中级工程师论文房内装修中防火性能心管理建设方案

 　　建筑物楼板构造含天花板耐火试验以CNS12514试验主要探讨面材的厚度对崩塌的影响,故在CNS12514实验中,将天花板分成四等份如图15,面板分别以9mm石膏板、12mm石膏板、7mm耐燃合板、及12mm耐燃合板,板与板间皆以9mm石膏板分隔,固定材皆以木角材,固定材跨距选用在一般装修常使用的90cm。装修后的试体长480cm、宽480cm、天花板与楼板间距30cm。量测天花板及木角材温度。所以应该如何来推动现在房内装修工程的建设发展呢?本文在这方面做了相应的介绍。

　　摘要：依据火灾可燃物的热解着火行为之不同,一般来说可以将固体可燃物分成碳化型(charring)及非碳化型(non-charring)两大类,碳化型材料受热后在加热方向上存在由外到内的温梯度,并由表面开始产生热解,且其热解是分层进行的,当其热解挥发分达到一定量值时,若有氧化剂的存在,足够高的温度下将产生着火,随着热解与燃烧的进行,此类材料之表面会有大量的焦碳覆盖,焦碳层的形成会使表面热阻增大,使得材料表面温度上升,并在材料内部形成更大的温度梯度,进而影响材料之热解与燃烧速率,此类材料大都是天然的,其中木材就是这类材料的典型代表。非碳化型材料受热后短时间内即软化流动,其热解和着火类似于液态燃料,能完全热解燃烧,一般不会有残留物存在,这类材料大都是人工合成的塑料制品,其中以PMMA为典型代表。

　　关键字：房内装修,防火性,装饰论文

　　引述

　　据火灾资料统计,世界各国火灾事故中建筑物火灾造成的损失占首要位置,而其中约21%与木材、织物等固体可燃物有关,损失巨大的住宅建筑火灾中,约有70%与建筑物室内装修用的木质材料有直接关系。由此建筑火灾之主要可燃物种类及燃烧特性,本研究将以木材进行探讨,再由主要影响燃烧过程之材料性质加以界定,并研拟所须之试验标准,以供性能设计与仿真之须。碳化型材料(如木材)之热解与着火过程是一个及其复杂的物理与化学变化的过程,在外界热辐射作用下,构成木材之纤维素等天然有机高分子在热解反应作用下发生了一系列复杂的断键、解聚、分解与重组的过程,生成了固态的焦碳、焦油及液态水,同时析出大量的挥发分气体,一旦到达着火极限,在试体的表面产生明火。另一类在低辐射加热下或是氧气含量不足的情况下可燃物发生了一种自加热式的着火(燃烧)方式被称为炽热化着火(阴燃),这类燃烧方式只可能发生在多孔的可燃物(如香烟等)。据Gohlieb之分析结果,不论什么树种的木材,其元素组成分为:C:50%、H:6%,由此推定木材之分析实验式为C1.5H2.1O1.0,木材之含氮量在0.5%以下,灰分之含量依树种而异,温带树种之灰分含量约为1%以下,因边材含有蛋白质,所以边材之含氮量较心材高。木材之元素组成虽不论何种树种皆类同,但是其木材之化学组成分,不但在树种之间有差异,同时在同一树干上因部位不同亦生差异。木材之化学组成分呈不均一分怖于各部位,且组成分为相当复杂之物质。

　　建筑装饰论文：《现代装饰》杂志创刊于1985年，是经国家新闻出版总署、国家科委批准创刊的国内外公开发行的建筑装饰、室内设计类专业期刊。20多年来为建筑、室内设计及相关行业的决策层及专业人士提供海内外丰富的设计理念和精辟的案例剖析。在全力向社会推介精英设计师的同时，亦为社会选择高端设计服务提供了极佳的参考。发行立足珠三角地区，辐射全国大部分城市和区域，并在美国、日本、韩国、澳大利亚、意大利等海外各地有着稳固的读者群。

　　木材之主成分为纤维素、半纤维素、木质素,副成分为油脂、树脂、萜类、单宁、色素以及氮化合物。整理出木材三种主成分之热解温度区间,半纤维素在200~260℃,纤维素在240~350℃之间,而木质素在280~500℃之间。木材之热解历程如下,当温度到达100℃之后,其内部的水分就开始发生蒸发,随着温度的进一步升高,缓慢的热解反应释放出少量的挥发份,材料的重量开始发生变化,当温度处在200℃到280℃之间时,热解反应较为缓慢且被认为是吸热的(主要是半纤素的热解过程),此时反应主要产生了二氧化碳、乙酸以及水蒸气,热解反应的加速阶段时在温度达到280℃到500℃之间,如果此时的环境气氛是惰性的,当温度高过500℃材料的重量变化不大,但是如果环境中有氧气存在,温度达到280℃到500℃之间时的热解反应是强烈的放热反应(主要是纤维素及木质素的热解过程),而且高过500℃后由于碳化部分之缓慢燃烧,使得材料的重量逐渐减少。

　　根据空气气氛下木材热解(燃烧)失重过程的两个阶段特性,利用”双组分两阶段”反应表现动力学模型来描述该过程。(式略)在木材热解与着火过程中几何结构的变化方面,当表面温度达到300℃以上时,其碳化层就要发生收缩并在表面出现裂纹,这些裂纹的出现会使得热解产生的挥发份更加容易析出,且随着碳化层的变厚,裂纹的深度及宽度变大,这样表面碳化层出现体积收缩及开裂的主要原因,由于水分蒸发,挥发份的析出,以及木材内部大分子机构重整使得其表层发生了收缩,又由于碳分子的重新结合以及空隙之间的引力作用使得碳化层开始发生开裂,并随着碳化层的加深裂纹也越来越大、越深,为促使与仿真输入数据的质量高度相关的火灾模式计算的准确度增加,重点是房间火灾的区域模式,但其它类型的数学火灾模式也需许多相同的输入变量,提供数学火灾模式需作为输入值的材料性质,提供各项输入变量如下所列:空气/燃料比、燃烧效率、对流热传递系数、密度、放射率、逸入系数、火焰扑灭系数、火焰散布参数、燃烧热、气化热、裂解热、热释放率、引燃温度、质量损失率、物种产生速度、裂解温度、比热、热传导、及热惯性。综上所述,材料在受热或处于高温环境下时会有不同反应特性,这些特性在火灾进展过程中会递次出现,对于火灾危害因子效应或助长或消灭。居室火灾若建筑物或居室发生火灾,依室内火灾温度的变化大致可分成4阶段。

　　a.起火期」:造成起火的原因一般有香烟引燃沙发或引燃垃圾桶纸张进而引燃其外围家具或窗帘等的燃烧,或因电气器具过热引燃衣物或床垫,或来自邻房的延烧等火源,此阶段时间可能很短暂,也可能非常长的引火时间,皆称为「起火期」。

　　b.成长期」:一旦起火期引燃更多材料或壁装材料着火,使得燃烧加剧,室内火灾温度快速升高,此时即进入「成长期」,燃烧火焰从燃烧点(区)扩展至邻近材料或传递至火焰所及稍远处,形成延烧(firespread)现象,假如有过量热能产生,且有热能回馈的话,延烧将加剧加速。影响此过程若干物理性、几何因子、包括可燃物之形状及配置方向,有无边缘、角落,邻近有无反射热能之表面等。

　　c.「全盛期」「闪燃」:在火灾持续成长的过程当中,热裂解产生的可燃性气体会在室内高处蓄积,当该气体与空气之混合气体浓度达到燃烧界限,且温度已达到多数材料之着火点或以上,将使室内全体陷于火焰之中,由局部燃烧瞬间扩大到全体燃烧,「闪燃」可能产生,或火势旺盛、温度持续在高温领域的时期,称为全盛期。由于此阶段会发生温度急遽上升、烟及燃烧气体量激增、氧气浓度急速减少、压力变化等现象,人在室内已难以存活,所以所有人员应在此之前逃避至安全之处,此阶段之持续时间依可燃物量与空气之供给量而定。

　　d.「衰退期」:为居室火灾最盛期后火势趋小之阶段,室内温度开始下降,地板上呈现残物燃烧状态,一直至熄灭为止。由火灾历程之中,火灾扩大受材料特性影响之关键时期是从起火至全盛期(或闪燃)阶段为止,在此期间内,其延烧烧现象系由室内可动火载量配置与内装材料特性所决定。因此装修材料在预防火灾发生及阻止延烧扩大功能方面所扮演角色十分重要。

　　建筑物防火对策的第一要务即是预防起火,而建筑技术规则严格来说仅对于装修材料的表面材有耐燃性规范,至于装修时所使用的底材,并未明确规范,所以可能导致火灾之火热藉由试体的传热性而加热固定之底材、木角材或吊筋,使其燃烧或变形,进而导致火由表面材之底材或固定材燃烧或造成耐燃装修面之破坏而延烧,针对一般常见的内装固定材料(木角材及吊筋轻钢架)进行实验评估成果加以说明,该研究所采用较接近火灾实况之大尺度实验CNS15408(实验法同ISO9705)房间试验,与CNS12514建筑物构造楼板含天花板之耐火试验,进行模拟装修底材在真实火灾历程之成长期与全盛期下燃烧现象探讨。CNS15408房间试验为了解不同耐燃级数、不同厚度板材于CNS15408房间试验之火场行为,分别以9mm耐燃二级石膏板及12mm耐燃三级耐燃合板为面材。天花板之支撑材分为两个部份,一半以木角材来固定面材,另一半吊筋轻钢架来固定面材,墙面则都以木角材来固定,木角材跨距皆选用在一般装修最常使用的60cm,装修后CNS15408房间内长3.3m、宽2.2m、高2.3m。量测项目包括房间天花板、天花板木角材、天花板吊筋及墙面木角材温度。(1)面板9mm耐燃二级石膏板试验结果实验开始先以燃烧器供应热释放率100kW燃烧火源,于实验开始第13秒墙面石膏板即有明显焦黑情况,第22秒时天花板有明显变焦黑情况,且焦化面积持续扩大。10分钟时,燃烧器由100kW增加至300kW,墙面和天花板焦化面积也随燃烧火源加大而扩大。15分20秒时,天花板被烧穿掉落。15分20秒天花板崩塌后,火焰穿过石膏板,直接燃烧底材之木角材及吊筋,使装修的结构受到破坏,之后陆续有小片的天花板掉落,当19分23秒天花板整个崩塌下来,20分钟时,燃烧器熄火后,可清楚的看到木角材固定的天花板已全部崩塌,木角材还有余焰燃烧,且墙面的焦化面积。黑的情况,且焦化面积持续扩大。当到达10分钟时,热释放率由100kW增加至300kW后,在10分37秒发生闪燃,火焰窜出,10分57秒进行灭火实验各热电偶测点温度,热释放率、总热释放方面,在天花板下方之温度(T1、T2、T3)于燃烧器供应热释放率100kW期间,除T3因位于燃烧器附近,温度达约500℃外,其余各点维持在300℃左右,十分钟后燃烧器供应热释放率增加至300kW后,于10分37秒发生闪燃,温度快速升高至600℃~900℃,为避免实验设备受损,实验随即停止及灭火。在天花板后方温度(T4、T5、T11、T12、T13、T14)与墙面后方温度(T6、T7、T8、T9、T10)方面皆缓慢上升,且皆未超过100℃。吊筋(T15、T16)之温度介于150℃~200℃,未达吊筋性质变化之温度。在热释放率、总热释放,耐燃合板虽可燃,但前十分钟供应引火之热尚未能造成耐燃合板之引燃,当燃烧器热释放增加至300kW后,短时间内即达闪燃,热释放率也随之瞬间增加。固定材在火场中之危害为面板材烧穿,才会造成固定材曝露于火场,造成装修材料突然大量暴露于火灾高热中以致释放大量热、烟,在2次试验中,以9mm二级石膏板为面材燃烧试验,在约于15分钟天花板受火源直接加热部分发生烧穿与崩塌,约于19分天花板面材整个崩塌,使得天花板部分固定材曝露于火场中,但由于火势并未成长因而在模拟火源烧尽后,在无热源下火势快速衰退,以12mm三级耐燃合板为面材燃烧试验,在模拟引火期引燃室内材料而进入成长期阶段约50秒钟时间,加热源附近之面材迅速燃烧成长及延烧,并非常快地发生闪燃,但此时所有面材并未发生崩塌现象,且固定材仍受面材被覆下尚未受到火热之侵袭与燃烧。因此,在面材烧穿破裂前,即使发生闪燃,固定材在面材仍有效被覆下并不会加剧与扩大火势。此外,面材烧穿与否是固定材是否会影响防火性能之关键,经分析发现是否烧穿与板材之耐燃性无直接关系,其厚度扮演重要角色,此点在已有证明。而装修材料在表面试验中已有检测其龟裂及裂隙宽度,在2011年转换测试标准CNS14705亦有龟裂及裂隙宽度之判定项目,已足以在火灾初期防护固定材,但固定材于性能设计时须计入火载量内,但在吾人多年防火实验经验发现,面板材料实时通过耐燃性之测试,在使用时由于材料构成成份、比例不同,在受到火灾成长期之火势下,有产生裂缝或爆裂现象,而失去其耐火性能,如用于构件(如防火墙)则可能降低其防火时效。

　　试验过程中当面板材崩塌,即会造成木角材受热温度急剧上升,观察四种面材固定木角材温度,得知四种面材崩塌的顺序依序是9mm耐燃石膏板、7mm耐燃耐燃合板、12mm耐燃石膏板、12mm耐燃耐燃合板。由此可知,崩塌的发生与面板材之耐燃性无直接关系,而与面板材厚度有较显着的关系。耐燃合板之崩塌主要在于耐燃合板被引燃烧穿后,使固定木角材受热引燃及碳化而失去固定面板强度,以致无法承受面板材重量而造成崩塌。在石膏板方面因受热后,面材龟裂、脱水粉化,使固定木角材因而受热引燃,进而造成大规模的崩塌。

　　底材热/烟特性实验与讨论一般在进行室内装修时,常将通过检测产品作为面材贴附于另一底材上,此底材常不具耐燃性能,且未加以规范。为探讨单纯贴附,是否会影响面材耐燃性能,由四种不同的面材(4mm耐燃一级木丝水泥、6mm耐燃一级硅酸钙板、9mm耐燃一级石膏板、12mm级外耐燃合板),贴附在底板(10mm级外三夹板)上,再以CNS6532耐燃试验法之表面试验,试验结果可发现当面材贴在底材上,并未明显影响材料在表面燃烧发热性,但发烟性与余焰则因面材特性而异,特别是硅酸钙板,在加了底材之后,因为硅酸钙板产生裂缝而使底材受热引燃,发烟,使其耐燃性由耐燃一级降为级外。

　　由其结果可知,面板材贴附于级外之底材上,对于一些材料可能在受热时因热膨胀行为在底材拘束下,因而由受热面产生裂缝而使热贯穿至底材,进而促使底材燃烧或发烟。所以在CNS6532试验法标准中对于底材或中间材非无机材料之复合材料,在耐燃二级以上要求时,须加作附加试验(贯穿试验),以防止当使用时有穿孔须要但未妥善防护处理,将使底材受热燃烧;在2011年转换以CNS14705为耐燃材料试验法后,由于此试验法并无贯穿试验要求,对此一特性有必要在二试验法并行使用期间有必要进一步探讨。

　　多数的标准大致上皆明订「试体之材料及组成,须与实际所使用者相同」,依照经济部标准检验局公告应施检验品目,主要为单一材料,但实际使用于室内装修墙面系统常将耐燃板材贴附在不同板材上;因此,使用于室内装修上有此贴附施工,应循建筑新技术新工法新设备及新材料审核认可规定,取得认可后始得使用。

　　装修材料在CNS6532及CNS14705中皆有检测其龟裂及裂隙宽度,已足以在火灾初期防护固定材免受火热之侵袭,但对于在成长期阶段之火势下部分材料会产生爆裂,此类材料在此二试验法并无法测出;因此,在使用上尤其使用于耐火构件面板,有必要以更接近火灾成长期之试验法(如CNS15408)加以检验与规范使用。底材(1)将已具耐燃性能之板材贴附于级外,若面板材产生龟裂或裂隙,将使底材被引燃而产生燃烧与发烟。(2)此类实际使用型态之板材在CNS6532中有附加试验(贯穿试验)加以测试,但CNS14705并无此测试,其耐燃级数之判定将有所差异,标准完全转换前应加以进一步探讨。(3)此类实际使用型态使用规范应循建筑新技术新工法新设备及新材料审核认可规定,取得认可后始得使用。

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