夹层内保温材料火灾多相传播机制与预测方法研究

针对建筑保温材料引燃后在夹层结构中迅速传播这一目前频发的火灾现象，由保温材料属性入手，研究材料热物性、燃烧特性、受热后的相变流态变化及其热解特性。建立研究保温材料受热后发生相变时各相流态的实验装置，确定不同类型保温材料相变流态特征参数。建立夹层火传播特性实验装置，探讨夹层内局部压力不均衡而驱动强化火灾传播的可能性。通过分析各相流态特征、热物性、燃烧特性等与夹层内火灾传播过程的相互关系，揭示夹层火多相传播机制，获得对夹层火传播过程的科学描述，最终获得夹层火传播趋势的预测模型。研究成果是对火灾实验方法学的重要补充，对特殊火灾现象深层次的认识，可为建筑火灾调查、建筑火灾风险评估、建筑保温层防火结构设计提供参考。本项研究具有一定的迫切性。

本项目针对夹层中保温材料火灾传播的特点规划并实施了多尺度的研究方案，由以热塑性材料为代表的保温材料的热物性、热解特性、宏观燃烧特性、熔融收缩特性等全方位地认识夹层内热塑性材料火灾特性。通过热重-差式扫描量热仪、傅立叶红外分析仪、质谱分析仪、微热量热仪，在微尺度条件下对保温材料热解特性进行了分析，获得了材料相变、热解生成物潜在可燃性的重要数据，为分析夹层火的多相传播提供了材料基础数据。揭示了生成物可燃性与热释放速率之间的关联性。在实验台尺度研究中，采用锥形量热仪对所选热塑性材料进行了引燃和非引燃实验，分析证明了现有材料可燃性分类模型对热塑性材料的不适用性。验证了有效燃烧面积和熔融收缩后的密度是对热塑性材料的引燃和热释放速率最重要的影响参数。必须在应用模型预测时考虑有效燃烧面积的变化和熔融物的实际密度。在方法学上验证了认识热塑性材料火灾夹层内传播过程时除锥形量热计实验外，微尺度实验对于建立基于熔融物理化学参数的引燃模型和辨识熔融收缩特征参数是十分必要的。设计并利用夹层火实验台对夹层内热塑性材料的燃烧现象进行了大尺度实验研究，结果显示能否形成油池火是保温材料在夹层内能否持续燃烧的重要条件。由此可以认为热解产物气相蔓延和熔融产物的液相传播是夹层内火灾传播的主要方式。对建筑保温层结构中的热塑性保温材料与丝网附着形成“蜡烛效应”加速火灾蔓延的现象进行了研究，引燃实验证明了丝网存在对热塑性保温材料火灾的强化作用。本项目目前所取得的成果为安全评价和建筑设计机构在建筑消防安全设计和性能化防火设计实践中提供可靠的夹层火蔓延的科学描述，同时为安全管理和火灾安全标准制订部门提供科学的实验指导和依据。