建筑材料及制品的燃烧性能中燃烧热值试验的研究

建筑材料及制品的燃烧性能中燃烧热值试验的研究

赵勇鑫

山东东方龙的质量检测有限公司 山东省济南市 250002

摘要：通过试验对比找出实验过程中环境温度对试验的影响、试验用蒸馏水水温对试验的影响，为减少及控制环境温度和试验用蒸馏水的温度所采取的一系列措施及改进，为达到更精准的试验要求提供参考。

关键词：建筑材料燃烧性能；燃烧热值；试验；温度控制

建筑材料及制品的燃烧性能燃烧热值的试验有两种，一种香烟纸法，一种是坩埚法。两种试验方法的不同点是部分试验用品及工具的差异。试验环境的温度及试验用蒸馏水的水温为两者必备试验要素。目前常用的环境温度控制方式为空调加恒温恒湿箱装置，试验用蒸馏水的水温是依靠试验室内环境温度对其控制，在同样的环境温度下经过长时间放置，使其蒸馏水水温与试验环境达到恒定。但是在实际试验中蒸馏水的水温较难控制，随着水温的不断变化，最终对试验数据影响较大。本文通过试验对比在不同温度下试验数据的不确定性。经过对试验装置的优化，从而使该试验装置更精准的控制温度已达到更精确的试验数据。

1.试验部分

1.1 试验仪器、工具

（1）建材燃烧热值试验仪：SX-RZ型 沈阳三鑫科创机电设备有限公司（见图1）（2）金属坩埚：直径25mm；高14~19mm；壁厚1.0mm

（3）温度计：分辨率为0.005K（4）分析天平：精度0.1mg（5）香烟纸（已知热值，尺寸为55mm×50mm）

1.2试剂

1. 蒸馏水或去离子水（2）纯度≥99.5%高压氧气（需去除其他可燃物质）（3）苯甲酸（已知热值的标准物质）（4）点火丝（已知热值，直径0.1mm）

1.3试验条件

标准试验条件（温度23±2℃；湿度50±5%），试验室温度和量热筒内水温差不得超过±2 K。

1.4水当量标定

量热仪、氧弹极其附件的水当量应通过对5组质量相同的标准苯甲酸样品进行总热值测定进行标定。水当量应为5次标定结果的平均值，每次标定结果与水当量的偏差不能超过0.2%。

2. 标准试验程序（坩埚法 见图2）

（1）称取五份定量的样品与苯甲酸拌匀（总量为1g），精确至0.1mg。

（2）安装试样和点火丝，确保其接触良好，避免点火丝接触坩埚边缘。

（3）在氧弹中加入10mL蒸馏水，用来吸收试验过程中产生的酸性气体。拧紧氧弹密封盖，连接氧弹和氧气瓶阀门，给氧弹充氧至压力达到3.0~3.5Mpa。

（4）在量热仪内筒中加入与标定时相同量的蒸馏水，将氧弹放入量热仪内筒，使其淹没过氧弹（用水量2L,精确至1g），检查并确保氧弹没有泄露。

（5）将量热仪内筒放入外筒。

（6）打开仪器，安装温度传感器，开启搅拌机和计时器。

（7）调节内筒水温，使其和外筒水温基本相同，直到10min内的连续读数偏差不超过±0.01K。将此时的温度作为起始温度。

（8）温度平衡10min后自动点燃样品，在量热仪内筒快速升温阶段，外筒水温应与内筒水温尽量保持一致，直到10min内的连续读数偏差不超过±0.01K，将此时的温度作为最高温度，试验自动终止。

（9）将氧弹从量热仪中取出，放置10min后缓慢泄压。打开氧弹观察试样沉淀物，确定试样是否完全燃烧。

图1 试验装置

图2 坩埚法制备试样

3.总热值的计算

3.1对于匀质材料，应进行3次试样，取3次试验结果的平均值（最大值与最小值偏差≤0.2MJ/kg,有效范围0~3.2MJ/kg）。

3.2对于非匀质材料，应计算每个单独组分的总热值（最大值与最小值偏差≤0.1MJ/kg,有效范围0~4.1MJ/kg）。

4.试验室内环境温度对试验装置内、外筒水温影响的探讨

燃烧热值试验中，无论试验环境温度还是试验装置内外筒温度都对试验数据有着较大的影响。若试验环境温度设置在23℃，经试验表明试验装置内外筒温度需至少12小时才能与试验环境温度平衡。但是在多次试验后，试验装置内外筒的蒸馏水温度会不断增高，试验装置内筒蒸馏水可以每次试验重新更换，但外筒蒸馏水是在密闭的试验装置内部无法更换，若要更换，则需水量巨大，不符合实际。所以试验装置的内、外筒蒸馏水温差很难保持在试验要求的±0.01K之间，这就导致了试验数据的不确定度。

当第一组试验结束后，试验装置外筒蒸馏水温度大约会增高0.05K,当第二组试验结束后试验装置外筒蒸馏水温度会成倍增高，大约会增高0.1K。试验数据也会跟着温度的变化而产生偏差，以至于失去了试验的准确性。

若要使试验装置的内、外筒温差保持在±0.01K之间则需要稳定较长时间来达到恒定。不仅影响试验数据的准确性，也会大大增加试验时间，严重影响试验效率。

5. 讨论

通过以上试验的论证，我们得到了燃烧热值试验的试验数据与试验环境温度、试验装置内、外筒蒸馏水的温度有关。但试验环境温度的控制相对较容易，试验装置内、外筒蒸馏水的温度控制较难。我们所追求的就是试验高效、数据准确、节约成本，本燃烧热值试验装置未达到预期的要求。

5. 结论

本燃烧热值试验的试验过程及试验数据，对整个试验环境的温度要求较高，若整个试验环境的温度无法更快速、更精准的得到控制，则无法保证该燃烧热值试验的效率和试验数据的准确度。

5. 对燃烧热值试验装置的控温措施及改进

7.1措施：

1. 保证该试验室内没有其他热源影响.

2. 试验室内门窗尽量紧闭，减少人员进出，必要时做房间内保温。

3. 试验室采用干湿球式温湿度计，可以更准确测量试验室内温湿度。

7.2改进：

1. 对试验装置的外筒加装控温装置，此装置有恒温功能，可以使其装置内蒸馏水水温始终保持在恒温状态。

2. 通过保温水管将试验装置的外筒与控温装置进行连接，达到循环的目的，从而使控温装置可以直接控制试验装置外筒内蒸馏水的温度，已达到试验的要求。

3. 内筒的蒸馏水可以与控温装置内的恒温蒸馏水重复使用。

参考文献

GB/T 14402-2007 建筑材料及制品的燃烧性能燃烧热值的测定

GB 8624-2012 建筑材料及制品燃烧性能分级