建筑材料在火灾中的对火反应

摘 要：本文分析了建筑材料在火灾中对火反应，介绍了建筑室内火灾的发展特点，材料的燃烧方式，材料对火的反应等内容。

关键词：建筑材料；火灾；燃烧

我国的火灾科学和消防工程学开始于20世纪60年代，随着科学技术的进步，人们运用先进的科学理论和技术手段，经过短短几十年，我国的消防科学技术有了长足的进步，在消防科学的各个领域取得了很大的成绩。随着对火灾认识的深入，人们逐渐开始了解火灾的机理，并运用先进的科学技术和手段进一步去认识火灾的发生、发展及其危害，对减少火灾带来的财产损失和人员伤亡，起到了积极的作用。

1.建筑室内火灾的发展特点

火灾是一种特殊的燃烧现象，通常把可燃性物质在一定条件下起火并形成失去控制的火焰称为火灾。建筑火灾是一个复杂的物理化学过程，其影响因素很多，如可燃物质的化学成分和数量：受限空间的大小及几何结构；点火源的大小和位置；受限空间的通风条件等。通常来说受限空间的火灾发展要经历两种燃烧控制模式，即燃料控制模式和通风控制模式。

在火灾发展的初始阶段，可燃物质发生阴燃或者燃烧，当达到一定高的温度和遇到适当的通风条件时，阴燃就转变为明火燃烧，其相邻物质表面便同时受到辐射热的作用，如果辐射温度足够高，材料表面便受热分解挥发出可燃气体，当这些可燃气体遇到火源或外部温度达到它的燃点，那么可燃气体就会被点燃，燃烧释放出的能量反过来又将作用在材料的表面，促使燃烧速率迅速增加，并在火焰上方形成火焰羽流。当火源燃烧范围很小时，整个房间空间相对于火源来说比较大，供氧充足，所以燃烧情况与开敞空间的燃烧基本相同，周围的墙体对火灾基本没有影响，这时候火焰主要由燃烧物决定。这个阶段称为燃料控制阶段。

随着火灾发展的进行，材料表面释放的烟气越来越多，周围的空气受到卷吸的作用不断的与烟气发生参混，随着羽流高度的增加，烟气质量逐渐增加。当烟气受到房间顶棚的阻挡后，便顺着顶棚向四周流动，形成顶棚射流层。随着燃烧范围的扩大，热气体向上移动，卷入火焰羽流的冷空气越来越多，在吊顶下方形成的热烟层质量便不断增加，热烟层的的体积变大从而烟层高度开始下降，同时伴随着热量传递的增加，热烟层通过辐射和对流对周围的吊项和墙壁加热，房间的温度急剧上升，这时墙壁、屋顶、热烟层以及通风口开始影响燃烧的发展。这时候房间内的火灾燃烧处于通风控制阶段。

随着室内温度的不断升高，在局部火焰高温和墙壁、热烟层辐射的共同作用下，可燃物质的燃烧和热分解变得更加剧烈，火势进一步增强，最终使房间内所有可燃物表面都开始燃烧，使火灾发展到轰然阶段。

按火灾的发展通常要经历以下几个阶段，即引燃、发展初期（轰燃前）、完全发展阶段（轰燃后）和衰减期。当房间发生轰然后，火灾进入完全成长阶段，火势猛烈，难于扑救。所以为了减少火灾危险，保证建筑内人们的生命财产安全，其防火的主要措施就是抑制火灾的快速发展，抑制小火源发展成为大火焰，防止出现轰然。

2.材料的燃烧方式

建筑材料燃烧性能分级体系主要根据建筑火灾的发展的特点，模拟建筑火灾发展的不同阶段材料可能承受的热作用，用于评价建筑材料在试验条件下的燃烧性能，进而反映建筑材料在实体火灾条件下的火灾危险性。为了正确的表征建筑材料的燃烧性能，建立适当的评价方法，建筑材料对火反应试验要求必须选择适当的火灾场景，确定材料恰当的受火条件，才能给予正确的评价。

在建筑火灾中，可燃物热量传递有三种基本方式，即导热、热对流和热辐射。

2.1 热传导

温度是衡量物质微观粒子如分子、原子等热运动强烈程度的指标，温度越高，微观粒子运动就越剧烈，其热运动的能量也就越大。当物体内部存在温度差异时，由于各部分分子热运动程度不一，分子、原子或电子之间会发生相互碰撞产生能量的传递，从而可以让热在固体中发生扩散。导热是材料内部的一种传热现象。对于材料的导热来讲，最重要的是材料自身的物理性质，这主要与材料自身的热学性能有关，包括材料的热传导率k，密度ρ和热容量c，即材料的热惯量kρc。

2.2 热对流

热对流是伴随着气体流动而发生的传热过程。它通过流体内的导热和流体的混合运动进行热量传递。在起火的房间中，由于材料燃烧释放出热量，造成了气体内部温度分布不均匀，形成了气体密度的差异，因此在浮力的作用下，密度小的热气体便往上升，密度大的气体则向下降。

2.3 热辐射

热辐射是一种通过电磁波传递能量的传热方式，物体把热能以电磁波的形式传出去，被另一物体吸收后，这种电磁波便转变称为热能。任何物体都在不断地向外辐射热量，同时也不断地接受外界物体的热辐射。热辐射是一种非接触式传热，反映了分子热运动的强弱程度。热辐射与导热和对流传热不同，在传递能量时，物体间不需要相互接触。一个物体向外辐射的能量与其表面绝对温度的四次方成正比，随着物体表面温度的升高，它对外的热辐射作用将变得更强。在高温时，辐射传热往往起主要作用。

在建筑火灾发展过程中，房间内的热量传递并不是以导热、对流和辐射传热中的某种单一方式存在的，而是同时包含了这三种传热形式，但是，由于火灾在发展过程中，房间内的温度变得很高，因此材料受到的热作用是以热辐射为主导的。在建筑火灾中通常将对流传热和辐射传热都统称为辐射作用。

3.材料的对火反应

燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，燃烧是一个极其复杂的现象，它通常伴随着发光、发热，并产生火焰和烟气等现象。按照燃烧的形式或剧烈程度，可以将燃烧分为持续燃烧、阴燃、闪燃、爆燃等。

a、持续燃烧：通常将有焰燃烧时间超过5s的燃烧称为持续燃烧。

b、阴燃：没有火焰的缓慢燃烧称为阴燃。

c、闪燃：在物质表面产生足够的可燃蒸汽，遇火产生一闪即灭的火焰的燃烧现象通常称为闪燃。在建筑材料燃烧性能测试中也将火焰持续时间小于5s的燃烧称为闪燃。

d、爆燃：以亚音速传播的爆炸称为爆燃。

e、爆炸：由于物质发生急剧氧化或分解反应，使温度、压力在瞬间急剧增加并发生强烈的方热作用的现象。爆炸可以分为物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。

材料燃烧必须具备三个基本条件，即可燃物、氧化剂和温度（点火源）。可燃物的存在是发生燃烧的基本条件，可燃物具有气相、液相和固相三种物态，可燃物状态不同，它与氧化剂相互混合的难易程度也不相同，因此燃烧状况也存在较大差异。建筑火灾中，可能会同时存在三种不同状态的可燃物。但是最常见的最直接的燃烧物还是可燃气体。

可燃气体除了煤气、石油气及烃化合物外，建筑火灾中的可燃气体主要是材料受热分解释放出来的气体。当房间发生火灾时，建筑材料首先受到热辐射的作用，其表面发生高温分解，。生成可燃性挥发气体，这些气体遇到火源就会被点燃，而点燃的明火又向材料反馈更多的热量，使材料热解增强，当温度达到一定程度时，即使没有外部火源，产生的火焰仍然能持续燃烧。建筑材料的燃烧通常都是按照这个方式进行的。所以在标准ISO 5658和IMOA.653的试验方法中，其中的一种点火方式的就是采用点火火焰与材料非接触式的点火，首先引燃的就是材料在辐射热源作用下分解产生的可燃气体。

4.结束语

建筑防火的目的是为了降低火灾危险、减少火灾危害，保证建筑中居住者的生命和财产安全。建筑中所采用的建筑材料及室内装饰、装修材料的燃烧性能，对火灾的发生、发展和蔓延及至火灾可能造成的人员伤害和财产损失，有着非常重要的影响。

参考文献

[1] 王正洲，胡源，范维澄.燃烧过程的气体取样及燃烧产物的组分分析.火灾科学.1998.6.

[2] 赵成刚、曾绪斌、邓小兵.建筑材料及制品燃烧性能分级评价.中国标准出版社.2007.