建筑保温材料防火等级测试中的燃烧增长速率指数分析

建筑保温材料的防火性能是建筑消防安全的核心环节之一，而燃烧增长速率指数（FIGRA）作为反映火势蔓延速度的关键指标，直接关联着火灾中人员逃生与火势控制的窗口时间。相较于传统的“是否燃烧”“燃烧时间”等指标，FIGRA更聚焦于火灾初期火势的“增长快慢”——这一特性恰恰是造成人员伤亡与财产损失的核心因素。本文将从FIGRA的定义、测试原理、与其他指标的关联，到不同材料的表现差异及工程应用注意事项，系统分析其在防火等级测试中的作用与价值。

燃烧增长速率指数（FIGRA）的基本定义与核心意义

燃烧增长速率指数（Fire Growth Rate Index，简称FIGRA）是描述建筑材料燃烧时，热释放速率随时间上升快慢的量化指标，其数值等于热释放速率曲线上升段的最大斜率，单位为kW/s。简单来说，FIGRA越大，意味着材料燃烧时火势从“初期点燃”到“剧烈燃烧”的过程越短，火灾蔓延的速度越快。

在火灾场景中，人员的逃生时间通常只有3-5分钟，而火势的快速增长会在短时间内耗尽空间内的氧气、产生大量有毒烟雾，直接压缩这一窗口。例如，若某保温材料的FIGRA为200kW/s，说明其热释放速率从10kW增长到100kW仅需0.45秒，这样的速度会让房间在1分钟内充满高温烟雾，完全切断逃生路径。因此，FIGRA的核心意义在于“量化火势蔓延的危险性”，是评估材料火灾风险的“动态指标”。

与“总热释放量（THR）”等“静态指标”不同，FIGRA更关注“初期增长”——即使某材料的总热量不高，但如果FIGRA极大，依然可能在短时间内引发严重火灾。比如某些低密度有机保温材料，虽然最终燃烧的总热量有限，但初期分解速度快，火势瞬间爆发，其风险甚至高于总热释放量高但增长慢的材料。

防火等级测试标准中FIGRA的定位与要求

在我国现行的《建筑材料及制品燃烧性能分级》（GB 8624-2012）中，FIGRA是划分B1、B2级燃烧性能的核心指标之一。标准明确规定：B1级（难燃材料）的FIGRA限值为≤120kW/s；B2级（可燃材料）为≤250kW/s；而A级（不燃材料）由于几乎不燃烧，FIGRA通常为0。

需要注意的是，标准中的FIGRA测试需基于“单体燃烧试验（SBI）”装置——这是因为SBI更贴合实际建筑场景：试样被垂直安装（模拟墙面保温层），用丙烷喷灯从底部点火（模拟火灾中“从下往上蔓延”的趋势），试验时间为20分钟（覆盖火灾初期到中期的关键阶段）。相比之下，传统的锥形量热仪（水平试样、小尺寸）虽然也能测热释放速率，但SBI的测试条件更接近保温材料在实际建筑中的使用状态，因此其得出的FIGRA数值更具工程参考价值。

此外，标准对FIGRA的计算范围也有明确要求：仅取热释放速率达到100kW前的曲线上升段。这是因为当热释放速率超过100kW时，火势已进入“剧烈燃烧阶段”，而初期的增长速率才是决定逃生窗口的关键——例如，若某材料在10秒内热释放速率从10kW增长到100kW，其FIGRA为9kW/s；若在5秒内达到，则FIGRA为18kW/s，后者的风险显然更高。

FIGRA的测试原理与数据获取过程

FIGRA的测试主要依托“单体燃烧试验装置（SBI）”完成，其原理是通过模拟实际建筑中保温材料的燃烧环境，测量热释放速率随时间的变化，进而计算斜率。具体过程可分为三个步骤：

第一步是试样准备：按照标准要求，试样尺寸为1000mm（高）×1000mm（宽）×实际使用厚度（通常为20-100mm），需保持与实际工程中相同的安装方式（垂直安装），并在试样背面粘贴隔热材料（模拟建筑墙体的绝热效果）。

第二步是试验运行：将试样固定在SBI的试验架上，用丙烷喷灯从试样底部中心位置点火（喷灯功率为30kW，点火时间为2分钟）。试验过程中，装置会持续测量试样的热释放速率（通过收集燃烧产生的烟气，计算其热量损失）、产烟速率、质量损失等参数，数据采集频率为1次/秒。

第三步是数据处理：试验结束后，需先对热释放速率曲线进行“平滑处理”——去除初始点火阶段的波动（如喷灯火焰影响），然后截取“热释放速率从10kW上升至100kW”的曲线段。接下来，用线性回归法计算该段曲线的斜率，即为FIGRA的数值。例如，若某段曲线的热释放速率从10kW（t1=20s）上升至100kW（t2=30s），则斜率为（100-10）/(30-20)=9kW/s，对应的FIGRA为9。

FIGRA与其他燃烧性能指标的关联分析

在防火等级测试中，FIGRA并非孤立的指标，其与总热释放量（THR）、产烟速率（SPR）、质量损失速率（MLR）等指标存在密切关联，共同构成材料燃烧性能的“全景图”。

首先是与总热释放量（THR）的关联：THR反映材料燃烧时释放的总热量，而FIGRA反映热量释放的“速度”。例如，某EPS保温板的THR为500MJ（中等水平），但FIGRA为200kW/s（极高），说明其虽然总热量不高，但火势增长极快，短时间内即可引发严重火灾；而某酚醛泡沫的THR为300MJ（较低），但FIGRA为120kW/s（中等），其风险反而低于前者——这说明“热量释放的速度”比“总热量”更能反映实际火灾风险。

其次是与产烟速率（SPR）的关联：产烟速率是指材料燃烧时单位时间内产生的烟雾量，单位为m³/s。由于火势增长快的材料通常燃烧更剧烈，会产生更多的不完全燃烧产物（如炭黑、一氧化碳），因此FIGRA与SPR往往呈正相关。例如，某PU保温板的FIGRA为250kW/s，其SPR为0.5m³/s；而某B1级EPS板的FIGRA为100kW/s，SPR仅为0.2m³/s——这意味着FIGRA高的材料，不仅火势蔓延快，还会更快地遮挡视线、产生有毒气体，进一步压缩逃生时间。

最后是与质量损失速率（MLR）的关联：质量损失速率是指材料燃烧时单位时间内失去的质量，单位为g/s。对于有机保温材料而言，MLR反映了材料的“分解速度”——分解越快，释放的可燃气体越多，火势增长越快。例如，某低密度EPS板的MLR为10g/s，FIGRA为180kW/s；而高密度EPS板的MLR为5g/s，FIGRA为120kW/s——这说明通过提高材料密度，降低分解速度，可有效降低FIGRA。

不同类型保温材料的FIGRA表现差异

不同材质的保温材料，由于化学组成与结构的差异，其FIGRA表现截然不同，具体可分为三类：

第一类是无机保温材料，如岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃等。这类材料的主要成分是无机矿物（如玄武岩、玻璃），本身不可燃，燃烧时仅会发生“熔融”或“收缩”，不会释放可燃气体。因此，其热释放速率曲线几乎为一条“水平线”（接近0kW），FIGRA数值为0——这也是无机材料能达到A级防火等级的核心原因。

第二类是有机保温材料，如EPS（膨胀聚苯乙烯）、XPS（挤塑聚苯乙烯）、PU（聚氨酯）等。这类材料的主要成分是有机聚合物，燃烧时会分解产生大量可燃气体（如苯、甲烷），因此FIGRA数值较高。具体来看，EPS的FIGRA通常在150-200kW/s（未改性），XPS由于密度更高、结构更致密，FIGRA略低（120-180kW/s），而PU的FIGRA最高（200-300kW/s）——这是因为聚氨酯的分子结构中含有大量的碳-氢键，分解速度更快，可燃气体释放更剧烈。

第三类是复合保温材料，如岩棉夹芯板、玻化微珠保温砂浆等。这类材料的FIGRA表现取决于“芯材”或“主要成分”：例如，岩棉夹芯板的芯材是岩棉（FIGRA=0），因此整体FIGRA接近0；而玻化微珠保温砂浆的主要成分是玻化微珠（无机）与聚合物胶粉（有机），其FIGRA数值取决于胶粉的含量——胶粉含量越高，FIGRA越高（通常在50-150kW/s之间）。

影响FIGRA的关键因素与调控方法

对于有机保温材料而言，FIGRA的数值受多种因素影响，其中最关键的有三个：

一是材料的化学组成。有机聚合物的分子结构决定了其分解速度——例如，聚氨酯的分解温度约为200℃，而聚苯乙烯的分解温度约为300℃，因此PU的FIGRA更高。通过添加“阻燃剂”可改变这一特性：例如，氢氧化铝（ATH）与氢氧化镁（MH）等无机阻燃剂，分解时会吸收大量热量（ATH分解吸热约1960J/g），延缓材料的分解速度；而膨胀型阻燃剂（IFR）则会在材料表面形成“炭层”，阻止氧气进入与可燃气体释放，从而降低FIGRA。

二是材料的物理结构。材料的密度、孔隙率、厚度等参数会影响热量传递与可燃气体的扩散速度。例如，高密度EPS板（密度≥30kg/m³）的孔隙更小，可燃气体释放更慢，FIGRA比低密度EPS板（密度≤20kg/m³）低30%-50%；而保温板的厚度从20mm增加到50mm，会增加热量在材料内部的传递路径，延缓表面的燃烧速度，FIGRA可降低20%-30%。

三是表面处理。在保温材料表面涂刷防火涂料或粘贴防火饰面，可形成“保护层”，延缓点火时间与火势蔓延。例如，某EPS板表面涂刷1mm厚的膨胀型防火涂料后，点火时间从30秒延长至90秒，FIGRA从180kW/s降至100kW/s——这是因为防火涂料燃烧时形成的炭层，隔绝了氧气与火焰的直接接触。

实际工程应用中FIGRA的解读与注意事项

在实际工程中，解读FIGRA数值时，不能仅看“是否达标”，还需结合以下因素：

首先是测试条件与实际使用条件的差异。SBI测试是“垂直安装”“无保护层”的理想状态，而实际工程中，保温材料通常会被“保护层”（如抹面砂浆、瓷砖）覆盖，或“水平安装”（如屋面保温）。例如，某EPS板在SBI测试中FIGRA为150kW/s（B2级），但实际工程中添加了20mm厚的抹面砂浆后，保护层会延缓点火时间，FIGRA可能降至100kW/s（B1级）——这说明工程中的“构造措施”会显著影响FIGRA的实际表现。

其次是材料的老化与污染。有机保温材料长期暴露在紫外线、水分或高温环境中，会发生“降解”——表面分子链断裂，释放出更多的可燃小分子，导致FIGRA升高。例如，某EPS板在实验室测试中FIGRA为120kW/s（B1级），但户外暴露1年后，FIGRA升至180kW/s（B2级）；此外，施工中若保温板表面粘有油漆、胶水等可燃物质，也会增加FIGRA——例如，某EPS板粘有5%的油漆后，FIGRA从150升至200kW/s。

最后是整体构造的协同效应。建筑保温系统是“保温板+粘结层+保护层+饰面层”的组合，FIGRA的表现需考虑整体的“防火性能”。例如，某B2级EPS板（FIGRA=200kW/s）与B1级抹面砂浆（FIGRA=50kW/s）组合后，整体FIGRA可能降至120kW/s（B1级）——这说明通过“构造防火”，可弥补单一材料的不足。