建筑排水硬PVC管阻火圈的研究袁风林方汝清陈晓梅提要 对建筑排水硬PVC管道阻火圈的技术要求、阻燃膨胀芯材配方和研究 试验等方面作了较详细的阐述阻火圈由金属外壳和阻燃膨胀芯材组成，火灾发 生时芯材受热膨胀40倍以上，能在12min内完全封堵硬PVC管道，耐火极限可 达2h以上关键词破聚氯乙烯阻火圈建筑排水Anti-Fire Ring for PVC Pipeline of Building DrainageYuan Fenglin et alAbstract: The specifications including the technical requirement and the composition of fire retardant expansion core and others related to the research and experiment of anti-fire ring for building pipelines of Hard PVC pipe are described in detail in this paper. The anti-fire ring is composed of metal corpus outside and fire retardant expansion core inside. At the case of fire the core expands by heat over 40 times and the PVC pipeline will be closed at 12 minutes and has an anti-fire duration time over two hours.0引言硬PVC（以下简称PVCu）排水管具有质轻、美观、不生锈、耐腐蚀、水阻小、 不结垢、施工方便、寿命长和造价低等特点，国家经委、建设部已将PVCu排水 管确定为重点推广新材料。
但在火灾中，PVCu管道是否会成为火灾传播通道?使 火灾从一层沿管道蔓延至另一层，或从一个房间蔓延到另一个房间？为此建设部 1989年把“PVCu管道在高层建筑中防火措施的研究”列为建设部“七五”重点 科技项由丄海市建筑科学研究所等单位承担通过两年多的研究试验，该课 题组的研究结论是：（a）015Omm或以上主管必须设置在管道井内，如确因诸多 原因无法实施吋，必须用无机防火套管全包覆；（b）^ 110mm主管可采用管道井 保护方式，也可以用化学阻火圈或将其近楼板的外露部分（至少200mm长）用无机 防火套管包覆；（c） 75mm及以下的PVCu管（包括主管和横支管）可以不采取防 火措施;（d） 0 150mrn及以上的横支管进墙处可用化学阻火圈或无机防火套管全 包覆；（e）^ 110mm横支管进墙处可用化学阻火圈或无机防火套管（至少包覆 200mm） o通过以上防火措施后，在高层建筑中使用PVCu排水管道是可行的因 此，建设部在制定“建筑排水破聚氯乙烯管道工程技术规程”吋，规定高层建筑 室内排水管道的立管明设且其管径大于或等于110mm吋，在楼板贯穿部位应设置 阻火圈或长度不小于500mm的防火套管；横干管不宜穿越防火分区隔墙和防火 墙，为不可避免确需穿越时，应在管道穿越墙体处的两侧设置阻火圈或长度不小 于500mm的防火套管。
防火套管已由该“七五”重点科技项H课题组研制成功，并投放市场化学 阻火圈因关键技术没有突破至今没有投产，H前我国采用的主要是进口产詁PVCu排水管阻火圈，在火灾发生时，芯材受热迅速膨胀，挤压软化或炭化 的管材，能在较短n寸间封堵管道洞口，阻止火势沿洞口蔓延与防火套管相比， 具有小巧美观、安装方便等优点，是比较理想的阻火装置，国外己普遍采用为了贯彻实施CJJ/T29-1998《建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技术规程》, 火灾发生时阻止火灾沿PVCu排水管道蔓延，减少火灾损失，公安部四川消防科 学研究所和四川省建筑设计院与东泰（成都）塑胶建材工业有限公司共同开展了 建筑PVCu排水管用阻火圈的研究，并列为1998年四川省应用和发展研究重点项 H，同年9月通过省级鉴定1主要技术指标建筑排水硬聚氯乙烯管道工程技术规程规定：阻火圈的耐火极限不宜小于管 道贯穿部位构件的耐火极限《高层民用建筑设计防火规范》对墙和楼板的耐火 极限作了明确规定，即：承重墙和住宅单元之间的墙耐火极限为2h；非承重外 墙、疏散走道两侧的隔墙耐火极限为lh；楼板耐火极限lh〜1.5ho考虑到耐火 极限为lh的阻火圈外径只比耐火极限为2h的阻火圈外径小5%左右，在阻火圈 制造成本模具费和加工费用占有较大比重的情况下，为了降低成本，减少规格， 便于管理和避免安装吋可能出现的混级，采用国外通用作法，各种规格管道用阻 火圈耐火极限统一定为2h,以满足高层建筑对各种等级的楼板和墙耐火极限的 需要。
在墙体两侧安装耐火极限为2h的阻火圈，也能满足排水管穿越防火墙时 的耐火要求阻火圈的主要作用是在火灾发生时，阻燃膨胀芯材受热迅速膨胀，挤压PVCu 管，在较短时问封堵管道贯穿的洞口，阻止火势沿洞口蔓延因此，阻燃膨胀芯 材起始膨胀温度、高温下膨胀体积和管道从火灾发生至被完全封堵的吋间是相半 重要的，有必要作出具体规定另外，在施工安装阻火圈时，阻火圈有可能被水 和水泥浆浸泡，阻燃膨胀芯材应具有较好的耐水性、耐水泥浆等性能阻火圈主 要技术指标见表1表1阻火圈技术指标项H技术指标阻火圈耐火极限/hM2.0 |封堵时间/minW15阻 燃 膨 胀耐水泥浆性（20%水泥 浆）浸72h,,外观及膨胀性能 无明显变化0^性起始膨胀温度t/°c150WtW260-4-H心材膨胀体积/ cm7 g$252阻火圈研究2.1阻火圈结构及尺寸在搜集国内外有关资料的基础上，考虑到阻火圈主要功能是在火灾发生吋能 在较短吋间内封堵管道，我们确定了阻火圈由金属外壳和阻燃膨胀芯材组成，套 在PVCu管道上，用螺栓等固定件固定在楼板下或墙体两侧根据上述设想，确 定了阻火圈的基础结构图，见图1安装方式，阻火圈分为A型和B型A型是 可打开的，由两个半圆环组成，中间用钱链连接。
A型设计主要考虑是施工安装 方便，可在管道施工安装完毕后再安装阻火圈，或原设计方案没有考虑安装阻火 圈，但根据有关规范又必须安装的情况使用B型阻火圈是一个整环，安装吋必 须先穿在管道上，然后再固定在楼板或墙体丄；或者先埋入楼板(墙体)内，然后 再穿排水管两种阻火圈结构主要针对不同施工和安装方式而设计通过研究试 验，确定了阻火圈主要结构尺寸，见表2图1阻火圈结构示意图02一 01 _表2阻火圈结构尺寸阻火圈规格0血02/mmH/mmZHQ-11011113640ZHQ-160161206702.2阻燃膨胀芯材我们先后设计了 18个配方，拟定成型工艺，制作试件，测定其理化性能和 高温下(950°C)膨胀性能，并通过小型耐火试验检验阻火圈阻火性能试验确定 的芯材配方组成如下：复合基料33%；炭化剂6%；催化剂10%；发泡剂5%；填料 38%；化学助剂8%2.3阻火圈研究试验和中试生产为了研究阻火圈在标准构件耐火试验条件下的阻火耐火性能，我们进行了多 次小型模拟耐火阻火试验试验吋将阻火圈固定在厚30血的耐火板下，受火面 PVCu管长100mm,背火面PVCu管长200mmo受火面管口用玻璃纤维布和矿棉毡 封堵，下方布置一只热电偶测量火焰温度。
试验炉按标准温度曲线升温，观察 PVCu管封堵时间和失去封堵时间，测定耐火极限试验结果表明，所研究的两 种规格四种型号（每种规格分A型和B型两种）耐火极限均大于2h,完全封堵管 道，无火焰和烟气沿管道蔓延根据试验确定的阻火圈结构尺寸和芯材配方及芯材厚度，1997年9月正式 设计加工了阻火圈壳体及芯材的模具，购买了必要的生产设备，同年12月和1998 年5月先后试制生产ZHQ-110阻火圈和ZHQ-160阻火圈各50个中试生产，无 废液、废渣、废气排放3性能试验 3.1阻燃膨胀芯材耐液体介质性能沿竖向锯切3块阻燃膨胀芯材，每块试样长度约50mm,放在电烘箱小，在 105C下烘干4h,将试样从烘箱中取出，放在干燥器内冷却至室温然后，将2 块试样分别置于蒸倔水和20%（质量比）550号硅酸盐水泥浆中在室温条件下全浸 泡72h后取出，放入温度为105°C的电烘箱中烘干4h,取出放在干燥器中冷却至 室温，观察外观变化，试验结果见表3表3芯材耐液体介质性能检验结果序号检验项n技术指标检验结果1 1耐水性浸72h,外观无明显变化外观无变化2耐水泥浆性外观无变化3.2阻燃膨胀芯材膨胀性能阻燃膨胀芯材起始膨胀温度和高温下的膨胀体积是芯材最重耍的技术指标 之一，它们直接影响芯材的热稳定性及阻火圈的封堵吋间和耐火极限。
起始膨胀 温度低和高温下膨胀休积大，封堵时间就小，耐火极限就高，反之封堵吋间就长, 耐火极限降低阻燃膨胀芯材起始膨胀温度按GB/T13464-1992《物质热稳定性 的热分析试验方法》测定，用差热分析仪测量芯材的恰变温度，通过DTA曲线（或 DSC曲线）确定芯材的起始膨胀温度每克膨胀体积是将3.1制得的经全浸泡后的试样中各称取2g试样，分别放 置容积为lOOmL〜150mL±tt期内，置于温度为950 °C的电阻炉内，恒温5min后取 出，冷却后打散，用精确到5rnL的100mL量筒测量试样膨胀后的体积（放入量筒 后应摇实），试验测试结果见表4表4芯材膨胀性能测试结果检验项F1技术指标测试结果起始膨胀温度t/°C150WtW260189.8每克膨胀体积 /cm3未浸试样22540 |水浸试样22540」水泥浆浸试样M25503. 3阻燃膨胀芯材耐湿热性和烟密度为了了解芯材燃烧及分解时产生的烟量和在湿热条件下的性能，我们参照 GB1740-79《漆膜耐湿热测定法》和GB8627-88《建筑材料燃烧或分解的烟密度 试验方法》，对芯材的耐湿热性和烟密度进行了测定，测试结果见表5表5芯材耐湿热和烟密度测试数据检验项冃技术指标测试结果烟密度最人烟密度/%W7559烟密度等级W5043耐湿热性24h,外观无明显变化符合要求3. 4耐火性能阻火圈封堵时间和耐火极限，是阻火圈最关键的技术数据。
在标准建筑构件 耐火试验条件下，试验开始至破聚氯乙烯排水管道贯穿洞口处被阻火圈完全封堵 所需吋间即封堵时间当阻火圈失去封堵管道能力或背火面失去隔热性或完整性 吋，即可判断达到耐火极限试验吋将阻火圈用膨胀螺钉固定在厚110mm现浇楼板下（楼板受火面保护层 厚度为10mm）,受火面和背火面PVCu管露出楼板长度分别为1 OOOmni,受火面管 口用不燃材料封堵，背火面试验管用1古I定支承件I古I定（见图2）在背火面试验管 距楼板25rnrn处的试验管中心及外表面对称两侧各安装1只热电偶每种规格阻 火圈均有明装和暗装两种，试验结果见表6表6耐火试验结果规格安装形式技术指标/min测试结果/min封堵时间耐火极限封堵吋间耐火极限ZHQ-110明装JW15M1203. 0135暗装6. 0135ZHQ-160明装W15$1208. 0135 |喑装12. 0135 |3.5阻。