＲＥ ｓＡＦＥＴＹ ＳＣＩＥＮｃＥ
第１６卷第３期
从图２中可以看出：未加任何保护的空白板 （ｋｂ）在２３０ｓ左右迅速达到最大热释放速率 １６３ｋｗ／ｍ２，比ｋｂｌ的最大热释放速率２０ ｋｗ／ｍ２ 高出约８倍；燃烧过程中未加任何保护的ｋｂ总释热 量（３８ＭＩ）几乎是ｋｂｌ（１４Ｍ】）的三倍。这些清楚表 明了空白板材在实际应用中的潜在火灾危险性：在 较小火源功率情况下即可迅速燃烧并坍塌并释放大 量热，如图３所示。
收稿日期：２００７ ０６一１１；修改日期：２００７一０７ ０９
万方数据
ｖｏ【’１６ Ｎｏ．３
聚苯乙烯泡沫芯材的燃烧特性及其在火灾事故原因直固定于支架上（短边向下），将支架置 １．５火灾物证的分析
于ＩｓＯ ９７０５房屋／墙角锥形量热装置中的标准燃烧
利用扫描电镜分析法‘钉对取样的铜导线熔珠进
经技术鉴定，确认起火点坍塌点地面有大量铜 导线残骸，对其用水洗法进行冲洗后提取出３０余粒 铜导线熔珠并送至公安部沈阳消防科研所进行了检 验，鉴定结果为熔珠中有两枚为短路崩溅熔痕；同时 对附近坍塌的冷库保温板残骸用剩磁仪进行检测， 发现此处保温板剩磁比其他地方坍塌的保温板剩磁 要高出２ｍＴ。为了解冷库保温板的燃烧性能，现场 提取少量冷库保温板材料聚苯乙烯夹芯板送科研所 检验，检验结果表明该材料的氧指数为３０．９％，属 于难燃级别Ｌ５Ｊ。
构受火倒塌，有３名战士英勇牺牲，２名战士受伤。 经环境勘查，该冷库东西长８２ｍ，共１０跨，南北
长３２ｍ，共４跨，高２４ｍ，结构为双层库体，内层为 保温库体，外层为围护库体，保温墙体与围护墙体间 距为１ｍ，中间为承重及支撑钢柱，保温库墙体及顶 棚为钢架２５０ｍｍ夹心彩钢板，围护墙体地上１０． ２ｍ为ｚ４’砖墙，以上部分为单层彩钢板墙体，直接 依附于钢柱，围护库顶棚为钢结构拱形顶棚，内外库 体顶棚与南、北墙位置高差为ｏ．７ｍ，与拱顶位置高 差为２ｍ。经火灾现场勘查，北冷库北侧钢架彩钢板 墙部分从西向东第一、二、三、十跨基本完好，第四至 第九跨向内倒塌，其中第四、五、六跨倒塌幅度较小， 倒塌分界线基本接近水平，第七、八、九跨倒塌幅度
５结 论
本研究结合某乳业有限公司冷库发生的重大火 灾事故原因调查，分析说明了未阻燃ＥＰＳ芯材彩钢 板在应用中的高潜在火灾危险性和在火场中的高实 际火灾危险性，证实了ＥＰｓ芯材内部的燃烧和热量 的快速传播为火灾规模扩大并导致伤亡事故的主要 原因。本文主要结论有：
（１）目前轻型建筑应用的典型ＥＰｓ芯材彩钢板 受火时极易坍塌、燃烧并蔓延成火灾，未阻燃ＥＰｓ 芯材较易热解，在３５８℃～４３８℃间可一步完全热 解｝在小火源（约３２ｋＷ）持续作用下即可快速起火 并燃烧（１７０ｓ左右），并在２３０ｓ左右释放出最大热 昔，最大热释放速率可达１６３ｋｗ／ｍ２，总释放热约达 ３８ⅣＵ，极易成为火场中的引燃和助燃材料。
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度达到ｌ％；采用６０６２Ｅ多功能数据采集卡和ＬＡＢ ＶＩＥｗ软件编写的数据采集程序，对实验中的温度 数据转化得到的电信号以及压差电信号进行采集处
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固１ ＥＰｓ的俳Ｄ１ｌＧ曲线
２．２ ｌ鹧芯材彩钢板燃烧特性
理，采集频率为每秒１个温度采样。
经测定，火源功率约为３２ｋｗ。ｋｂ和ｋｂｌ两种
２试验结果与讨论
１５ｃｒｎ×１５（ＴＩｌ油盆，油量５００砌，放在距板右侧６．５ｃｍ、
距板面６．５∞处。启动Ｉｓ０９７０５装置后测试火源功
２．１ ＥＰｓ芯材热解性能 试验用ＥＰｓ芯材的热失重曲线如图ｌ所示，具
率和整体板材的燃烧特性（或对火反应特性，主要为 体热解参数见表ｌ。从Ｄ１、Ｇ曲线可见，Ⅱ’ｓ在出现
经造成很多大的火灾隐患，发生了．多起重特大恶性 火灾事故。在中国，由于市场监管、技术监督、生产 管理等的漏洞，不合格的夹芯板材料使用更加广泛， 存在的火灾隐患更加突出。实际上包含ＥＰｓ芯材 的火灾事故屡见不鲜。所有这些都要求对ＥＰｓ夹 芯板的燃烧特性进行专门研究。国内目前还没有有 关ＥＰＳ彩钢夹芯板的耐火试验报告，也没有这方面 针对性研究。大多是根据周外试验和研究，结合中 国实际使用情况进行一些安全性分析，并对材料的 使用进行一定的控制。本文将通过对ＥＰｓ芯材的 热解和燃烧特性的表征，结合对某乳液公司冷库火 灾事故的调查，评价ＥＰｓ泡沫夹芯板的潜在和实际 火灾危险性。
热释放速率ＨＲＲ和总释热速率ＴＨＲ）。
最大热解速率时对应的温度范围是：３５８℃～４３８℃
１．３温度分布
（ＤＴＧ上峰根部的２个拐点），在此范围内一步即可
测试中采用露端式Ｋ型热电偶（镍镉镍硅） 束测量ＥＰｓ芯材内部１０ｍｍ和４０ｍｍ深度水平方 向上６个测量点的温度随时间的变化，两行测量点
完全热解。
１。。 Ｆ；气了二：：磊。
表２为ｋｂｌ工况下不同测量点在受火后起始阶 段达到同一温度的传播速率。
图３ ｋｂ板燃烧实景
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图４ ｋｂｌ工况下ＥＰｓ彩钢板板材温度随时间分布曲线 表２ ｋｂｌ工况中水平方向温度分布信息统计
可见，不同测量点间达到同一温度值的速率较 快，即反映了热传播速率较快，最快２ｓ热量即可传 播１．２ｃｎｌ左右。因此，～旦受火后，热量在ＥＰＳ芯 材内部的积累和快速传播将使得火灾规模不断变 大。
中图分类号：１ｌＱ３２８．４
文献标识码：Ａ
０引言
硬质闭孔聚苯乙烯泡沫塑料（ＥＰｓ）彩钢夹芯板 是目前国际特别是国内市场上一种使用非常普遍的 轻质新型建材材料。由于ＥＰｓ芯材彩钢板具有良 好的结构功能、低廉的价格和施工的便利，这种板材 在中国占领了很大的市场份额，在未来几年甚至更 长的时间里，会得到更多更广泛的使用。然而，目前 ＥＰｓ芯材彩钢板在应用中存在的一个重要问题是 耐火性较差，这表现在三方面“］：（１）彩色涂层镀锌 钢板刚性较弱，接近火源时极易扭曲变形，与芯材脱 接，使可燃芯材失去保护。（２）ＥＰｓ芯材燃烧性能 较差，接近热源或火源时较易发生明火燃烧，在受火 区表面产生黄橙色火焰并快速向芯材其它部位传 播，芯材则软化、熔融、收缩和滴落，在空中和地面形 成流窜火和流淌火，同时释放大量热量、黑烟和毒性 气体产物，导致现场极具危险性且极难扑救口］。（３） ＥＰｓ芯材彩钢板的安装方式一般为板问直接相连， 受火后容易在两板问形成一个空腔，产生烟囱效应 和横向蔓延，加速火焰的传播和板材的塌陷。虽然 目前加阻燃剂的ＥＰｓ夹芯板能够达到Ｂ１级材料要 求，但由于其价格昂贵、物理性能差，实际市场份额 偏小。在发达国家，不合格的夹芯板材料的使用已
间（内尺寸３．６ｍ×２．４ｍ×２，４ｍ）巾部。测试中有ｋｂ 行观察和分析，鉴别火场中残留物的熔化性质和形
和ｋｂｌ两种板材，前者是未做任何处理加工的四周开 成原因；利用剩磁法Ⅲ对某乳液冷库保温板残骸进
放的夹芯板，ｋｂｌ是在８０ｃｎｌ处切开，然后再拼接，四 行检测，判断其附近是否存在短路。
周加槽销封闭，接口处用白铁皮严密包裹，并在槽铝、 自铁皮覆盖彩钢板面板处均匀上铆钉加固。火源为
第１６卷第３期 ２ Ｏ Ｏ ７年７月
火 灾科 学
ＦＩＲＥ ＳＡＦＥＴＹ ＳＣＩＥＮＣＥ
文章编号：１００４ ５３０９（２００７）一０１８０—０５
Ｖｏｌ｜１６，Ｎ ｏ．３ ＪｕＬ ２ Ｏ Ｏ ７
聚苯乙烯泡沫芯材的燃烧特性 及其在火灾事故原因调查中的应用
吴振坤１，颜东升２，尤 飞３
（１．安徽省消防总队，合肥２３００１ｌ；ｚ．山东省广电局，山东２５３０２０；３中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，台肥２３００２６）
聚苯乙烯泡沫芯材的燃烧特性及其在火灾事故原因调查中的应用
１８３
较大，倒塌分界线呈“Ｖ”型，残留墙体表面呈灰白 色，表明起火部位主要位于此处保温板。对起火部 位进行初步勘查发现，南侧钢架彩钢板墙体是整体 向内倒塌，而北侧钢架彩钢板墙体是呈“Ｖ”型向内 倒塌，表明北侧是被火烧倒塌，而南侧是由于结构变 化而倒塌；同时发现火场上部烧损情况比下部烧损 严重，冷库顶板全部烧毁并坍塌于冷库内，而地面堆 积物残骸均是上表面过火，下表面保存较好，表明起 火点位于冷库第七、八、九跨上方偏北处。对火场进 行缅项勘查发现，冷库西侧终端组合电器开关箱外 罩软化，面盘上散附着滴状黑色胶状物。面盘内的 开关状态表明起火前冷库内三路照明线路均处于通 电状态；北冷库照明线路则有漏电现象。
结合现场勘查、现场询问及技术鉴定情况分析， 这起火灾的起火部位位于北冷库顶部从西向东数第 七至第九跨之间偏北处，火灾原因为照明电气线路 短路引燃保温材料（ＥＰＳ）。这就证实了ＥＰＳ芯材 的易热解性、易燃烧性、易释热性和火焰快速传播 性。由此可见，未阻燃的ＥＰｓ芯材扳易燃烧，即使 采取一定措施达到难燃级别，在适宜条件（起火部位 和瞬间高能热量）下仍然可被引燃并快速传播热量， 使火灾规模不断增大，最终导致建筑结构坍塌，具有 不可低估的潜在和实际火灾危险性。将板材接口、 卡口等缝隙处密封是抑制这种传播的一种途径。
１．４燃烧级别
板材的热释放速率（ＨＲＲ）和总释热曲线（ＴＨＲ）分
根据ＧＢ／Ｔ ２４０６ ９３，利用氧指数仪对火灾事故 别如图２（ａ）和２（ｂ）所示。
调查中采样的ＥＰｓ芯材进行测试，判断其可燃性。 表ｌ ＥＰｓ相关热解参数
喜
邑
｛ ｛ ｌ
万方数据
室
ｌ
｜ ｌ
删 ｏ ２０。 枷 ６‰觯１啪”００“００‘６００
ｌ实验手段
１．１热解特性 在德国Ｎｅｔｚｓｃｈ公司生产的ｓＴＡ ４０９Ｃ同步分
析仪上对试验芯材进行热失重分析。气氛为空气， 升温速率为１０℃／ｍｉｎ，样品量为ｌｏｍｇ左右。 １．２燃烧特性
参照某乳液公司冷库保温板材的规格，将型号为 ＪＪＢｌ６００３１０００３７５ ＪＣ６８９、尺寸为１６００ｍｍ（长）× １０００Ⅱｍ（宽）×７５ｎｍｌ（厚）、芯材为ＥＰＳ的双面热镀