建筑材料单体燃烧试验

技术概述

建筑材料单体燃烧试验是评估建筑材料燃烧性能的重要测试方法之一，属于建筑材料防火性能检测的核心内容。该试验方法主要依据国家标准GB/T 20284-2006《建筑材料或制品的单体燃烧试验》进行，等同于欧洲标准EN 13823，是评价建筑材料燃烧性能分级的关键试验方法。

单体燃烧试验（Single Burning Item Test，简称SBI试验）是一种中等规模的热释放速率测试方法，主要用于评估建筑产品（铺地材料除外）在受到模拟燃烧源（单体燃烧源）作用时的燃烧性能。该试验方法通过测量建筑材料在规定条件下的热释放速率、产烟量等参数，综合评价材料的燃烧特性，为建筑防火设计提供科学依据。

在建筑消防安全体系中，单体燃烧试验占据着极为重要的地位。通过该试验获得的燃烧性能参数，是判定建筑材料燃烧性能等级的重要依据。根据GB 8624《建筑材料及制品燃烧性能分级》标准，建筑材料的燃烧性能被划分为A级、B1级、B2级和B3级四个等级，而单体燃烧试验数据正是B1级和B2级材料分级判定的核心依据。

单体燃烧试验的原理是将试样暴露于规定强度的火焰热源作用下，通过测量燃烧过程中的热释放速率、产烟速率等关键参数，评估材料的燃烧特性。试验过程中，试样的一角暴露于丙烷燃烧器产生的火焰中，燃烧器模拟单个燃烧物品（如垃圾桶燃烧）产生的热冲击。试验装置会连续记录热释放速率、产烟量等数据，最终计算出FIGRA（燃烧增长速率指数）、SMOGRA（烟气生成速率指数）等评价指标。

与传统的燃烧试验方法相比，单体燃烧试验具有试验条件更接近实际火灾场景、测试参数更加全面、评价结果更加客观等优点。该试验方法能够有效区分不同燃烧性能等级的建筑材料，对于提高建筑防火安全水平、减少火灾损失具有重要意义。

检测样品

建筑材料单体燃烧试验适用于各类建筑产品（铺地材料除外）的燃烧性能评价。检测样品的范围涵盖了建筑中广泛使用的多种材料类型，主要包括以下几大类别：

• 墙体材料：包括各类内墙装饰板材、外墙保温装饰一体化板、复合墙体材料、轻质隔墙板、木塑复合墙板、铝塑复合板等
• 天花板材料：包括矿棉吸音板、石膏天花板、铝扣板、PVC天花板、木质天花板、纤维增强水泥板等
• 保温材料：包括有机保温材料如聚氨酯泡沫、酚醛泡沫、聚苯乙烯泡沫板等，以及无机保温材料如岩棉板、玻璃棉板、气凝胶毡等
• 装饰装修材料：包括各类墙纸、壁布、装饰贴面板、木饰面板、软包材料、硬包材料等
• 复合板材：包括各类金属复合板、非金属复合板、蜂窝板、夹芯板等
• 管材及保温套管：包括建筑用塑料管材、橡胶保温管、复合保温管材等
• 结构用材：包括木结构材料、胶合木、层板胶合木、正交胶合木等
• 电线电缆套管及线槽：包括塑料线管、金属线管、电缆桥架等

样品制备是单体燃烧试验的重要环节，直接影响试验结果的准确性和代表性。根据标准要求，样品需要按照规定的尺寸和数量进行制备。标准样品由两个垂直翼组成，一个短翼和一个长翼，短翼尺寸为495mm×1500mm，长翼尺寸为1000mm×1500mm。样品应具有代表性，能够真实反映实际使用材料的燃烧特性。

在样品准备过程中，需要注意以下几点要求：首先，样品的厚度应与实际使用状态一致，若实际应用中有多种厚度，应选择最不利厚度进行测试；其次，样品的表面处理状态应与实际使用状态相同，包括涂刷、覆面、粘贴等处理方式；再次，样品的安装方式应模拟实际应用条件，包括接缝、固定方式、空腔等构造细节。

对于复合材料的取样，需要特别关注材料各层的组成和结构。若材料的正反面具有不同的燃烧特性，应选择燃烧性能较差的一面作为受火面进行测试。对于多层复合材料，各层材料应按照实际应用顺序进行组装，确保试验条件与实际使用条件一致。

样品在试验前需要进行状态调节，将其放置在温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的环境中调节至恒重，确保样品的含水率处于稳定状态。状态调节的时间根据材料特性确定，一般不少于48小时，直至两次称量结果相差不超过0.1%。

检测项目

建筑材料单体燃烧试验涉及的检测项目较为丰富，主要包括热释放参数、产烟参数、火焰传播参数等多个方面的内容。这些参数共同构成了评价建筑材料燃烧性能的完整指标体系。

• 热释放速率（HRR）：指材料在燃烧过程中单位时间内释放的热量，单位为kW，是评价材料燃烧强度的重要参数
• 总热释放量（THR）：指材料在燃烧试验全过程中释放的总热量，单位为MJ，反映材料的热贡献能力
• 燃烧增长速率指数（FIGRA）：定义为热释放速率与时间的比值达到最大值时的数值，单位为W/s，是评价材料燃烧发展速度的关键指标
• 产烟速率（SPR）：指材料在燃烧过程中单位时间内产生的烟气量，单位为m²/s
• 总产烟量（TSP）：指材料在燃烧试验全过程中产生的总烟气量，单位为m²
• 烟气生成速率指数（SMOGRA）：定义为产烟速率与时间的比值达到最大值时的数值，单位为m²/s²，是评价材料产烟能力的关键指标
• 火焰横向蔓延长度（LFS）：指火焰在试样表面的蔓延距离，用于评价火焰传播特性

在上述检测项目中，FIGRA和SMOGRA是最为关键的评价指标，直接决定了材料的燃烧性能等级。FIGRA指数反映了材料燃烧发展的剧烈程度，数值越低表示材料的燃烧性能越好；SMOGRA指数反映了材料产烟的剧烈程度，数值越低表示材料的产烟危害越小。

根据GB 8624标准的规定，不同燃烧性能等级的材料需要满足不同的技术指标要求。对于B1级（难燃）材料，要求FIGRA0.2MJ≤120W/s、SMOGRA≤180m²/s²、LFS＜试样边缘、THR600s≤7.5MJ；对于B2级（可燃）材料，要求FIGRA0.4MJ≤250W/s、SMOGRA≤1.8m²/s²、LFS＜试样边缘、THR600s≤15MJ。

除上述主要检测项目外，单体燃烧试验还会记录燃烧过程中的辅助参数，如试样表面温度、燃烧器热输出、排烟管道温度、氧气浓度变化等。这些辅助参数有助于全面了解材料的燃烧行为，分析燃烧过程中的能量传递和质量传递规律。

检测数据的处理和计算同样重要。试验过程中采集的原始数据需要经过一系列计算处理，包括基线校正、时间延迟修正、热释放速率计算、产烟速率计算等步骤，最终得出各项评价指标。整个数据处理过程需要严格按照标准规定的方法进行，确保结果的准确性和可比性。

检测方法

建筑材料单体燃烧试验采用标准化的测试方法，整个试验过程严格按照GB/T 20284标准的规定执行。试验方法的科学性和规范性是保证检测结果准确可靠的基础。

试验前需要进行充分的准备工作。首先，检查试验装置的运行状态，确保燃烧器、测量系统、数据采集系统等各部件正常工作。燃烧器应进行校准，确认其热输出符合标准要求。主燃烧器的标准热输出为（30.7±2.0）kW，辅助燃烧器用于背景热释放速率的测量。

样品安装是试验的关键步骤。样品由两个垂直翼组成，安装在样品小推车上，短翼和长翼垂直相交，形成直角结构。样品背面需要安装背板，模拟实际安装条件下的背衬材料。样品与背板之间可以保留空气层或填充隔热材料，具体根据实际应用条件确定。样品边缘需要密封处理，防止燃烧过程中的火焰窜入样品背面。

试验程序分为三个阶段：环境空气流量测量阶段、背景热释放速率测量阶段和样品燃烧试验阶段。在环境空气流量测量阶段，测量进入试验装置的环境空气流量；在背景热释放速率测量阶段，点燃辅助燃烧器，测量背景热释放速率；在样品燃烧试验阶段，点燃主燃烧器，将主燃烧器移至样品暴露角位置，开始样品的燃烧试验。

样品燃烧试验的持续时间为20分钟（1200秒）。试验开始后，主燃烧器向样品底部角落暴露，模拟单个燃烧物品对建筑材料的点火作用。试验过程中，数据采集系统以适当的频率记录各项测量参数，包括氧气浓度、二氧化碳浓度、烟气温度、烟密度、气体流量等。

热释放速率的计算基于氧气消耗原理。根据氧气消耗法，每消耗1kg氧气释放的热量约为13.1MJ。通过测量燃烧前后氧气浓度的变化，结合气体流量数据，可以计算出材料的热释放速率。这种方法是目前国际上公认的最准确的热释放速率测量方法。

产烟量的测量基于消光原理。通过测量排烟管道中的光衰减程度，可以计算出烟气的消光系数，进而得出产烟速率和总产烟量。消光系数与烟气浓度成正比，能够准确反映材料的产烟能力。

试验结束后，需要进行后期观察和记录。观察样品的残余燃烧、阴燃情况，记录样品的损毁面积、炭化深度、熔滴情况等信息。这些观察结果有助于全面评价材料的燃烧特性。

整个试验过程需要在受控的环境条件下进行。试验室温度应保持在（15~30）℃，相对湿度不超过80%，确保环境因素不会对试验结果产生显著影响。每次试验前，应确认环境条件符合要求，并记录环境参数。

检测仪器

建筑材料单体燃烧试验需要使用专业的检测设备，整套试验装置由多个子系统组成，各系统协同工作完成燃烧性能参数的测量。

单体燃烧试验装置（SBI试验装置）是核心检测设备，主要由以下几个部分组成：

• 燃烧室：尺寸为（3.0±0.2）m×（3.0±0.2）m×（2.4±0.1）m的封闭空间，采用砖石或混凝土结构建造，内部表面为浅色，顶部设有排烟收集装置
• 样品小推车：用于安装和支撑试样，可在轨道上移动，便于试样的安装和试验后的清理。小推车上设有背板支架，用于安装背衬材料
• 燃烧器系统：包括主燃烧器和辅助燃烧器两个独立的丙烷燃烧器。燃烧器采用文丘里管结构，能够提供稳定、可重复的火焰
• 排烟系统：包括集气罩、排烟管道、排风机等部件，用于收集燃烧产物并输送至测量段。排烟管道设有观察窗，便于测量烟气光学密度
• 测量系统：包括气体分析仪、热电偶、烟密度测量装置、流量测量装置等，用于测量各项燃烧参数
• 数据采集系统：用于实时采集和记录各项测量数据，包括热释放速率、产烟速率等参数

气体分析仪是测量系统的重要组成部分，主要用于测量氧气和二氧化碳浓度。氧气分析仪的测量精度应达到±0.02%，响应时间不超过6秒；二氧化碳分析仪的测量精度应达到±0.1%，响应时间不超过6秒。气体采样点位于排烟管道测量段的中心位置，采样气体经过滤、干燥处理后送入分析仪。

烟密度测量装置采用消光法原理，由光源、光接收器和光路系统组成。光源发出稳定的可见光束，穿过排烟管道中的烟气层，光接收器测量透射光的强度。根据朗伯-比尔定律，由入射光和透射光的强度比值计算消光系数，进而得出产烟速率。测量光路的长度应准确测量，作为计算参数。

温度测量采用热电偶，布置在排烟管道的不同位置。测量段的温度测量用于计算烟气密度和流量，燃烧室内的温度测量用于监测燃烧过程。热电偶的类型为K型或T型，测量精度应达到±1℃。

流量测量装置用于测量排烟管道中的气体流量。流量测量可以采用双向探头或皮托管，通过测量动压来计算气体流速。流量测量的准确性直接影响热释放速率和产烟速率的计算结果，因此需要定期进行校准。

丙烷供应系统为燃烧器提供稳定的燃气供应。系统包括丙烷气瓶、减压阀、流量控制阀、流量计等部件。燃烧器的热输出由丙烷流量控制，流量计的精度应达到±1%。试验前需要对燃烧器进行校准，确认其热输出符合标准要求。

数据采集和处理系统是试验装置的控制中心，负责实时采集各项测量数据，进行数据计算和处理，生成试验报告。系统应具有足够的采样频率，能够准确记录燃烧过程中的快速变化。采样周期不应超过3秒，推荐采用1秒的采样周期。

试验装置的校准和维护是保证测试结果准确可靠的重要措施。校准包括气体分析仪校准、流量测量校准、燃烧器热输出校准等内容。建议定期进行校准，校准周期根据设备使用频率确定，一般不超过6个月。

应用领域

建筑材料单体燃烧试验结果广泛应用于建筑防火设计、材料选型、质量控制和消防验收等多个领域，是建筑防火安全体系的重要组成部分。

在建筑防火设计领域，单体燃烧试验数据为建筑材料的选择提供了科学依据。建筑设计人员可以根据建筑类型、使用功能和防火等级要求，选择满足相应燃烧性能等级的建筑材料。例如，高层建筑、人员密集场所的室内装修材料需要选择B1级或更高级别的材料，而普通建筑可以选择B2级材料。

在建筑材料研发生产领域，单体燃烧试验是评价材料燃烧性能改进效果的重要手段。材料生产企业通过调整配方、优化工艺、添加阻燃剂等措施改进材料的燃烧性能，需要通过单体燃烧试验验证改进效果。试验数据可以指导产品研发方向，帮助企业开发出性能更优异的阻燃材料。

在建筑工程质量控制领域，单体燃烧试验是建筑材料进场检验的重要项目。建设单位、监理单位可以委托检测机构对进场材料进行燃烧性能检测，确保材料质量符合设计要求。检测报告作为工程档案的重要组成部分，为工程质量追溯提供依据。

在消防验收领域，单体燃烧试验报告是消防设计审核和消防验收的重要技术文件。消防部门在审核消防设计时，需要查验建筑材料的燃烧性能等级是否符合规范要求；在消防验收时，需要查验材料检测报告是否齐全有效。单体燃烧试验作为判定材料燃烧性能等级的关键试验，其报告具有重要的证明作用。

具体到建筑类型，单体燃烧试验的应用范围十分广泛：

• 公共建筑：包括商场、酒店、学校、医院、办公楼等，这类建筑人员密集，对装修材料的燃烧性能要求较高
• 居住建筑：包括住宅、公寓、宿舍等，室内装修材料需要满足相应的燃烧性能要求
• 工业建筑：包括厂房、仓库等，根据储存物品的火灾危险性和生产工艺要求，选择相应燃烧性能的材料
• 交通建筑：包括机场航站楼、火车站、地铁站等，作为人员密集的公共场所，对材料燃烧性能有严格要求
• 体育建筑：包括体育馆、游泳馆、体育场等，空间高大，对材料的燃烧性能和产烟性能有较高要求

随着建筑技术的发展和人们对消防安全要求的提高，单体燃烧试验的应用领域还在不断扩大。新型建筑材料不断涌现，如气凝胶保温材料、真空绝热板、生物质建材等，这些材料的燃烧性能评价都需要通过单体燃烧试验来完成。

在绿色建筑评价中，材料的防火性能也是重要的评价指标之一。单体燃烧试验数据可以作为绿色建筑评价中材料性能评分的依据，推动建筑行业选用更加安全、环保的建筑材料。

常见问题

在建筑材料单体燃烧试验的实际应用中，委托方和技术人员经常会遇到一些疑问和困惑。以下针对常见问题进行详细解答，帮助相关人员更好地理解和应用该项试验。

问：单体燃烧试验与氧指数试验、水平垂直燃烧试验有什么区别？各自适用于什么情况？

答：这三种试验方法从不同角度评价材料的燃烧性能，各有特点。氧指数试验是测定材料在规定的试验条件下维持燃烧所需的最低氧气浓度，是一种小尺寸的筛选试验，适用于材料研发和配方优化。水平垂直燃烧试验是评价材料在规定火源作用下的燃烧行为，包括点燃性、燃烧速度、自熄性等，主要用于电器元件和电工产品的燃烧性能评价。单体燃烧试验是一种中等规模的燃烧试验，模拟单个燃烧物品对建筑材料的燃烧作用，测试参数更加全面，更接近实际火灾场景，是建筑材料燃烧性能分级的主要依据。

问：哪些材料需要做单体燃烧试验？

答：根据GB 8624标准的规定，需要进行单体燃烧试验的材料主要是B1级和B2级分级判定的建筑产品（铺地材料除外）。具体包括：室内墙面装饰材料、吊顶材料、隔断材料、保温材料、复合板材等。A级材料可以通过其他试验方法（如不燃性试验）进行判定，不需要进行单体燃烧试验；B3级材料通过可燃性试验即可判定，也不需要进行单体燃烧试验。

问：单体燃烧试验的样品尺寸和数量有什么要求？

答：单体燃烧试验的标准样品由两个垂直翼组成，长翼尺寸为1000mm×1500mm，短翼尺寸为495mm×1500mm，试样厚度为实际使用厚度。每组试验需要3个样品，取最不利的试验结果作为最终结果。如果材料具有多种厚度，应选择最不利厚度进行测试；如果材料存在正反面的差异，应选择燃烧性能较差的一面作为受火面进行测试。

问：试验报告中FIGRA和SMOGRA指标如何解读？

答：FIGRA（燃烧增长速率指数）反映了材料燃烧发展的剧烈程度，数值越低表示材料燃烧增长越缓慢，燃烧性能越好。SMOGRA（烟气生成速率指数）反映了材料产烟的剧烈程度，数值越低表示材料产烟危害越小。在燃烧性能分级中，FIGRA和SMOGRA是判定B1级和B2级材料的关键指标，需要同时满足阈值要求才能判定为相应等级。

问：影响单体燃烧试验结果的因素有哪些？

答：影响试验结果的因素较多，主要包括：材料本身的燃烧特性（化学组成、密度、厚度等）、样品的制备质量（尺寸精度、安装方式、接缝处理等）、试验条件（环境温度湿度、燃烧器热输出、空气流量等）、仪器设备的校准状态等。为保证试验结果的准确性和可比性，需要严格按照标准规定进行样品制备和试验操作。

问：单体燃烧试验的周期一般需要多长时间？

答：单体燃烧试验的周期包括样品状态调节时间和试验时间。样品状态调节时间一般不少于48小时，直至样品达到恒重状态。单个样品的试验时间为20分钟，加上试验前后的准备和清理工作，每组试验（3个样品）的实际操作时间约为2-3天。考虑样品准备、设备校准、数据处理等因素，整个检测周期一般为7-10个工作日。

问：铺地材料为什么不适用单体燃烧试验？应该采用什么试验方法？

答：铺地材料的燃烧性能评价采用不同的试验方法。根据GB/T 11785《铺地材料的燃烧性能测定 辐射热源法》，铺地材料采用临界辐射通量试验进行评价。该试验模拟室内火灾发展到轰燃后，高温烟气层对地面材料的热辐射作用，测量材料在不同辐射热通量下的火焰传播距离，计算临界辐射通量值。这种方法更符合铺地材料在实际火灾中的受火条件，评价结果更具针对性。