建筑火灾根据其火源的不同可以分为建筑内部火灾和建筑外部火灾。国内对建筑外部火灾的研究涉猎较少。课题旨在研究屋顶材料在外部火焰中的防火性能测试方法、试验装置和分级方法，为我国屋顶材料在外部火焰中的防火性能测试和分级做好技术准备，研究成果将填补我国屋顶材料防火性能测试技术的空白。课题主要对易燃、可燃及难燃类屋顶材料：光伏电池板、屋顶保温材料、防水卷材等进行了试验，研究其防火性能的特点，并对试验方法进行了验证和评价。引言建筑内部火灾和建筑外部火灾的发生、发展过程不同，其研究方法也不相同，形成的研究理论也不一致。我国至今仍然较关注建筑内部火灾情况，对于建筑外部火灾的研究尚很少涉猎，对建筑外墙、屋顶等外表面材料的防火性能既没有技术要求，也没有形成监管要求。然而在世界范围内，早已形成了较为成熟的建筑外部火灾检测、评定技术，包括美国UL790(屋顶材料防火性能测试方法标准)、美国ASTME108(屋顶材料防火性能测试方法标准)、美国NFPA256(屋顶材料防火性能测试方法标准)、国际ISO12468(屋顶材料暴露在外部火焰中一部分：测试方法，第二部分：分级)、欧盟ENV1187(屋顶材料暴露在外部火焰中的试验方法)、欧盟EN13501—5(建筑制品及构件防火性能分级第五部分：用屋顶材料暴露在外部火焰中的试验数据分级)、英国BS476(建筑材料及结构防火性能测试第三部分：屋顶材料暴露在外部火焰中的试验方法和分级)等。同时建筑外部火灾时有发生，比如建筑内部火焰向外蔓延、附近建筑火灾蔓延、森林火灾等，而且建筑外部火灾造成的危害不可忽视，烧毁外墙、烧穿屋顶的事故屡见不鲜。我国部分出口量多的建筑屋顶制品，常被要求进行外部火灾试验。因此，对屋顶材料在外部火焰中的防火性能研究显得非常迫切。

1测试方法的研究。对测试方法的研究过程，我们按照操作简单易行、试验数据可再现性、可行性强的思路，在科学、适用的前提下选择操作简单的方式进行。因此我们在了解试验原理，借鉴国外测试技术、有效模拟实际场景的基础上，根据我国的国情，尽量选择可行性强的试验方法。屋顶材料防火性能测试基本的两点：一是模拟屋顶材料的受火状态，二是模拟屋顶材料的使用状态。

1.1屋顶材料的受火状态。屋顶材料作为建筑顶部外层，发生火灾时受到建筑外部火灾的作用，外部火焰具有火势大、传播快、空间不受限等特点，还可能附加风、热辐射等作用，因此试验时使用较大尺寸的样品，暴露在较大的空间，受到一定规模的火焰轰击。建筑屋顶的受火可以按照其形成分为两大类：一类是室内或者附近建筑火灾发展较为猛烈情况下蔓延到屋顶表面，另一类是持续燃烧的飞火掉落屋顶。相比而言，掉落屋顶的飞火对屋顶的危害更严重：前者对建筑屋顶造成的危害主要在于引起屋顶着火并随风蔓延，终造成屋顶材料的破坏和损毁；而后者一旦掉落屋顶，将会附着在屋顶表面并持续然燃烧殆尽，不但引起表面材料的燃烧损毁，还容易造成火焰穿透屋顶、内部的燃烧损毁，同时火焰也会蔓延传播扩散更82快，因此本课题研究以燃木作为火的模拟方式。通过比较国际上已有的屋顶材料防火性能测试标准的试验方法原理、试验设备、试验程序、时间和成本等，结合我国外部火灾研究、测试起步阶段的实情，选择可操作性强的ENV1187中的试验一比较适合我国现阶段国情。该方法能体现其科学性和适用性，建议采用该方法作为我国屋顶材料防火性能测试方法。1.2屋顶材料的使用状态。屋顶材料的使用具有以下特点：屋顶有一定的坡度，以便雨水下排；屋顶材料安装在屋架结构上，形成完整的屋顶，起到密闭空间、防风、防雨等作用。在试验方法中需选择不同的坡度代表其实际使用的坡度；选用不同的试验基板作为不同类型的屋架结构的模拟。我国一般坡屋顶屋顶坡度为30°的，厂房的屋顶多为15°，部分轻钢屋面5°(相当于平屋面)，坡度大的能达到75°。因此，本方法研究采用以下控制坡度的方法：屋顶实际使用坡度小于20°的，在坡度15°进行试验；实际使用坡度大于20°的，在坡度45°进行试验；其余特殊用途的屋顶材料在其特定坡度下进行试验。屋架结构一般有钢筋混凝土类不燃性的、木屋架等可燃性的和钢结构的，因此试验基板要能代表这几类屋架结构的特点。试验分别选择了厚度10mm的增强型硅酸钙板代表不燃性基板、锯末板基板和实木窄条基板，代表不同材质不同缝隙的可燃类基板。异型钢质基板代表钢结构屋架。

2分级方法的研究。分级是为了将不同的产品区分开来，给出等级和层次，方便生产者进行质量控制和消费者按需选用。因此分级方法要能体现出不同等级的差别。屋顶材料防火性能主要进行三个方面性能的评价：一是抵抗火焰在屋面蔓延传播；二是抵抗火焰穿透屋顶；三是防止产生燃烧飞火造成室内或附近建筑火灾。根据分级参数选择的目的，分级指标的确定要满足以上三个方面的总要求，火焰传播控制在一定范围之内，不能穿透屋顶结构，不能引起室内燃烧物、飞火。为了和试验方法保持一致，便于分级名称的系统性和一致性，课题也采用欧盟对屋顶材料的分级方法，即EN13501—5：2002中ENV1187试验一的分级方法和名称进行分级。防火性能试验结果都只与试样在特定的试验条件下的性能相关，在一定的试验环境下的测试结果需规定其适用范围。影响屋顶材料应用范围的因素主要在两个方面：屋顶的坡度和试验基板的性质，因此对屋顶材料防火性能测试结果需明确其试验坡度和试验基板性质，对于通过试验的屋顶材料或屋顶组件，应明确说明试验安装方式和基板使用情况，在实际使用中也应严格遵循安装方式和材料使用方面的要求。3试验验证。本课题选用了易燃、可燃的部分常用的屋顶材料光伏电池板、屋顶保温材料、防水卷材等作为试验材料，分别进行试验，对其防火性能特点进行了深入研究和试验验证。验证试验选用的屋顶材料基本性能：防水卷材为黑色沥青自粘性反水卷材，表面覆盖铝箔，宽1m，厚2mm～3mm；光伏电池板长1600mm，宽800mm；彩钢岩棉板为双侧3mm彩钢板内夹岩棉，板厚80mm。彩钢岩棉夹芯板本身为不燃性材料构成，不论采用哪种形式的样品构造方式，试验过程中面层彩钢板不会破环，不能燃烧，没有火焰的蔓延的传播，也不会发生烧穿、飞火等现象，只是燃木放置处金属面板稍有变形，结果都能达到BROOF要求。正如欧盟决议(2000/553/EC)中建议的钢质金属型材和平板可以不进行试验直接给出符合BROOF级别的判定。光伏电池板作为独立制品，其表层玻璃制品为不燃性材料，不会产生持续燃烧或者火焰蔓延，可能发生的不合格现象是面板表面玻璃爆裂，产生孔洞因而发生火焰穿透等现象。但是以15°和45°坡度进行试验结果表明，该电池板外表面没有爆裂，没有发生烧穿的现象，只不过在内表面由于热传导的作用出现薄膜收缩的现象，不作为不合格现象的判定(见图1)。这与表层玻璃的耐热性能密切相关，不同的面材发生试验失败的可能性是存在的，需要进行控制。图1光伏电池板试验后照片试验选用的自粘性防水卷材是一种可燃性材料，是三种材料中火灾危险很大的一种。试验结果显示，以15°坡度安装在硅酸钙基板上或锯末板基材上，试验合格能达到BROOF要求；但是以15°或45°坡度安装在实木板基板上，都不能达到BROOF要求。基于不同基板对试验结果的影响的考虑，选择了相同外表面内表面83的试验坡度、相同安装方式但不同基板的情况。试验结果表明，在硅酸钙基板和锯末板上进行试验的结果符合BROOF的要求，但是在实木板上进行试验的结果不符合BROOF的要求(见表1)。表1基板对实验结果的影响防水卷材样品样品1样品2样品3坡度及安装方式15°无接缝基板选用10mm厚的增强型硅酸钙板间隙不超过0.5mm的锯末板间隙5.0mm±0.5mm的实木板内部和外表面向上火焰传播000内部和外表面向下火焰传播000.040m内部和外表面很大烧毁长度000.340m单个穿孔面积不大于25mm2无无340mm×310mm穿孔面积总和小于4500mm2无无340mm×310mm在硅酸钙板上进行的试验结果显示，防水卷材的燃烧仅在燃木投影的范围内，没有向上、向下的火焰传播，也没有基板烧穿等试验失败的现象出现。在锯末板上进行的试验结果显示，防水卷材的燃烧仅在燃木投影的范围内，没有向上、向下的火焰传播，木质基板有一定的烧毁，但是没有烧穿，而且由于木条之间的间歇很小，熔化的卷材流入缝隙并堵塞，火焰没有穿透基板(见图2)。图2在实木基板上进行的试验结果显示，防水卷材完全被烧穿，明显露出基板上5mm的缝隙。为了观察基板内部的损毁程度，拆开基板检查，可以看到燃木位置下部的基板完全烧穿(见图3)。图3试验结果证实了基板对屋顶材料燃烧性能的使用范围的限制。在试验规定的条件，间隙5.0mm的基板防火性能很差，间隙小于0.5mm的基板次之，10mm厚的硅酸钙板的防火性能很好。相同的材料、相同的坡度、相同的安装方式，在不同基板上试验获得的防火等级是不同的，屋顶材料的试验结果的直接应用范围受到所用基板的限制。试验设计选择防水卷材安装在实木基板上进行不同坡度的试验，以考查试验坡度对试验结果的影响。表2试验结果可以看出火焰没有向上传播，向下传播的距离约80mm～90mm，很大损毁长度接近400mm，而防水卷材样品6、样品7在坡度45°下进行试验，向上火焰蔓延约100mm，向下火焰传播约300mm，很大损毁长度约600mm～700mm。表2坡度对实验结果的影响防水卷材样品样品4样品6样品5样品7基板选用间隙5.0mm±0.5mm的实木板接缝方式顶层水平接缝顶层中心垂直接缝坡度15°45°15°45°内部和外表面向上火焰传播00.040m00.100内部和外表面向下火焰传播0.080m0.270m0.090m0.300m内部和外表面很大烧毁长度0.380m0.610m0.390m0.700m单个穿孔面积不大于25mm2380mm×310mm610mm×400mm390mm×320mm700mm×380mm穿孔面积总和小于4500mm2380mm×310mm610mm×400mm390mm×320mm700mm×380mm结果表明，在坡度45°下进行试验，火焰传播距离和损毁长度都明显大于15°坡度进行的试验，相差将近两倍。在间隙5.0mm的实木基板上进行试验，产生的孔洞面积也自然增加。这是因为：一般情况下固相物体的火焰，垂直传播速度都大于水平传播。防水卷材在燃烧过程中会熔化，能顺着坡度向下流淌，坡度越高，流淌距离越远，从而使得火焰样品3实木连续基板空洞基板损毁向下传播距离越远。另一方面坡度越高，钢丝框投影边缘上方的样品离火源的水平距离越近，从而更容易受热起火，所以坡度越高，向上火焰传播距离也越大。由于接缝是样品表面很薄弱的位置，火焰容易烧穿这些薄弱位置，并沿着接缝方向进行传播，本次试验以防水卷材表面水平和垂直两种接缝方式来进行考量接缝对防火性能的影响。主要实验结果如表3所示。表3接缝对实验结果的影响(有接缝和无接缝的比较)防水卷材样品样品3样品4样品5基板选用间隙5.0mm±0.5mm的实木板坡度15°接缝方式无接缝顶层水平接缝顶层中心垂直接缝内部和外表面向上火焰传播000内部和外表面向下火焰传播0.040m0.080m0.090m内部和外表面很大烧毁长度0.340m0.380m0.390m单个穿孔面积不大于25mm2340mm×310mm380mm×310mm390mm×320mm穿孔面积总和4500mm2340mm×310mm380mm×310mm390mm×320mm从表3可以看出，在同样坡度和基板的前提下，顶层有接缝的防水卷材火焰向下传播程度几乎是无接缝卷材的2倍，这是因为接缝是表层的薄弱部位，火焰容易烧穿这些薄弱部位，并且由于有坡度，燃烧物质在重力的作用下，向下流淌，造成火焰的向下传播。试验结果表明：试验基板和试验坡度明显影响试验结果，因此试验结果必须限定材料的终应用范围。而接缝形式则应该根据该种屋顶材料的实际使用形式来决定，并以很差的接缝形式来评估该种屋顶材料的防火性能。4结语。通过对屋顶材料防火性能检测技术的研究，得出以下结论。(1)屋顶材料在外部火焰中的防火性能测试，应综合考虑屋顶材料的受火状态和使用状态。(2)屋顶材料防火性能的评定应考虑以下三方面：一是抵抗火焰在屋顶蔓延传播；二是抵抗火焰穿透屋顶；三是防止产生燃烧飞火造成室内或附近建筑火灾。(3)对屋顶材料防火性能测试结果的应用范围，应在试验坡度、试验基板两方面做出明确的限定；对于通过试验的屋顶材料或屋顶组件，应明确说明试验安装方式和构造特点，在实际使用中也应严格遵循安装方式和材料使用方面的要求。(4)验证试验结果表明：对试验结果的应用范围限定试验坡度、试验基板是科学的；试验接缝方式也应该根据实际使用形式决定，并以很差的接缝方式来评价该种屋顶材料的防火性能。