1.本发明涉及建筑材料检测技术领域，尤其是涉及一种纸面石膏板耐火性能测量方法及装置。
背景技术：
2.纸面石膏板是一种以建筑石膏为主要原料、掺入适量添加剂与纤维用作板芯，并以特制的板纸作为护面，从而加工形成的板材。由于纸面石膏板的重量轻，隔热及隔声效果好，并且施工方法简便，因而其在建筑工程领域中得到了广泛的应用。当前装饰装修工程纸面石膏板主要和轻钢龙骨一起搭建成石膏板-龙骨隔墙/吊顶系统，该种应用方式在我国的室内装饰工程中应用率逐年增加，近十年来每年增幅超过10%，如此高的应用率势必从防火阻燃角度对材料提出更高要求。在应用早期，纸面石膏板用于隔墙系统较少，主要是用于吊顶系统，但随着我国装饰装修工程对安装便捷、材料轻质、绿色环保等要求的逐步提高，纸面石膏板在隔墙系统中的应用也越来越广。
3.现有技术中，用于衡量材料防火阻燃能力的指标燃烧性能和耐火极限，更多的是以组装好的系统进行测试，单独测试纸面石膏板的燃烧性能虽然可行且现实中也在应用，但测试方法较为复杂，对测试环境、设备、人员、安全等要求非常高，只能用于专业实验室检测，对于大量工程现场的材料验收，仍然只停留在纸面材料上，缺少实际的检测验收。
4.在纸面石膏板的国家标准gb/t 9775中，遇火稳定性的试验是用支杆将试件竖直悬挂于两个喷火口中间，喷火口与试件的表面垂直，在试件下端悬挂荷载，点燃燃烧器，通过热电偶测量温度，试验过程中保持一定的温度，从试件遇火开始计时，至试件断裂破坏，记录每个试件被烧断的时间，以五个试件中最小值作为该组试样的遇火稳定性。虽然该方法可以一定程度测量耐火性能，但该种方法的测试原理是基于吊顶系统遇火时纸面石膏板的受力破坏情况，即矩形试件竖直摆放且荷载置于底端，燃烧面经燃烧和重力作用断裂脱落的情况，实际上并不能衡量隔墙系统中纸面石膏板的耐火性能，即需要矩形试件横向立式摆放，燃烧面经燃烧和重力作用变形弯曲或断裂的情况。
技术实现要素：
5.为解决现有技术的不足，实现快速有效、简单易行的定性隔墙系统中纸面石膏板耐火性能的目的，本发明采用如下的技术方案：一种纸面石膏板耐火性能测量方法，包括如下步骤：步骤s1、获取纸面石膏板试件；从整张纸面石膏板上截取一块或多块固定大小用于测量的纸面石膏板；步骤s2、构建燃烧装置；步骤s3、将试件一端固定，另一端设置荷载，荷载下方设置限制面，在试件两端之间选取燃烧面，构建试件材料固有属性、试件设置荷载处至燃烧破坏面的距离、荷载下降高度、荷载重量的对应关系，基于对应关系部署燃烧面位置、限制面高度、荷载重量，对燃烧面
进行燃烧；步骤s4、基于火灾逃生时间，设置燃烧测试时间，通过燃烧测试时间内试件是否越过限制面，或者试件破坏的时间是否超过燃烧测试时间，确定纸面石膏板燃烧性能是否满足工程使用要求。
6.进一步地，所述步骤s3中的对应关系如下：其中，m表示荷载的质量，，表示试件因燃烧而剪切变形的角度，e表示杨氏模量，i表示转动惯量，v表示泊松比，e、v、i为材料固有属性，g表示重力加速度，l0表示纸面石膏板上悬挂的荷载处至燃烧破坏面的距离，h表示荷载下降高度，基于h设置限制面高度。
7.进一步地，所述步骤s3中，基于燃烧面的燃烧及重力对试件施加弯曲力矩m，以及试件因燃烧而剪切变形的角度θ，得到所需设置的荷载质量m；其中，g表示重力加速度。
8.进一步地，所述步骤s4中的燃烧测试时间在6至18分钟之间。
9.一种纸面石膏板耐火性能测量装置，包括支座、安装支架、燃烧器、温度传感器、限制面和荷载，所述支座一端设有安装支架，用于固定作为试件的纸面石膏板一端，荷载设置在试件另一端，荷载下方的支座上设有限制面，试件的侧面设有燃烧器，燃烧器与支座连接，燃烧器与试件之间设有温度传感器；构建试件材料固有属性、试件设置荷载处至燃烧破坏面的距离、荷载下降高度、荷载重量的对应关系，基于对应关系部署燃烧面位置、限制面高度、荷载重量，对燃烧面进行燃烧。
10.进一步地，所述对应关系如下：其中，，表示试件因燃烧而剪切变形的角度，e表示杨氏模量，i表示转动惯量，v表示泊松比，e、v、i为材料固有属性，g表示重力加速度，l0表示纸面石膏板上悬挂的荷载处至燃烧破坏面的距离，h表示荷载下降高度，基于h设置限制面高度。
11.进一步地，基于燃烧面的燃烧及重力对试件施加的弯曲力矩m，以及试件因燃烧而剪切变形的角度θ，得到所需设置的荷载质量m；其中，g表示重力加速度。
12.进一步地，所述安装支架设有与试件一端配合的开口内腔，开口内腔的一侧设有
带定位销的通孔，试件为横向固定的矩形，试件一端插入内腔的开口，内腔侧面的定位销经过通孔固定住试件一端的表面侧。
13.进一步地，将一对燃烧器对称设置在时间的两侧，燃烧器喷口最低点与试件长边下端在同一水平面上，进行基线校准。
14.进一步地，所述装置还包括依次连接的气源、减压阀和压力表、流量表、y型连接头，y型连接头的两个输出端分别连接一对燃烧器，y型连接头的输出端与燃烧器之间设有压力控制阀。
15.本发明的优势和有益效果在于：本发明大幅降低了传统测试中对测试环境、设备、人员、安全等条件的要求，传统耐火性能的测试以燃烧性能和耐火极限为例，需在专业的大型实验室中进行，设备庞大，无法移动，本发明可在环境较为复杂的施工现场进行测试，设备小巧便携；其次，传统的测试方法对操作人员的要求非常高，需经过专业培训，积累大量的经验才能准确进行测量，本发明降低了对人员素质的要求，只需简单培训，会使用钢直尺测距和开关压力阀控制气体流量即可进行操作；再次，传统方法的试验过程产生大量的热量和废气，岗位安全作业要求高，且大量排放高热废气对环境污染较重，本发明试验中使用的燃气量小，产生火焰小，安全程度非常高，且过程仅产生少量热量，大大降低了环境排放；最后，传统工程上的纸面石膏板进场验收仅能验收外观尺寸，对耐火性能的验收仅能通过采信检测报告的方式，当检测报告和实际进场材料生产批不一致时很难进行验证，本发明可以在工地直接进行快速测试，测试结果与实验室结果具有高度的一致性。本发明为实际应用中工程材料验收提供准确的验收依据。
附图说明
16.图1是本发明实施例中方法的流程图。
17.图2a是本发明实施例中构建对应关系的各要素示意图之一。
18.图2b是本发明实施例中构建对应关系的各要素示意图之二。
19.图3是本发明实施例中装置的试件安装结构示意图。
20.图4是本发明实施例中装置的试件安装俯视结构示意图。
21.图5是本发明实施例中基线校准的结构示意图。
22.图中：1、试件，2、荷载，3、限制面，4、支座，5、安装支架，6、通孔，7、燃烧器，8、定位销，9、温度传感器。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
24.如图1所示，一种纸面石膏板耐火性能测量方法，其原理为：按纸面石膏板的实际施工安装情况模拟纸面石膏板试件1（以下简称试件1）的受力模型；在一对燃烧器7加热试件1的情况下，对试件1施加一个弯曲力矩；加热时弯曲力矩引起试件1变形，当试件1完全变形时，试件1断裂；通过在一定加热时间内试件1是否破坏、形变的程度，来衡量试件1在高温下的芯材内聚力，进而定性试件1的燃烧性能，具体包括如下步骤：
步骤s1、样品制备：获取纸面石膏板；从整张纸面石膏板上截取一块或多块固定大小用于测量的纸面石膏板（以下简称试件1）；本发明实施例中，试件1的厚度12mm、大小为300mm*（45-50）mm且长边与纸面石膏板棱边平行，与gb/t 9775-2008标准中遇火稳定性试件大小一致，这是为了保证测试结果与国家标准的实验结果有一定程度的一致性。
25.步骤s2、构建燃烧装置：燃烧装置由多个部件组成，包括支座4、一对费舍尔燃烧器7（meker-fisher burner）、热电偶、安装支架5、丙烷气源、减压阀和压力表、流量表、y型连接头、压力控制阀，除支座4外的部件通过焊接或夹持等方式安装集成在支座4上构成燃烧装置；本发明实施例中，费舍尔燃烧器7的喷口直径为（29-30）mm、燃气喷嘴直径为（0.7-0.8）mm，在支座4上的位置可调；热电偶为k型铠装绝缘镍铬-镍铝（镍硅）热电偶，其使用温度范围宽，高温下性能稳定，适于在氧化性及惰性气氛中连续使用，短期使用温度为1200℃，长期使用温度为1000℃，热电动势与温度的关系近似线性，价格便宜，热电偶固定在费舍尔燃烧器7，其位置距费舍尔燃烧器7喷口10mm；安装支架5为钢质，焊接在支座4上，安装支架5内腔尺寸宽（12-25）mm*高300mm*深25mm，一侧设有定位销8，用于将试件1的一端固定在安装支架5的内腔上；丙烷气源通过y型连接头将丙烷气供应到每个费舍尔燃烧器7；丙烷气源与y型连接头之间依次安装减压阀、压力机、流量表；压力控制阀安装在y型连接头后端供气管线上。
26.步骤s3、燃烧测试：将试件1一端固定，另一端设置荷载2，荷载2下方设置限制面3，在试件1两端之间选取燃烧面，构建试件材料属性、试件1设置荷载2处至燃烧破坏面的距离、荷载重量、限制面设置高度对应关系，基于对应关系设置测试条件进行燃烧测试；测试原理：石膏芯遇1000℃高温后快速失水，由caso4·
1/2h2o变为a
ⅲ‑
caso4，失去强度（层间强度），此时仅由破坏面的石膏芯提供试件1的抗剪切能力。
27.如图2a、图2b所示，终止时破坏面处的弯矩：m=θ
·
gi/l=f
·
l0/2
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（1）其中，θ表示荷载2自a点到b点转过的角度，即剪切变形的角度，l0表示力臂，为纸面石膏板上悬挂的荷载2处至破坏面直线距离，l表示b点的荷载2至破坏面o点的距离，g表示剪切模量，i表示转动惯量，为材料基本属性（常数），可查表或通过转动测g仪测量得知，f表示荷载2在o点垂直于l0的作用力。
28.对于作用力f，根据三角函数，
△
oab为等腰三角形，a点到b点垂直距离h是荷载2初始位置到试验终止时的总行程，即荷载2下降高度，则，因此：
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（2）其中，g表示重力加速度。
29.对于剪切模量g，g=e/2(1+v)，e表示杨氏模量，可基于燃烧面直径d和试件厚度e通过实验室抗拉试验测得，v表示泊松比，可通过实验室抗弯试验测得，e、v一般为经验值。
30.根据公式（1）、（2），得到：
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（3）对公式（3）进行推导，得到对应关系：对公式（3）进行推导，得到对应关系：其中，e、v、i为材料固有属性，不随纸面是报班变化，可使用经验值。
31.另一个实施例中，当e、v、i不便获取时，可以基于燃烧面的燃烧，对试件1施加弯曲力矩m进行测量，通过弯曲力矩m及试件1因燃烧而剪切变形的角度θ，得到所需设置的荷载质量m；其中，g表示重力加速度。
32.本发明实施例中，以试件1固定在安装支架5后外露部分距离支架最近处为支承点，旋紧定位销8，将试件1固定在燃烧装置的安装支架5上；在距支承点260mm处根据试件1厚度300g悬挂荷载2，荷载2可以是磅秤秤砣等部件，其重量为（300-600）g可调；在距荷载2下端10mm处设置一个限制面3，可以是一摞砖，砖的最高处距离荷载2下端面10mm，根据测试时荷载2因试件1受热弯曲其下表面是否越过限制面3来判断测试终止情况；调节燃烧器7喷口位置需先校准基线，使一对燃烧器7喷口分别设置在试件1两面，燃烧器7喷口最低点与试件1长边下端在同一水平面上，调整燃烧器7喷口三维位置，使喷口中心点离支承点100mm且喷口距试件25mm，点燃燃烧器7，调节丙烷流量使热电偶温度示值为（950-1050）℃，灼烧试件1进行测试。
33.步骤s4、结果分析：基于火灾逃生时间，设置燃烧测试时间，通过燃烧测试时间内试件1是否越过限制面3或者试件1破坏的时间是否超过燃烧测试时间，确定纸面石膏板燃烧性能是否满足一般装饰装修工程使用要求。
34.本发明实施例中，以15min内荷载2下端是否接触砖面为终止条件，当15min内荷载2下端触及砖面，测试结果为芯材高温内聚力较差，视为试件1破坏，耐火性能不合格；当超过15min荷载2下端未越过限制面3，可终止测试，视为试件1未破坏，耐火性能合格。当发生火灾事故时，人员的最佳逃生时间90s，民用住宅是2～3min，高层建筑是5～6min，按照相应的消防验收规范，以3倍逃生时间作为测试终止时间是合理的。
35.如图3、图4所示，一种纸面石膏板耐火性能测量装置，包括支座4、安装支架5、燃烧器7、温度传感器9、限制面3和荷载2，其特征在于：所述支座4一端设有安装支架5，用于固定作为试件1的纸面石膏板一端，荷载2设置在试件1另一端，荷载2下方的支座4上设有限制面3，试件1的侧面设有燃烧器7，燃烧器7与支座4连接，燃烧器7与试件1之间设有温度传感器9；构建试件材料固有属性、试件1设置荷载2处至燃烧破坏面的距离量、荷载2下降高度、荷载重量对应关系，基于对应关系部署燃烧面位置、限制面设置高度、选取荷载重量，对燃烧
面进行燃烧。
36.对应关系如下：其中，，表示试件1因燃烧而剪切变形的角度，e表示杨氏模量，i表示转动惯量，v表示泊松比，e、v、i为材料固有属性，g表示重力加速度，l0表示纸面石膏板上悬挂的荷载2处至燃烧破坏面的距离，h表示荷载2下降高度，基于h设置限制面高度。
37.另一个实施例中，当e、v、i不便获取时，可以基于燃烧面的燃烧及重力对试件1施加的弯曲力矩m，以及试件1因燃烧而剪切变形的角度θ，得到所需设置的荷载质量m；其中，g表示重力加速度。
38.安装支架5设有与试件1一端配合的开口内腔，开口内腔的一侧设有带定位销8的通孔6，试件1为横向固定的矩形，试件1一端插入内腔的开口，内腔侧面的定位销8经过通孔6固定住试件1一端的表面侧。
39.如图5所示，将一对燃烧器7对称设置在时间的两侧，燃烧器7喷口最低点与试件1长边下端在同一水平面上，进行基线校准。
40.装置还包括依次连接的气源、减压阀和压力表、流量表、y型连接头，y型连接头的两个输出端分别连接一对燃烧器7，y型连接头的输出端与燃烧器7之间设有压力控制阀。
41.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。