建筑材料热释放速率试验方法GB/T16172-2007/ISO5660-1：2002

 前言

中华人民共和国国家标准
建筑材料热释放速率试验方法
Test method for heat release rate of building materials
（ISO 5660-1：2002，Reaction-to-fire tests—Heat release，smoke production
and mass loss rate——Part 1：Heat release rate（cone calorimeter method），IDT）
GB/T 16172-2007/ISO 5660-1：2002
代替GB/T 16172—1996
2007-07-02发布  2008-01-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会  发布
本标准等同采用ISO 5660-1：2002《对火反应试验  热释放、产烟量及质量损失速率  第1部分：热 释放速率（锥形量热仪法）》（英文版）。
本标准等同翻译ISO 5660-1：2002。
为便于使用，本标准做了下列编辑性修改：
a）“本国际标准”一词改为“本标准”；
b）用小数点“.”代替作为小数点的逗号“，”；
c）删除国际标准的前言。
本标准代替GB/T 16172—1996《建筑材料热释放速率试验方法》，因为国际上的发展原标准在技 术上已过时；本标准与GB/T 16172—1996相比主要差异如下：
——增加了术语定义中的条目；
——增加了符号一章；
——增加了辐射屏蔽和可选防护屏；
——增加了对燃烧时间短暂材料数据采集周期的要求；
——增加了对尺寸不稳定材料制备的要求；
——增加了待测试样基材选用的要求及养护要求；
——增加了非经常性标定并增补了预标定、工作标定的要求；
——更改了最长数据采集时间和最短试验时间；
——增加了质量损失速率的测试和计算；
——增加了6个资料性附录。
本标准附录A、附录B、附录C、附录D、附录E和附录F均为资料性附录。
请注意本标准的某些内容有可能涉及专利的内容。本标准的发布机构不应承担识别这些专利的
责任。
本标准由中华人民共和国公安部提出。
本标准由全国消防标准化技术委员会第七分技术委员会（SAC/TC 113/SC 7）归口。
本标准负责起草单位：公安部天津消防研究所。
本标准参加起草单位：公安部四川消防研究所。
本标准主要起草人：李晋、杜兰萍、张欣、张网、张羽、王钢、果春盛。
本标准于1996年首次发布，本次为首次修订。
本标准所代替标准的历次版本发布情况为：
——GB/T 16172—1996。

1范围

本标准规定了采用外部点火器，试样在水平定位受到可控制等级的热辐射时，测定热释放速率的方法。热释放速率的测量是通过燃烧产物气流中氧气浓度计算出的氧消耗量和燃烧产物的流量来确定的，同时也对试样引燃（持续有焰燃烧）时间进行了测量。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 2918  塑料试样状态调节和试验的标准环境（GB/T 2918—1998，idt ISO 291：1997，Plastics—Standard atmospheres for conditioning and testing）
ISO 554  调节和/或试验用标准环境（Standard atmospheres for conditioning and/or testing— Specifications）
ISO 13943  消防安全  术语（Fire safety—Vocabulary）
ISO/TR 14697  建筑制品衬底的选择指南（Fire tests—Guidance on the choice of substrates for building products）

3术语和定义

ISO 13943确立的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1
基本平整表面 essentially flat surface
不平整处与平面相差不超过±1 mm的表面。
3.2
闪燃 flashing
在试样表面或其上方出现的火焰持续时间少于1 s的燃烧现象。
3.3
引燃 ignition
出现持续火焰（参见3.10）。
3.4
辐射照度 irradiance
<在表面上一点>入射到试样表面某点处的面元上（包括该点和该单元区域）的辐射通量除以该面元的面积。
注：水平定位时试样上对流传热可以忽略。因此，本标准用术语“辐射照度”代替“热流”，这样可以更好地表明辐射是主要的热传递方式。
3.5
建筑材料 material
单一物质或均匀分布的混合物。如金属、石材、木材、混凝土、矿纤和聚合物。
3.6
定位 orientation
试验时试样暴露表面所处平面，铅垂或水平。
3.7
耗氧原理 oxygen consumption principle
燃烧时消耗的氧气质量与释放热量之间的比例关系。
3.8
建筑制品 product
要求给出相关信息的建筑材料、复合材料或组件。
3.9
试样 specimen
有代表性的带基材或处理过的用来试验的制品。
注：对于某些类型的制品，例如包含空气隙或接合点的制品，可不必制备代表最终使用情况的试样（见第7章）。
3.10
持续燃烧 sustained flaming
在试样表面或其上方出现持续时间超过10 s的火焰。
3.11
短暂燃烧 transitory flaming
在试样表面或其上方出现持续时间介于1 s~10 s的火焰。

4符号

见表1。

5试验原理

本试验方法建立在观测基础上，一般来说，净燃烧热和燃烧所消耗的氧气质量成比例。这个关系是每消耗1 kg的氧气释放出的热量大约为13.10X10³ kJ。在环境大气条件下，将试样置于规定的0 kW/m²～100 kW/m²的外部热辐射条件下，测量其燃烧时氧气浓度和排气流量。
本试验方法是通过有代表性的小试样，来评估试验制品对火反应时的热释放速率特性。
487'>《建筑材料热释放速率试验方法》GB/T 16172-2007/ISO 5660-1：2002

 附录D（资料性附录）垂直定位的测试

D.1 引言
本标准的正文部分只涉及水平定位的试验。本标准也适用于制品的最终使用方向是垂直的情况，如墙衬。因为这种试验方法不代表实尺制品的缩尺模型，而只是测试试样对规定的外部辐射的基本响应。对试样的总加热量是外部辐射热加上来自试样本身燃烧的热流之和。两种定位方式，来自试样本身燃烧的热流不同。应当注意的是，实验室规格试样的这种燃烧热流与实尺制品相比较，它们之间没有关系，而是因制品使用的不同而不同。实验室规格的热释放速率和实尺制品热释放速率之间的关系，宜确定一个试验辐射值，与实验室设定的辐射值相比，该值应更接近于实尺制品暴露在火灾中的辐射热流值。
标准的试验定位是水平的，因为对于大多数试样，水平定位使试样融化、滴落和散落带来的试验问题较少。由于热解物在火花隙处的分布更广，因此水平定位时引燃数据的再现性更好。在某些特定研究中，也可采用垂直定位方式，因为在这种方式下更便于安装光学高温计、试样热电偶及其他的专门仪器。垂直定位的测试需要对试验装置和试验步骤进行一些细微的调整。调整方式如下。
D.2 装置的调整
D.2.1 锥形辐射电加热器
为了在垂直定位上试验，锥形加热器组件应向上旋转90°，使热锥的下表面垂直，并平行于试样的暴露表面。
D.2.2 试样安装架
垂直定位试验中试样安装架与6.5所述不同。如图D.1所示，带有一个盛放少量熔化物的熔滴槽。
D.3 试样准备
按8.3.1中所述，将铝铂包覆的试样安装在垂直试样安装架中，背面衬以一层耐火纤维垫（公称密度65 kg/m³），纤维垫厚度根据试样厚度确定，但不应少于13 mm。在纤维垫层下面应放置一层硬的耐火纤维板。纤维板厚度应使一旦插上弹性钢丝卡（见图D.1）后，所有组件能固定在一起。锥的高度要调整到使辐射锥的轴线与试样暴露表面的中心对准。
D.4 加热器的标定
应按10.2.5对垂直定位的加热器进行标定。热流计靶面朝向加热器，放置在与垂直试样表面中心相同的位置上。
注：下表面采用厚度为4.8 mm±0.1 mm的不锈钢板。其他部位采用厚度为1.59 mm±0.1 mm的不锈钢板。
D.5 试验步骤
垂直定位的试验步骤与第11章中所述的水平定位试验步骤基本相同。试验前垂直试样安装架的放置，应使试样的暴露表面平行于辐射锥的下表面且相距25 mm。放置6.9中所述的火花塞时，应使火花塞间隙位于试样暴露表面并距试样安装架顶部5 mm。

 附录E（资料性附录）工作热流计的标定

可利用锥形加热器（见6.1）对6.12所述的工作热流计及标准参照热流计进行比较，比较时，可将热流计依次放置在标定位置上。要保证整个装置达到热平衡。
为了更好地防止标准参照热流计的灵敏度发生变化，建议使用两只标准参照热流计。

 附录F（资料性附录）有辅助气体分析的热释放速率计算

F.1 概述
第12章中计算热释放速率的公式，假设在测量O₂以前，已使用化学洗涤瓶将CO₂从气样中除去，如图6所示。某些实验室具备测量CO₂的能力，在这种情况下就不需要从O₂管线中除去CO₂，其优点是可以避免使用价格昂贵并且需要认真处理的化学洗涤剂。
如果使用本附录中的公式计算热释放速率值，所用的辅助气体分析仪的响应时间，必须与氧分析仪的响应时间严格匹配。如果这个要求不能满足，就不应使用本附录的公式计算热释放速率。如果在系统中使用CO₂分析仪，则不应使用硅胶作干燥剂。
在本附录中，给出的公式只适用于对CO₂进行测量，且不从取样管线中除去的情况。包括以下两种情况：
——干燥并过滤的样气被导入红外CO₂和CO分析仪（见图6中的可选项）；
——同时加上水蒸汽分析仪。
为避免水蒸汽冷凝，测定燃烧产物气流中H₂O浓度时，需要一个单独的取样系统。该系统中的过滤器、取样管线和分析仪均需加热。
F.2 符号
表F.1中给出本附录中使用的新符号。 F.3 测量CO₂和CO的情况
正如氧分析仪，CO₂和CO的测定也应考虑在取样管线中的传输时间，而进行如下转换：

在公式（F.5）中，括号里该项分子中的第二项，是对某些炭不完全燃烧成CO而不是CO₂的校正。在锥形量热仪试验中，X_co通常非常小，所以在公式（F.5）和公式（F.6）中可以被忽略。实际上，CO分析仪通常不会明显地提升热释放速率测定的精度。因此，即使没有CO分析仪，忽略X_co，公式（F.5）和公式（F.6）也可以使用。
F.4 同时测量水蒸汽的情况
在开放的燃烧系统中，例如本方法使用的，进入该系统的空气流量无法直接测量，但可以通过排气管道中测量的流量推导。由于部分空气燃烧，完全消耗掉这部分空气中的氧气，因此需要假设体积发生膨胀。这种膨胀取决于燃料的组成及燃烧的实际化学当量。体积膨账系数的平均值取1.105比较适宜，该值对甲烷是合适的。
在12.3.2中的公式和公式（F.5）中已经使用了这个系数。对于锥形量热仪试验，可以认为99%以上的燃烧产物由O₂、CO₂、CO、H₂O和不反应气体组成。不反应气体是指那些进入和离开系统化学性质都未发生改变的气体，这里是指N₂。如果测量H₂O，可以和O₂、CO₂、CO（认为3种都是干燥气体）的测量一起用来确定体积膨胀。排气管道中的质量流量通过下列公式可以更精确地给出：

 参考文献

[1]  ISO 5657：1997，Reaction to fire tests—Ignitability of building products using a radiant heat source
[2]  ISO 5725：1986，Precision of test methods—Determination of repeatability and reproducibili­ty for a standard test method by inter-laboratory tests（now withdrawn）
[3]  ISO 5725-1， Accuracy （trueness and precision） of measurement methods and results—Part 1：General principles and definitions
[4]  ISO 5725-2， Accuracy （trueness and precision） of measurement methods and results—Part 2：Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method
[5]  ISO/TR 3814：1989，Tests for measuring ‘reaction-to-fire’ of building materials—Their development and application [6]  ISO/TS 14934-1，Reaction-to-fire tests—Calibration and use of radiometers and heat flux meters—Part 1：General principles
[7]  ASTM E 1354-99，Standard Test Method for Heat and Visible Smoke Release Rates for Ma­terials and Products Using an Oxygen Consumption Calorimeter
[8]  BABRAUSKAS V. Development of the cone calorimeter—A bench-scale heat release rate apparatus based on oxygen consumption[J]. Fire and Materials，1984，8：81-95
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[11]  BABRAUSKAS V and GRAYSON S J eds. Heat release in fires. Barking：Elsevier Applied Science Publishers， 1992