建筑材料及制品燃烧性能要求及试验规范

建筑材料及制品燃烧性试验规范对保证建筑物内⼈的⽣命安全和财产安全是⾮常重要的。由于建筑材料和制品的燃烧引发的⽕灾往往会导致⼈员伤亡和财产损失，才迫使⼈们不得不制定相应的规范和测试⽅法来解决建材及制品的燃烧性能问题。当今的测试⽅法很多，范围也⾮常⼴泛，测试样品从粉末状到全尺⼨⽕灾试验不等。测试⽅法还受到材料燃烧性试验参数的特殊规定，施加于材料表⾯的⽕焰强度、试验样品的尺⼨⼤⼩等诸多因素的影响。与此同时，某些特殊的规定如样品⽅向、⽕焰强度等，使得现存的⼀些规范的测试结果与建筑材料或制品在全尺⼨模拟⽕灾条件下的测试结果不相符，因此，不得不对某些有特殊要求的材料或制品的测试⽅法进⾏修改或替换。

⽬前，对建筑材料和制品的燃烧性试验结果往往都是采⽤⽕焰传播距离来表征。20世纪70年代，国际上对材料燃烧性试验结果的⽐较，都是根据不同试验⽅法对材料进⾏的分级判定，这⽆异于产⽣随机数，其试验结果间⼏乎⽆可⽐性。笔者对⽬前国际上建筑材料和制品主要的燃烧性试验规范进⾏概述，讨论不同测试⽅法的优缺点。只涉及建筑材料防⽕性能试验规范中常⽤的⼀部分。

⼀、美国建筑材料和制品燃烧性能要求

美国国际建筑规范(International Building Code)及其他建筑规范、国家防⽕保护协会(National Fire Protection Association，NFPA)101(NFPA 101)-⽣命安全规范等均对建筑材料和制品燃烧性及其危害的

试验⽅法和标准作了相关规定。在美国，为公众接受的判定标准和分级⽅法⼀般都参照国际建筑规范中的规定，该规范也是美国主要的建筑规范。上述规范均要求测试建筑材料的燃烧性和⽕焰传播特性，它们的测试⽅法分别对应ASTM E136(燃烧性)和ASTM

E84(⽕焰传播)，其中ASTM E84还对可见烟的特征作了规定。

1.燃烧性试验⽅法

美国对不燃材料进⾏分级的试验⽅法是ASTM E136，该⽅法测试材料在750℃的垂直管状炉的热⾏为。试验前对样品进⾏⼲燥处理，样品的外形尺⼨为38mm×38mm×51mm。材料如果能达到ASTM E136标准中规定的指标，即可判定为不燃材料。ASTM E136规定需对每个材料或制品4个样品进⾏测量，其中的3个样品通过试验，即可判定材料为不燃材料。具体判定要求为：如果测试样品的重量损失不⼤于50％，在试验开始后的前30s内，⾸先样品表⾯和内部的温升不超过30℃，其次样品不燃烧；如果测试样品的重量损失⼤于50％，则材料的温度不超过试验前测得的材料达到稳定时温度，且整个试验过程中样品不燃烧。

ASTM E136标准的注释部分对该标准的测试⽅法和原理作了说明。Carpenter等指出，ASTM E136有⼀个重要的缺陷，那就是不能定量地测量材料的热释放率或燃烧性，只是定性地给出⼀个通过/不通过的试验结果。尽管如此，ASTM E136也是⼀个⾮常严格的试验，测试材料中即使只含有少量的可燃成

份都常常会导致试验失败。因此，根据ASTM

E136，含有可燃性粘合剂和矿物⽊质隔热材料、炉渣混凝⼟、⽔泥与⽊屑的复合材料、⽊纤维增强⽯膏板等都判定为可燃材料。⽯膏墙板的板芯能满⾜不燃性规定要求，⽽纸⾯⽯膏墙板却不能通过不燃性试验。

此外，对可燃材料进⾏阻燃处理并不能使之成为不燃材料，其试验结果也达不到ASTM E136的要求。Tewarson等认为E136也能够为性能化⽕灾设计提供定量的数据⽀持。

为了对那些低燃烧性的材料进⾏分级，需要其他的试验⽅法，如NFPA 259规定的建筑材料潜热的试验⽅法。材料的燃烧潜热是指材料在氧弹量热汁测得的总热量与其在750℃的炉⼦中放置2⼩时以后的测得燃烧热值之间的差。

在NFPA 101⽣命安全规范中，该测试⽅法被⽤作判定难燃材料的标准，标准中规定难燃材料的燃烧潜热应低于

8140kJ/kg。Carpenter等研究了将锥形量热计试验作为判定材料燃烧性能的标准试验，但他们同时指出，由该⽅法产⽣的分级系统可能会打乱现存的材料的分级体系。

2.内装饰材料的燃烧性试验

北美对建筑材料表⾯燃烧特性的主要试验是7.6m的Steiner隧道炉试验。与之对应的标准有ASTM E84，NFPA 255和UL 723。该试验是在样品的⼀末端施加长1.35m的⽕焰作为燃烧源，来观察材料表⾯的⽕焰传播特性和燃烧过程的烟密度。根据所观察的⽕焰传播，通过计算⽕焰传播距离–时间曲线下的⾯积得到相对⽆因次⽕焰传播指数(Flame Spread Index，FSI)，为了便于计算，假定⽕焰前端不会后退。相对烟密度指数(Smoke Developed Index，SDI)是通过计算烟密度-时间曲线下的⾯积得到的，计算时，规定增强⽔泥板的SDI=0，红橡⽊地板的SDI=100。历史上也曾以红橡本地板为100，⽯棉板为0来计算⽕焰传播指数和烟密度指数，⽬前仍采⽤⽕焰到达橡⽊板末端的时间来校准设备，但不⽤来计算⽕焰传播指数。由于上述试验⽅法中都是将样品安放在矩形试验炉的顶部，导致了样品的安装⽅法成为了这些测试⽅法中颇具争议的地⽅。ASTM E84标准的附录对样品的安装⽅法作了说明。

Tewarson等认为E84的局限性与E648类似，即很难评价材料或制品在热流作⽤下的⽕灾⾏为，⽽且环境条件、样品的形状、尺⼨以及安装⽅法都会对试验的结果产⽣影响。为了便于产品的研究和开发，⼈们常常采⽤其他的试验⽅法来对ASTM E84进⾏校准。

根据ASTM E84的FSI测试结果，将内装饰材料分为3个等级：A级或Ⅰ级要求FSI值不⼤于25；B级或Ⅱ级要求FSI值在

26~75之间；C级或Ⅱ级要求FSI值在76~200之间。

如果材料的FSI值超过了Ⅲ级的上限值，则判定材料不达等级，该材料就不能在对材料燃烧性能有⼀定要求的场所使⽤。以上3个等级的SDI值都要求不⼤于450。建筑材料和制品的⽕焰传播指数值可以在Galbreath的论⽂以及美国森林和纸业协会(American Forest＆Paper Association)，Underwriters＇Laboratory, Underwriters＇Laboratory Canada和Intertek的出版物中查到。

对可燃材料的阻燃处理的主要⽬的是为了降低材料的⽕焰传播指数。表⾯是否经过阻燃涂层处理对材料⽕焰传播指数值有正⾯或负⾯的影响，但这些影响都不⾜以改变材料的分级，除⾮原来的基底材料的分级本⾝就⾮常低。例如：砖头、混凝⼟和⽯膏板的FSI为0，当在它们的表⾯涂覆⼀层1.3mm的醇酸树脂涂料、乳胶漆或纤维墙纸时，它们的FSI变为25。然⽽，当在FSI分级为150的⽊材以及FSI分级为25⽯膏墙板表⾯涂覆⼀层1.3mm的醇酸树脂涂料或乳胶漆或纤维墙纸时，是不会改变材料的分级的。

Belles认为隧道炉试验并不能对所有材料的防⽕性能作出充分的评价，如泡沫塑料、织物墙⾯材料等。全尺⼨的墙⾓⽕试验NFPA 265和NFPA 286为隧道炉试验提供了可供选择的试验⽅法，这些试验⽅法与ASTM和ISO的墙⾓⽕试验类似，房间尺⼨为2.4m×3.6m×2.4m，其中⼀⾯墙开⼀扇门作为通风⼝，在房间的⼀⾓落放置⼀个丙烷燃烧器，对⾮织物的墙⾯和天花板装饰材料的A级判定⽽⾔，可采⽤NFPA 286来替代隧道炉试验。在NFPA 286中，燃烧器需先提供5分钟40kW的热量，然后再提供10分钟160kW的热量。试验时根据材料的⽤途，将材料铺满3⾯墙和/或天花板。

试验判定标准是：

1)在40kW的5分钟供热过程中，⽕焰不传到天花板；

2)在160kW的10分钟供热过程中，⽕焰不传到墙或天花板的边缘且没有轰燃现象发⽣；

3)总的烟释放量不超过1000m2。

轰燃的判定标准是热释放率达到1MW，辐射到地板的热量为20kW/m2，上层空⽓的平均温度达到600℃，“⽕焰窜出房门”以及预先贴于地板的⽬标纸被点燃。

对于织物墙⾯材料A级判定可接受的替代试验为NFPA 265。在NFPA 265，对燃烧的规定供5分钟40kW的热量，然后再提供10分钟150kW的热量。该试验中材料有两种安装⽅法：

⽅法A是材料只覆盖与燃烧器放置⾓落处相邻的两⾯墙；

⽅法B与NFPA 286类似，即材料覆盖3⾯墙，有门的墙⾯不覆盖测试的材料。

试验过程中观测⽕焰传播、燃烧过程的滴落、轰燃以及峰值热释放率等参数。判定轰燃的标准是辐射到地板的热量为25kW/m2、上层空⽓的平均温度达到650℃、“⽕焰窜出房门”以及贴于地板的⽬标纸被点燃。

以上两法除了对燃烧器的要求有少许区别以外，燃烧器放置位置也不⼀样，在NFPA 286中，燃烧器是直接靠着墙⾯，⽽NFPA 265中燃烧器离墙⾯还有51mm的距离。由于燃烧器的⽕焰不能与天花板材料接触，所以NFPA 265不能⽤于天花板材料的测试，⽽NFPA 286可以对天花板材料进⾏测试，⼀⽅⾯是因为NFPA 286中燃烧器释放的热量较⾼，更重要的是燃烧器直接与墙⾯接触，从⽽使⽕焰能够沿墙⾯传得很⾼。对装饰材料或其他吊顶材料，可⽤NFPA 701中的⽅法中来判定材料是否阻燃，到底选⽤那种试验⽅法取决于测试织物或薄膜的类型。

临界辐射热通量试验装置是专门⽤于地毯和其他的铺地材料质量检测和控制，但是对⽊质地板、聚⼄烯基薄膜、油布以及其他弹性⾮纤维铺地材料不做这⽅⾯的要求。相应的标准有ASTM E648和NFPA 253。由于辐射板与底板之间有30度的夹⾓，因此，沿样品表⾯的热辐射通量从11kW/m2到1kW/m2不等。临界辐射热通量对应于⽕焰前端传播的距离。

Blackmore等认为，铺地材料辐射⾯板阻⽌了⽕焰沿⽔平⽅向传播，此时材料热解的热源来⾃外部的热流和前端⽕焰的对流和传导。材料的临界辐射通量⼤于或等于4.5kW/m2定为1级，在2.2~4.5kW/m2之间定为2级(美国标准和规范中采⽤

对流和传导。材料的临界辐射通量⼤于或等于4.5kW/m2定为1级，在2.2~4.5kW/m2之间定为2级(美国标准和规范中采⽤的单位是W/cm2)。

ASTM E84试验持续时间为10分钟，对阻燃处理⽊材⽽⾔，其持续时间为30分钟，在随后的20分种内，阻燃处理⽊材的FSI值不能超过25且没有明显的增⾯燃烧现象。此外，在试验过程中，⽕焰前端不超过3.2m(从燃烧器的中⼼线算起)。对那些⽤于潮湿或多⾬环境中的阻燃处理⽊材，需先经ASTM D2898的环境试验后，再按ASTM E84进⾏试验，测得FSI值不能增⼤。由于对那些受热会熔融的泡沫隔热材料进⾏⽕灾性能试验很困难，除ASTM E84外，还对它们作了特殊的要求：⽤于屋顶遮盖的泡沫隔热材料被归为构件，按FM 4450或UL 1256进⾏试验；⽤于外墙隔热的泡沫塑料材料，可按NFPA 268和NFPA 285进⾏测试。NFPA 268是将1.2m×2.4m试验样品暴露在12.5kW/m2的热流下并强制点燃20分钟。NFPA 285属于中等规模的试验，试验装置具有多层结构且⾼度不低于4.6m。

对那些需满⾜特殊要求的泡沫塑料，可采⽤的⼤型试验还包括FM 4880，UL 1040，NFPA 286或UL 1715。对那些⽤于光信号传输塑料，分别采⽤ASTM D1929来测量它们的⾃燃温度，ASTM D2843来测量它们的烟密度指数，ASTM

D635对其燃烧性能进⾏分级(CC1和CC2级)。暴露在外的隔热材料采⽤ASTM E84来测量其⽕焰传播。⽽对于松装材料，由于材料不能按ASTM E84进⾏放置，可采⽤加拿⼤底板隧道炉试验(CAN/ULC S102.2)来测量其⽕焰传播特性。该加拿⼤底板隧道炉试验解决了松装隔热材料的测试⽅法的问题，它将测试样品放置在ASTM E84的炉⼦底部并将燃烧器⽅向向下对准试验样品。暴露在外的阁楼地板隔热材料采⽤ASTM E970的临界辐射通量试验来对它们进⾏测试，并规定该隔热材料的临界

辐射通量不⼩于0.12W/cm2。

美国联邦消费者产品安全委员会(CPSC)规定纤维索松装隔热材料按ASTM E970进⾏试验。ASTM E108(UL 790)是专门针对屋顶遮盖物的试验⽅法。ASTM E108包括4个独⽴的⽕灾试验，根据试验结果将材料分为3个级别(A，B和C级)，A 级严格。屋顶遮盖物试验主要考虑材料的阻燃性，以防⽌⽕焰穿过遮盖物进⼊内部结构，除此之外，该标准也对材料表⾯的燃烧性也作了要求。试验时将发光⽓焰燃烧器放在倾斜顶板的边缘，顶板宽度为1m，试验中控制空⽓流量为

5.3m/s。⽤于A，B和C >260

⼆、加拿⼤对建筑材料燃烧性能要求

加拿⼤建筑和防⽕规范委员会负责加拿⼤的国家建筑规范。加拿⼤对建筑材料防⽕性能的要求与试验⽅法与美国类似，材料不燃性的试验标准是CAN4-S114-M80，隧道炉试验标准是CAN/ULC-S102-M88。此外，加拿⼤还有⼀个将测试样品置于隧道炉底部的试验标准-CAN/ULC-S102.2-M88。CAN/ULC-S102.2-M88试验⽅法的制定主要基于下⾯3个⽬的：

⼀是针对⽔平应⽤的材料，这些材料只有上表⾯才可能暴露在热源中；

⼆是针对那些试验时需要辅助⽀撑的材料，如松装隔热材料等，但这些材料在实际应⽤中本⾝不需要

辅助⽀撑；

三是⽤于热塑性塑料，燃烧时热塑性材料会熔融或滴落。

相⽐⽽⾔，将材料置于顶部的ASTM E84隧道炉试验⽅法测得的⽕焰传播值要⽐材料置于底部的CAN/ULC-S102.2-M88隧道炉的试验结果要低些。加拿⼤铺底隧道炉试验解决了松装隔热材料进⾏燃烧试验的问题。除了⼀些特殊要求以

外，CAN/ULC-S102.2-M88规定的⽕焰传播等级的上限值为25，75或150，在对材料进⾏判定时，对发烟等级的规定值分别为50，100，300和500。CAN/ULC-S107-M87是专门针对屋顶遮盖物的燃烧性能试验制定的标准。近来，加拿⼤⼀些专家建议将锥形量热计作为材料燃烧等级判定的标准试验⽅法(ULC–S135–04)。

三、欧盟对建筑材料燃烧性能要求

欧盟的成员国于2001年颁布了新的燃烧性分级体系，其⽬的是希望新的分级体系取代欧盟现⾏的⼤量的不同测试⽅法和分级体系。该新的分级体系包括两个部分：⼀部分专门针对铺地材料，另⼀部分针对其他所有建筑构件材料和产品。这些分级体系参照的⽕灾案例是墙⾓⽕试验，墙⾓⽕的试验的标准是ISO 9705。

建议材料分级的试验⽅法和标准具体如下：

1) ISO EN 1182，不燃性试验，对⽕灾⽆重要贡献建筑产品的确认，⽤于材料A1、A2、A1FL和A2FL级的判定；

2) ISO EN 1716，热值，材料完全燃烧的潜热，⽤于材料A1，A2，A1FL，A2FL级的判定；

3) EN 13823，单个物件燃烧试验，置于墙⾓的单个燃烧物件对⽕灾发展的贡献评价，⽤于材料A2，B，C，D级的判

3) EN 13823，单个物件燃烧试验，置于墙⾓的单个燃烧物件对⽕灾发展的贡献评价，⽤于材料A2，B，C，D级的判定；

4) ISO EN 11925–2，点燃试验，材料在⼩⽕焰作⽤下的点燃性能评价，⽤于材料

B，C，D，E，BFL，CFL，DFL，EFL级的判定；

5) ISO EN 9239–1，辐射热源下铺地材料的燃烧⾏为，材料⽔平表⾯⽕焰熄灭后的临界辐射通量评价，⽤于材料

A2FL，BFL，CFL，DFL，EFL级的判定。

四、⽇本对建筑材料燃烧性能要求