建筑外墻外保溫材料的燃燒安全性能分析及建議論文

建筑外墻外保溫材料的燃燒安全性能分析及建議論文

　　高層建筑節(jié)能的要求使外墻外保溫材料的使用越來越廣泛，但由于此類材料在堆放量、自身可燃性及施工管理等方面的疏忽，近年來已引發(fā)了多起火災(zāi)事故，如上海市靜安區(qū)住宅公寓外保溫材料著火而引發(fā)立體建筑燃燒、北京央視新址附屬文化中心工地由于燃放煙花引燃外墻外保溫材料；沈陽皇朝萬鑫大廈由于煙花引燃 11 層外陽臺(tái)的塑料草坪，導(dǎo)致引燃鋁塑板結(jié)合處可燃膠條、泡沫棒、擠塑板等[1],給人民財(cái)產(chǎn)和生命安全帶來了一定程度的損失和影響，為此加強(qiáng)對(duì)建筑外墻外保溫材料的防火措施非常必要。

　　本文通過對(duì)國內(nèi)外建筑外墻外保溫防火技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研，對(duì)目前廣泛使用的外墻外保溫材料燃燒性能進(jìn)行分析，結(jié)合在火的作用下材料燃燒蔓延、擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性及危害進(jìn)行了研究，并對(duì)提升建筑外保溫工程的燃燒安全性能提出了建議。

　　1 國外建筑外墻外保溫防火技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.1 歐盟。

　　歐盟對(duì)于建筑外墻保溫采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（ETA）的監(jiān)管手段，2000 年頒布了技術(shù)批準(zhǔn)導(dǎo)則（ETAG004）《薄抹灰建筑外墻保溫系統(tǒng)》，2008 年進(jìn)行了修訂。該導(dǎo)則在防火方面的規(guī)定主要有 2 條：

　　（1）保溫材料的燃燒性能按（EN 13501-1:2002）《建筑制品和構(gòu)件的火災(zāi)分級(jí)第一部分： 用對(duì)火反應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分級(jí)》進(jìn)行測試分級(jí)。

　　（2）歐盟對(duì)外墻保溫外部火焰?zhèn)鞑サ幕馂?zāi)檢測還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，此檢測應(yīng)根據(jù)各成員國相關(guān)要求進(jìn)行。

　　1.2 英國。

　　英國涉及建筑外墻保溫防火要求的技術(shù)法規(guī)是《建筑法規(guī)》[2].該法規(guī)規(guī)定外墻不能提供火焰?zhèn)鞑サ耐緩剑�針�?duì)學(xué)校、住宅、商業(yè)建筑等，考慮建筑物高度和間距等影響因素，對(duì) 18 m 以上的建筑物的外部火焰?zhèn)鞑プ龀隽嗣鞔_規(guī)定，主要內(nèi)容包括材料燃燒性能、防火隔斷等，且外墻外保溫材料燃燒性能不得低于 A2 級(jí)。

　　2002 年，英國頒布了（BS 8414）《外維護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的防火性能：建筑外墻用非承重外圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法》。它規(guī)定了磚墻、框架外墻保溫的外部火焰?zhèn)鞑セ馂?zāi)檢測方法，通過大尺寸構(gòu)件的窗口火測試方法來判定火焰?zhèn)鞑バ阅堋?/p>

　　1.3 美國。

　　美國在材料構(gòu)件防火性能等方面的標(biāo)準(zhǔn)主要有（ASTM E119）《建筑構(gòu)件及材料的防火性能標(biāo)準(zhǔn)測試方法》，基本與 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)、歐盟等國際標(biāo)準(zhǔn)相同。（ASTM E84）《建筑材料表面燃燒特性標(biāo)準(zhǔn)測試方法》是有關(guān)建筑材料表面燃燒的隧道測試方法。UL、FM 2 個(gè)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室都有涉及外墻外保溫火災(zāi)檢測、屋面有機(jī)保溫材料防火的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

　�。∟FPA 259）《建筑材料潛熱標(biāo)準(zhǔn)測試方法》、（NFPA285）《對(duì)于含有可燃成分的外部非承重墻組件火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘脑u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)測試方法》均涉及了建材和構(gòu)件的'防火測試。（UL 1040）《保溫墻體結(jié)構(gòu)防火測試》、（FM 4880）《1 級(jí)防火保溫墻、屋頂天花板、內(nèi)部抹面材料或涂料、外墻系統(tǒng)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》是大尺寸構(gòu)件火災(zāi)檢測方法標(biāo)準(zhǔn)，研究火焰的傳播特性，類似于（BS 8414）《外維護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的防火性能：建筑外墻用非承重外圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法》，其方法是用多層陰角的構(gòu)件來模擬保溫覆面時(shí)的火災(zāi)情形。

　　美國紐約州的《建筑指令》（《BUILDING CODEOF NEW YORK》）[3]中明確規(guī)定，可燃的外墻保溫和隔聲材料與外側(cè)覆面材料（含密封材料）火焰?zhèn)鞑ケ嚷什怀�過 25、煙傳播比率不超過 50.燃燒時(shí)分解物毒性不能強(qiáng)于在同等條件下紙和木材燃燒時(shí)產(chǎn)生的分解物。建筑外墻外保溫材料在火災(zāi)過程中會(huì)出現(xiàn)大面積的火焰?zhèn)鞑�，從而�?dǎo)致火災(zāi)范圍的擴(kuò)大，同時(shí)釋放出大量的熱，對(duì)周邊物體產(chǎn)生熱輻射作用。

　　EPS、XPS 等有機(jī)產(chǎn)品燃燒還會(huì)產(chǎn)生大量燃燒滴落物，直接引燃其他可燃物體，使得火災(zāi)程度加劇。在燃燒過程中伴隨產(chǎn)生的大量有毒有害氣體，也給逃生和救援帶來極大困難。因此建筑外保溫材料在有燃燒源產(chǎn)生時(shí)最需防范的是火焰?zhèn)鞑�、蔓延產(chǎn)生的不可控建筑立體迅速的燃燒。從國外標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)法規(guī)的制定中除了對(duì)涉及外墻外保溫的建筑大尺寸構(gòu)件進(jìn)行火災(zāi)檢測和火焰?zhèn)鞑ヌ匦詸z測、英國和歐盟標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料的燃燒等級(jí)有所規(guī)定外，對(duì)產(chǎn)煙量和滴落物也均有限定。隨著中國經(jīng)濟(jì)的崛起，城市建筑高度和密度已位于世界前列，做好對(duì)建筑外墻外保溫的燃燒風(fēng)險(xiǎn)防范工作迫在眉睫。

　　2 我國建筑外墻外保溫材料行業(yè)現(xiàn)狀和防火技術(shù)要求。

　　2.1 建筑外墻外保溫材料行業(yè)現(xiàn)狀。

　　建筑外墻外保溫材料種類繁多，有機(jī)類保溫材料：模塑板、擠塑板、酚醛和聚氨酯等；無機(jī)類保溫材料：巖棉、玻璃棉、泡沫玻璃、發(fā)泡水泥板等。各種材料的理化特性、保溫性能、施工性能、燃燒性能、生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本等各有千秋。隨著我國住宅建設(shè)節(jié)能工作的不斷深入以及節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，也開發(fā)了許多新型的節(jié)能材料，并在住宅建筑中大力推廣使用。其中應(yīng)用于外墻外保溫的改性聚異氰脲酸脂、改性聚苯板等也有一定的使用。

　　經(jīng)過一段時(shí)間的有機(jī)外墻外保溫材料“休克”使用期后，新版國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 50016-2014）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》已批準(zhǔn)發(fā)布，并已于 2015 年 5 月 1 日起實(shí)施。其中“6.7 建筑保溫和外墻裝飾”首次對(duì)不同類型、不同高度建筑外墻外保溫材料的燃燒性能提出了明確、嚴(yán)格的要求。隨著新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施要求，EPS 板、XPS 板等只有達(dá)到 B1、B2級(jí)才可在外墻外保溫工程中應(yīng)用，由此，對(duì)材性的應(yīng)用及質(zhì)量控制尤為重要。

　　2.2 建筑外墻外保溫材料防火技術(shù)要求我國建筑材料燃燒性能分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 8624）《建筑材料及其制品燃燒性能分級(jí)》。它采用了（EN 13501-1）《建筑制品和構(gòu)件的火災(zāi)分級(jí) 第一部分：用對(duì)火反應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分級(jí)》，包括了產(chǎn)煙特性、滴落物附加分級(jí)方法以及材料產(chǎn)煙毒性，并在此基礎(chǔ)上增加了特殊用途材料的分級(jí)方法，其測試方法和材料燃燒性能要求見表 1.

　　國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 8624）《建筑材料及其制品燃燒性能分級(jí)》作為燃燒性能分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)在很多的相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中得到引用，但由于外墻外保溫材料發(fā)展迅猛，大家對(duì)材料的物理和節(jié)能特性的關(guān)注更多，對(duì)燃燒性能的等級(jí)也較為重視，對(duì)國家標(biāo)準(zhǔn)中的燃燒性能附加分級(jí)和產(chǎn)品特性的結(jié)合卻缺乏深入研究，導(dǎo)致目前所有引用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中燃燒性能均沒有考慮產(chǎn)煙特性和滴落限定，以致在工程應(yīng)用驗(yàn)收時(shí)也忽略了這些附加分級(jí)的技術(shù)要求。

　　3 建筑外墻外保溫材料燃燒安全性能分析。

　　3.1 EPS 聚苯板。

　　EPS 聚苯板由可發(fā)性聚乙烯珠粒經(jīng)加熱預(yù)發(fā)泡后在模具中加熱成型，制成具有閉孔結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯泡沫塑料板材。它既可制成不同密度、不同形狀的泡沫制品，又可加工出各種不同厚度的泡沫板材。產(chǎn)品因其價(jià)格較廉、施工方便而應(yīng)用廣泛。

　　選擇 2 批次 EPS 聚苯板為熱塑性材料，在不太高的溫度下燃燒，就會(huì)發(fā)生收縮、融化和滴落；在較高溫度下會(huì)發(fā)生快速滴落。 SBI 中單體燃燒試驗(yàn)點(diǎn)火器火焰溫度為 30 kW,僅模擬墻角垃圾桶燃燒的火焰大小，試驗(yàn)過程中前 600 s 聚苯板的滴落物未超出燃燒器范圍，說明前 600 s 無燃燒滴落物 /顆粒，但當(dāng) SBI 單體燃燒試驗(yàn)點(diǎn)火器火焰溫度達(dá)900 kW 時(shí)，燃燒滴落物范圍增大，快速燃燒并引燃旁邊的刨花（見圖 1）。

　　SBI 單體燃燒試驗(yàn)僅以試驗(yàn)前 600 s 滴落物是否燃燒作為判定，但當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到 600 s 后，由于溫度升高等原因，滴落物發(fā)生了二次燃燒（見圖 2）。

　　從圖 2 可以看出，第一個(gè)峰值出現(xiàn)是聚苯板燃燒過程的熱釋放情況，第二個(gè)峰值出現(xiàn)是垂直樣品受火區(qū)域已經(jīng)完全滴落情況，正是由于滴落物燃燒引起了放熱加劇。

　　從試驗(yàn)現(xiàn)象可以得出：EPS 聚苯板這類熱塑性材料，遇火融化收縮、滴落流淌，非常容易被引燃發(fā)生二次燃燒，且二次燃燒火焰持續(xù)時(shí)間長，燃燒流淌物容易引燃附近可燃、易燃物品，易增大火災(zāi)的蔓延性和引燃范圍。

　　3.2 XPS 擠塑板。

　　XPS 擠塑板是以聚苯乙烯樹脂為原料加上其他的原輔料和聚合物，通過加熱混合并同時(shí)注入催化劑，擠塑壓成型而制造成的硬質(zhì)泡沫塑料板。常用于建筑物屋面、鋼結(jié)構(gòu)屋面和建筑物墻體保溫層。

　　XPS 擠塑板與 EPS 聚苯板相似，在燃燒情況下也會(huì)產(chǎn)生滴落物，發(fā)生二次燃燒。圖 3 為 B2 級(jí) XPS擠塑板滴落物無需加大火焰，在遠(yuǎn)離燃燒器的位置自發(fā)劇烈燃燒。試驗(yàn)結(jié)束后關(guān)閉燃燒器，滴落物仍持續(xù)燃燒直至燃燒殆盡。

　　從試驗(yàn)現(xiàn)象可見，XPS 擠塑板這類熱塑性材料，遇火也會(huì)融化收縮、滴落流淌，非常容易被引燃發(fā)生二次燃燒，且二次燃燒的火焰持續(xù)時(shí)間長，燃燒流淌物容易引燃附近可燃、易燃物品，增大火災(zāi)的蔓延性和引燃范圍，具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　3.3 建筑外墻外保溫材料燃燒安全性能分析。

　　通過上述試驗(yàn)分析比較可以看出：

　�。�1）在外墻外保溫材料中，EPS 聚苯板和 XPS擠塑板這類熱塑性材料，遇火融化收縮、滴落流淌，非常容易被引燃發(fā)生二次燃燒；二次燃燒的火焰持續(xù)時(shí)間長，燃燒流淌物容易引燃附近可燃、易燃物品，增大火災(zāi)的蔓延性和引燃范圍。

　　（2）火災(zāi)事故的發(fā)生與火源、易燃物和蔓延性相關(guān)，當(dāng)材料遇火源燃燒，若為易燃材料時(shí)燃燒迅速，但也只是自身的燃燒；當(dāng)材料燃燒后容易引燃其他材料或物體，迅速造成蔓延和擴(kuò)散的情況，則將造成大范圍火災(zāi)，后果嚴(yán)重。EPS、XPS 材料燃燒后的滴落物二次燃燒易使火災(zāi)事故范圍擴(kuò)大、滴落物聚集、燃燒持續(xù)時(shí)間更長、破壞性更大。特別是室外火災(zāi)中，著火點(diǎn)燃燒向上傳播，燃燒滴落物引起下部空間燃燒，致使火災(zāi)范圍雙向擴(kuò)大，與工程現(xiàn)場的其他可燃物一起燃燒，繼而形成建筑的立體燃燒，損失更大。

　　4 建筑外墻外保溫材料應(yīng)用及燃燒安全性能的探討。

　�。�1）“11.15”靜安住宅樓火災(zāi)后，相關(guān)文件規(guī)定：

　　對(duì)建筑外墻外保溫一律使用燃燒性能 A 級(jí)材料，但A 級(jí)外墻外保溫材料中生產(chǎn)過程自身高能耗、污染環(huán)境、資源緊張等問題也困擾著整個(gè)行業(yè)。隨著（GB 50016-2014）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，經(jīng)過一段時(shí)間的有機(jī)外保溫材料“休克”使用期后，達(dá)到燃燒性能 B1和 B2級(jí)的有機(jī)外保溫材料均將允許在工程中使用，但要防止“一管就死，一放就亂”的狀況。應(yīng)對(duì)涉及有燃燒滴落物的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)修訂規(guī)范，建議完善對(duì)燃燒性能附加滴落分級(jí)的要求。

　　（2）掌握建筑材料的燃燒性能固然重要，但更重要的是如何防止火焰在建筑物內(nèi)外、建筑物之間快速蔓延，因此對(duì)建筑外墻防范火焰?zhèn)鞑サ募夹g(shù)要求須及時(shí)補(bǔ)充完善�，F(xiàn)在國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T29416-2012）《建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗(yàn)方法》通過窗口火試驗(yàn)對(duì)外保溫系統(tǒng)構(gòu)件的火焰蔓延進(jìn)行評(píng)價(jià)，雖對(duì)構(gòu)件防火性能的評(píng)價(jià)起到了作用，但該試驗(yàn)規(guī)模較大，試驗(yàn)周期較長，反映的是整體保溫構(gòu)件的防火性能，對(duì)材料的火焰蔓延性能評(píng)價(jià)較為缺乏。我國應(yīng)適時(shí)引入（ASTM E84）《建筑材料表面燃燒的隧道測試方法》，進(jìn)行外墻外保溫材料的抗火焰蔓延性試驗(yàn)。該方法有別于測試一些抗火焰蔓延性能差的、有燃燒滴落物的外墻外保溫材料，能體現(xiàn)材料的改進(jìn)和性能。

　　（3）由于 EPS 板生產(chǎn)后有可燃?xì)怏w的釋放周期，在生產(chǎn)企業(yè)和工程的堆放場地等集中堆放時(shí)，其火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也很高。因此建議：

　　① 在建筑外保溫工程中慎用遇火熔融滴落物燃燒現(xiàn)象嚴(yán)重的 EPS 聚苯板、XPS 擠塑板產(chǎn)品。

　�、� 在生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用 EPS 聚苯板和XPS 擠塑板等有機(jī)外保溫材料的過程中，注意必要的保護(hù)和區(qū)域的分隔，盡量遠(yuǎn)離火源，減少火災(zāi)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

　�。�4）生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)積極開展材料的改性探索研究，降低外墻外保溫材料煙氣毒性和燃燒滴落物的危害。（圖表略）

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 陸津龍，姚玉梅。建筑外墻保溫工程火災(zāi)頻發(fā)的反思[J].上海城市發(fā)展，2011（5）：29-31.

　　[2] 沈麗華，姚玉梅，何一鳴。建筑外墻有機(jī)保溫材料防火性能技術(shù)改進(jìn)措施探索[J].上海化工，2012（10）：20-23.

　　[3] Building Code of the City of New York. Plus Reference Stan-dards and Selected Rules and Regulations of the Departmentof Buildings[S].

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