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外墙外保温大型火试验数值模拟

   日期:2011-04-07     浏览:1608    评论:0    

1)外部火势传播
在起始时间15 min内,如果设置在水平2 的外部热电偶的温度超过600 ℃,且持续时间至少30 s,外部火势蔓延就会发生。 
2)内部火势传播
在起始时间15 min内,如果设置在水平2的内部热电偶的温度超过600 ℃,且持续时间至少30 s,内部火势蔓延就会发生。 
3)机械性能
机械性能没有设定失败标准。相反,一些细节,诸如任何系统损坏,碎片,分层或火焰碎片都将包括在该次测试报告中。机械性能失败的性质将作为全面危险评估的一部分。
          
图1  火焰从建筑物窗口沿外保温系统传播示意图
           
图2  窗口火试验模型
3 试验
3.1试验一
3.1.1保温系统构造
外保温系统为“LB型”胶粉聚苯颗粒浆料贴砌EPS板涂料饰面。
基本构造:砌体墙+界面砂浆(24h)+15mm胶粉聚苯颗粒粘结找平浆料贴砌70mm厚开横向梯形槽双刷防火界面剂EPS板(10mm的板缝,胶粉聚苯颗粒浆料充填,保养5d)+4mm干拌抗裂砂浆I(压入一层普通型耐碱网布+弹性底涂(24h)+柔性耐水腻子(24h)+涂料饰面。
表1  “LB型”胶粉聚苯颗粒贴砌EPS板涂料饰面基本构造
基层墙体
①    系统的基本构造    构造示意图
    粘结层
②    保温层
③    抗裂防护层
④    饰面层
⑤    
砌体墙    基层界面砂浆
+
胶粉聚苯颗粒粘结找平浆料    经聚苯板防火界面剂处理、表面开有梯形槽    抗裂砂浆复合耐碱网布+
弹性底涂    柔性耐水腻子
+
涂料    

3.1.2试验过程
点火开始后,数据采集与观测约40min。试验过程中,主墙和副墙受火面无脱落,出现少量火焰,但未见蔓延。墙体受火面饰面层向外略微鼓出,见图3-1和图3-2。
            
图3-1  点火12min的受火状态       图3-2  点火40min的墙体状态
3.1.3试验后的测量与观察
对“LB”系统保温层的损坏程度进行了观察,发现受火部位的聚苯板保温层出现了燃烧,其它部位只出现了不同程度的融化和收缩,如图3-3所示。同时在解剖图上能非常清晰地看出防火分仓构造措施阻止火焰蔓延的作用,以试验墙T1线(距窗口为2.5m)为例,从主墙受火面到副墙的单块防火分仓示意图如图3-4所示。
 
图3-3  系统解剖后的保温层状态
 
图3-4  系统试验后的保温层破损状态
3.1.4 温度曲线

3.1.5 结论
依据BS 8414-1标准内容,”LB”系统抗火性能较佳,试验状态下无火焰传播。该系统单一的防火分仓构造措施抵抗热辐射能力较弱,但是具有非常优良的阻止火焰横向和纵向蔓延能力,从图3-4中能清晰地看出防火分仓构造措施阻止火焰横向蔓延的能力。
3.2试验二
3.2.1保温系统构造
外保温系统为“LBL型”胶粉聚苯颗粒贴砌XPS板涂料饰面。
基本构造为:砌体墙+基层界面剂(24h)+15mm胶粉聚苯颗粒粘结找平浆料贴砌40mm厚开孔双刷防火界面剂XPS板(10mm的板缝,胶粉聚苯颗粒浆料充填,保养4d)+30mm胶粉聚苯颗粒粘结找平浆料(7d)+4mm干拌抹面砂浆Ⅰ(3d)(压入一层普通型耐碱网布+弹性底涂(24h)+干拌柔性耐水腻子(3d)+晴雨亚光涂料饰面。见表2所示。
表2 “LBL型”胶粉聚苯颗粒贴砌XPS板涂料饰面基本构造
基层墙体
①    系统的基本构造    构造示意图
    粘结层
②    保温层
③     找平层
④    抗裂防护层
⑤    饰面层
⑥     
砌体墙    基层界面砂浆
+
胶粉聚苯颗粒粘结找平浆料    经防火界面剂处理、双孔XPS板    30mm胶粉聚苯颗粒粘结找平浆料    抹面砂浆复合耐碱网布+
弹性底涂    干拌柔性耐水腻子
+
涂料    

3.2.2试验过程
点火开始后,数据采集与观测约40min。试验过程中,主墙和副墙受火面无脱落及燃烧现象。墙体受火面饰面层在试验12min左右的时候出现小裂缝,随后裂缝随着燃烧的进行不断扩大。见图4-8、4-9所示。
                 
图4-8 点火12min的受火状态      图4-9点火30min的受火状态
3.2.3试验后的测量与观察
对”LBL”系统保温层的损坏程度进行了观察,发现受火部位的挤塑板保温层出现了少量的燃烧,如图4-10所示。
 
图4-10 系统解剖后的保温层状态
3.2.4温度曲线

3.2.5结论
依据BS 8414-1标准内容,该系统无外部火势蔓延、无内部火势蔓延。
4 外墙外保温大型火试验数值模拟理论
    本文建立的火源数学模型,根据物理规律建立热传导方程,用数值计算方式求解热传导方程,得到试验墙的温度场。
先做以下设定:
1) 外墙外保温系统是有机保温层与基层和与防火保护层之间是无空腔结构。空腔结构在受火攻击后很容易开裂,高温度火焰攻击(燃烧条件之一——达到有机物燃点)和空腔构造(燃烧条件之二——氧气),有机保温材料就会燃烧。当空腔的空气受热迅速膨胀,在空腔中风速会很大,就会出现两种不利因素:
a 风速大,会增大热对流速度,导致有机保温材料温度上升快,到达着火点后燃烧;
b 未燃烧充分的燃料做为火源带到其它的地方,会在极短的时间内大面积起火。
2) 设置有效的防火分仓。在某个分仓中的有机物即使燃烧也不会迅速扩大,大大降低了其它分仓构造中有机物燃烧的可能性。
3) 有一定的防火保护层厚度。这样可以避免外部火源或者火焰直接接触有机保温材料,因为火辐射和火焰直接攻击是截然不同的。防火保护层厚度过小时,在承受火攻击时会开裂,空气容易与有机保温材料接触;在保温材料燃烧时也无法有效的阻断空气和有机保温材料的接触,火会迅速蔓延。
4) 材料在高温情况下,热学性能不会改变。有机保温材料在熔化、燃烧过程中质量减少、吸收放出热量不计。
在理论上传热应是三维的,但考虑到墙面的高和宽度与墙体的厚度相比均很大,故按一维传热处理,其一维热传导方程为:
                                                       (1)
其中  ——温度, 
      ——时间, 
 ——密度, 
 ——比热, 
 ——导热系数, 
 ——沿厚度方向坐标, 
热传导方程建立了物体内部温度与时间、空间的关系,但满足热传导方程的解有无限多,为了确定需要的温度场,还必须知道边界条件和初始条件。边界条件为墙体表面与周围介质(空气)之间热量相互作用的规律。边界条件和初始条件合称边值条件(或定解条件)。
 
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