建筑材料阻燃检测中单体燃烧试验如何进行？

单体燃烧试验（SBI）是建筑材料阻燃检测的核心方法之一，依据欧盟EN 13823及国内GB/T 20284标准，通过模拟小火焰引燃场景，精准测量热释放速率、烟释放速率等关键参数，直接反映材料对火反应特性。本文结合标准要求与实操细节，系统讲解SBI试验的完整流程与关键要点，为建筑材料燃烧性能评估提供专业参考。

试验前的试样准备

单体燃烧试验的试样需满足严格尺寸要求，多数建筑材料（如墙板、吊顶板）的试样尺寸为1000mm×1000mm×实际厚度，若产品厚度超200mm，需切割至200mm但保留原有结构，确保结果反映材料真实性能。柔性材料（如防水卷材）需固定在刚性基材上，避免试验中变形。

试样状态调节是关键前置步骤，需在温度23±2℃、相对湿度50±5%的环境中放置不少于48小时，吸湿性材料（如木材）需延长至72小时，确保达到吸湿平衡——湿度会直接影响引火时间（高含水率会延迟点火）。

试样数量需满足平行试验要求，每个产品类型做3个平行样，取平均值减少误差。试样需清晰标识正反面与安装方向（如“正面朝火焰”），避免安装错误。复合材（如夹芯板）需保留完整结构，不得拆分面层与芯材，否则结果会偏离实际。

试验设备的检查与校准

SBI试验装置由试样架、燃烧器、丙烷气系统、排烟系统、数据采集系统等组成。试验前需检查燃烧器喷嘴是否堵塞，丙烷气压力是否稳定在0.2MPa±0.02MPa，流量控制器能否精准调节至0.025L/s±0.001L/s。

热电偶需用标准温度源校准（500℃与1000℃下误差≤±5℃），避免温度测量失真。氧浓度分析仪需用纯氮气（校零点）与新鲜空气（校满量程）校准，误差≤±0.1%。烟密度测量仪的光电传感器需用标准烟样校准，光透过率误差≤±2%。

排烟流量需用孔板流量计校准，确保波动≤±2%——流量不稳定会导致热释放速率计算误差。设备校准需定期进行（热电偶每半年1次，氧分析仪每年1次），并保留校准记录。

试验原理的核心逻辑

SBI试验模拟“小火焰引燃建筑材料”的真实场景：倾斜45度的丙烷燃烧器（火焰长度150mm）直接作用于试样底部，模拟室内火灾中“可燃物掉落引燃墙面”的初始阶段。试验通过氧消耗法测热释放速率（HRR），光衰减法测烟释放速率（SPR），评估材料的引火性、火焰蔓延能力与烟气危害。

热释放速率基于“氧消耗法”（Huggett原理）：每消耗1kg氧气释放约13.1MJ热量，误差≤±5%，是国际通用的HRR计算方法。烟释放速率基于“光衰减法”：烟气颗粒降低光透过率，透过率越低烟浓度越高。试验结果直接关联EN 13501-1燃烧等级（如A2级材料THR≤4MJ）。

试样安装的操作细节

试样背面需粘贴50mm厚的陶瓷纤维板（导热系数≤0.1W/(m·K)），防止热量传递至架体。将试样固定在钢结构架体上（尺寸1100mm×1100mm），用螺钉或夹具确保平整无翘曲，边缘与架体缝隙≤2mm（缝隙过大需用耐高温胶填充）。

试样底部与燃烧器的距离需调整为50mm±2mm，垂直度误差≤±1度（用水平尺测量）。安装后需确认试样正面朝燃烧器，底部对齐火焰中心——距离过近会过度加热，过远则无法有效点火。

燃烧器的调试与点火流程

点燃燃烧器后，用钢尺测量火焰长度，调整流量至150mm±10mm（蓝锥部分约40mm，说明燃烧充分）。若火焰过短需增大流量，过长且有黄烟需清理喷嘴。点火前需启动排烟系统（流量0.04m³/s±0.002m³/s），确认电子天平归零、数据采集系统启动。

将燃烧器移动至试样下方规定位置，开始计时（t=0）。点火期（t=0至t=300秒）内保持燃烧器位置不变，记录试样首次持续燃烧的时间（ignition time）——若300秒内未点燃，说明材料不易引火；若100秒内点燃，说明引火性强。

试验阶段的时间节点控制

点火期（t=0至t=300秒）是主动点火阶段，记录ignition time。t=300秒时关闭燃烧器并移开，进入自由燃烧期：若试样持续燃烧，需测量至HRR降到峰值的10%以下，或t=1200秒（以先到者为准）。

自由燃烧期需关注“峰值热释放速率（PHRR）”——PHRR越高火灾蔓延越快（B级材料PHRR≤300kW）。试验结束后待试样冷却至室温，收集残渣测残留质量，计算质量损失率（MLR=（初始质量-残留质量）/初始质量×100%）——MLR反映材料分解速率。

热释放速率的测量与计算

热释放速率计算公式：HRR（kW）=（20.95-O₂）/（20.95×0.7905）×V×1.2×13.1×1000/3600（O₂为排烟氧体积分数，V为排烟流量）。氧传感器需实时采集数据（响应时间≤1秒），排烟流量需稳定（波动≤±2%）。

数据处理时需绘制HRR-时间曲线，找到PHRR与总热释放量（THR，曲线下面积）——THR反映总热量输出，是评估火灾规模的关键参数（B级THR≤200MJ）。

烟释放特性的检测方法

烟释放速率计算公式：SPR（m²/s）= -（V/1）×ln（T/100）（T为光透过率，V为排烟流量）。光电传感器需实时测透过率，集烟罩需完全覆盖试样上方（避免烟气泄漏导致SPR偏低）。

总烟释放量（TSR）是SPR曲线下的面积（单位m²），反映总烟量（B级TSR≤200m²）。试验中需注意烟羽收集——集烟罩密封不严会导致结果失真。

质量损失与火焰蔓延的记录

质量损失速率（MLR）通过电子天平实时测量（MLR=Δm/Δt），反映材料分解速率（塑料MLR远高于无机材料）。火焰蔓延需用热电偶阵列（每隔100mm装1个）与视频监控记录：热电偶温度超300℃说明火焰到达该位置，视频每10秒截图一次记录火焰高度。

火焰蔓延关键指标：火焰到达顶部的时间（t_top，B级≥600秒）与最大高度（h_max，B级≤1000mm）——t_top越短蔓延越快，h_max越高传播能力越强。残留质量越多说明材料成炭性越好（如防火涂料成炭层阻火）。

试验过程的安全规范

丙烷气需通风良好，安装可燃气体报警器（报警浓度1.05%），气路管道用不锈钢材质，接口用生料带密封（每周用肥皂水查泄漏）。试验现场需设防护栏（避免接触高温试样），戴耐高温手套操作燃烧器。

电气设备需接地（接地电阻≤4Ω），电源线绝缘层破损需立即更换。配备干粉与CO₂灭火器（距装置≤5m），发生火灾立即关丙烷阀、用灭火器灭火；发生泄漏立即通风、撤离人员。