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建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火性能試驗(yàn)

發(fā)布時(shí)間：2011/12/27 0:58:26 來源：本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊：次字體：大中小

編者按：2011年3月14日公安部消防局發(fā)布文件，進(jìn)一步明確了民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理的有關(guān)要求。

為了科學(xué)評(píng)價(jià)外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全性，有效提高我國現(xiàn)有外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全，2006年至2011年11月20日，以建筑防火專家季廣其為首的中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所與多家科研、設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)單位共同組建的科研協(xié)作團(tuán)隊(duì)，對(duì)市場初步形成的不同構(gòu)造、不同類型的外墻外保溫系統(tǒng)，共進(jìn)行了56次大尺寸模型火試驗(yàn)和多次配套的材料及制品的燃燒性能試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究評(píng)價(jià)了外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能。

本刊現(xiàn)摘編并刊發(fā)中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所課題組的初步成果，相信讀者對(duì)工程試驗(yàn)和工程實(shí)施兩者在工作目標(biāo)、外在環(huán)境、工作流程、過程控制等方面的異同有準(zhǔn)確的判斷。

外墻外保溫防火先行

建筑外墻保溫是建筑節(jié)能的重要內(nèi)容之一，其核心是保溫材料。不同類型材料的導(dǎo)熱系數(shù)差異較大，導(dǎo)熱系數(shù)越小，其保溫隔熱性能越好，一般來說，有機(jī)保溫材料熱工性能要優(yōu)于一般無機(jī)保溫材料。

與世界各國一樣，目前我國保溫材料大多采用有機(jī)高分子發(fā)泡保溫材料，如模塑聚苯板（EPS）、擠塑聚苯板（XPS），硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯等，雖然相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)其阻燃性能提出了要求，但限于目前應(yīng)用的技術(shù)水平和技術(shù)條件，其本質(zhì)上仍屬可燃材料，材料自身的阻燃性能指標(biāo)尚不能完全滿足建筑防火安全的要求。

“外墻外保溫系統(tǒng)”是指依附于建筑外墻上、位于建筑主體結(jié)構(gòu)外墻外側(cè)的系統(tǒng)，對(duì)建筑起保溫作用。外墻外保溫系統(tǒng)又可采用粘貼、噴涂、澆注和機(jī)械錨固等多種施工方法，但保溫材料是直接附著在基層墻體上的，外部的裝飾材料可以是涂料、面磚、石材、金屬板材等，也可以做成帶龍骨的幕墻保溫系統(tǒng)。系統(tǒng)都是有基層墻體作為支撐的，沒有基層墻體的全幕墻系統(tǒng)暫未列入研究內(nèi)容。根據(jù)國外的進(jìn)步經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)不同類型的外墻外保溫系統(tǒng)采取科學(xué)適度的防火構(gòu)造措施（例如設(shè)置防火隔離帶、加厚防火保護(hù)層）可以滿足建筑成品整體構(gòu)造防火安全的要求，確保建筑物在火災(zāi)發(fā)生時(shí)火情不會(huì)蔓延。

因此，完善外保溫系統(tǒng)的整體構(gòu)造應(yīng)作為提高我國建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火安全性能的重要途徑。

防火評(píng)價(jià)試驗(yàn)先行

對(duì)外保溫系統(tǒng)進(jìn)行防火安全性能評(píng)價(jià)是以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的，采用的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)能夠表征系統(tǒng)在實(shí)際火災(zāi)中的狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)客觀地反映外保溫系統(tǒng)的防火安全性能。只有選擇正確的試驗(yàn)方法，才能客觀、科學(xué)地評(píng)價(jià)外保溫系統(tǒng)防火安全性能。

從試樣尺度劃分試驗(yàn)方法的類別，包括小尺寸試件試驗(yàn)、中尺寸試件試驗(yàn)和大尺寸模型火試驗(yàn)。小尺寸試驗(yàn)主要是對(duì)保溫材料的燃燒性能進(jìn)行檢驗(yàn)；中尺寸試驗(yàn)可以對(duì)保溫材料的燃燒性能進(jìn)行檢驗(yàn)，也可以針對(duì)具有某種構(gòu)造的外保溫系統(tǒng)進(jìn)行檢驗(yàn)，但所涵蓋的系統(tǒng)構(gòu)造往往十分有限；大尺寸試驗(yàn)可以對(duì)整個(gè)外保溫系統(tǒng)的所有構(gòu)造進(jìn)行檢驗(yàn)。

對(duì)于外保溫系統(tǒng)整體構(gòu)造的防火安全性能或火焰?zhèn)鞑バ?，主要采用大尺寸模型火試?yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。目前在我國有試驗(yàn)基礎(chǔ)的大尺寸試驗(yàn)方法有兩個(gè)：一是美國的UL1040：2000標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)通稱為“墻角火試驗(yàn)”；二是英國的BS8414-1：2002標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)通稱為“窗口火試驗(yàn)”，也是國際上采用的針對(duì)外保溫系統(tǒng)的防火試驗(yàn)方法。

墻角火試驗(yàn)以美國的UL1040為代表。試驗(yàn)時(shí)火源位于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膲?，試?yàn)?zāi)Ｐ秃驮囼?yàn)結(jié)果更適用于內(nèi)保溫。窗口火試驗(yàn)以英國的BS8414為代表，試驗(yàn)時(shí)火源位于試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞磕M窗口的燃燒室內(nèi)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃驮囼?yàn)結(jié)果更適用于外保溫。

為了將BS8414-1：2002標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為適合我國外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)用的試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法，2008年，中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所申請(qǐng)了住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗(yàn)方法》的編制任務(wù)。經(jīng)過幾十次大比例窗口火的試驗(yàn)研究，確立了非等效采用英國BS8414-1：2002的編制原則，目前已進(jìn)入報(bào)批階段。在《建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗(yàn)方法》規(guī)定的窗口火試驗(yàn)中，試驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M垂直的建筑面由主墻和與之垂直的副墻構(gòu)成。外保溫系統(tǒng)安裝在建筑面上。試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷撞咳紵业拈_口模擬實(shí)際建筑中樓層的窗口或洞口，點(diǎn)燃的木材或燃?xì)獾幕鹧鎻拇翱谝绯?，模擬房間內(nèi)發(fā)生轟燃后的火焰從窗口或洞口溢出時(shí)對(duì)外保溫系統(tǒng)的攻擊，檢驗(yàn)外保溫系統(tǒng)的受損程度，并對(duì)其火焰?zhèn)鞑バ赃M(jìn)行判定。試驗(yàn)用火源采用約400kg的木材，30分鐘內(nèi)釋放的總熱量約為4500MJ，熱釋放速率峰值約為(3±0.5)MW，比正常使用條件下建筑內(nèi)可燃燒物的量要大很多，試驗(yàn)條件非?？量獭?/p>

從實(shí)際火災(zāi)對(duì)建筑物的攻擊概率來看，中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所與相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)一起，選擇了窗口火試驗(yàn)這一具有普遍意義的方法。從2006年3月開始至2011年11月，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同構(gòu)造的外墻外保溫系統(tǒng)，先后進(jìn)行了56次外保溫系統(tǒng)的大尺寸模型火試驗(yàn)，其中，墻角火試驗(yàn)10次，窗口火試驗(yàn)46次。

試驗(yàn)結(jié)果

1.EPS外墻外保溫系統(tǒng)

（1）對(duì)于采取巖棉防火隔離帶的EPS薄抹灰系統(tǒng)，試驗(yàn)后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低，20cm的巖棉防火隔離帶有效地阻止了火焰垂直向上的蔓延作用，特別是試驗(yàn)的EPS板的厚度達(dá)到20cm，具有足夠的可燃物質(zhì)。因此可以分析得出，在窗口火試驗(yàn)條件下，系統(tǒng)中設(shè)置20cm的巖棉防火隔離帶足以起到抑制火焰蔓延的作用。

（2）對(duì)于采取了巖棉擋火梁的EPS薄抹灰系統(tǒng)，試驗(yàn)后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低，可見巖棉擋火梁也具有一定的阻止火焰垂直向上蔓延的作用。

（3）對(duì)于采用聚氨酯復(fù)合構(gòu)造作為防火隔離帶的EPS薄抹灰系統(tǒng)，試驗(yàn)后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低，30cm的聚氨酯復(fù)合構(gòu)造防火隔離帶有效地阻止了火焰垂直向上的蔓延作用，將火焰?zhèn)鞑シ秶拗圃诘谝粭l防火隔離帶以下，作用比較突出。但如果系統(tǒng)自身的質(zhì)量存在較大問題時(shí)，防火隔離帶的阻火作用有限。如試驗(yàn)10表現(xiàn)為具有火焰?zhèn)鞑バ?，原因與施工質(zhì)量有關(guān)。在試驗(yàn)10進(jìn)行至點(diǎn)火開始后17分20秒時(shí)，抹面膠漿中的玻璃纖維網(wǎng)格布發(fā)生了斜向斷裂。點(diǎn)火開始后17分55秒時(shí)，懸空的面層自邊緣上部開始被點(diǎn)燃，11秒后發(fā)生轟燃。因此可以認(rèn)為，防火隔離帶的阻火作用是相對(duì)的，它有效阻止火焰?zhèn)鞑サ那疤釕?yīng)是EPS薄抹灰外保溫系統(tǒng)的質(zhì)量滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（4）對(duì)于酚醛保溫復(fù)合板防火隔離帶EPS薄抹灰系統(tǒng)，試驗(yàn)后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低，30cm的酚醛防火復(fù)合板隔離帶有效地阻止了火焰垂直向上的蔓延作用；對(duì)于泡沫水泥挑沿復(fù)合巖棉防火隔離帶的EPS薄抹灰系統(tǒng)，試驗(yàn)后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低，進(jìn)一步證明了巖棉防火隔離帶的阻火作用；對(duì)于膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)，試驗(yàn)后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低。

（5）對(duì)于對(duì)EPS采用厚保護(hù)層的保護(hù)方式，包括膠粉聚苯顆粒保溫漿料、膨脹?；⒅楸胤阑鹕皾{、鋼絲網(wǎng)瓷磚飾面，以及玻纖網(wǎng)瓷磚飾面等試驗(yàn)。結(jié)果表明，已經(jīng)做過試驗(yàn)的厚保護(hù)層系統(tǒng)，在試驗(yàn)狀態(tài)下火焰?zhèn)鞑バ暂^低。

2.硬泡聚氨酯外墻外保溫系統(tǒng)

（1）對(duì)于沒有采取任何構(gòu)造措施的硬泡聚氨酯薄抹灰系統(tǒng)，試驗(yàn)后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低?？梢哉J(rèn)為，在窗口火試驗(yàn)條件下，硬泡聚氨酯薄抹灰系統(tǒng)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較小，可以不必設(shè)置防火隔離帶。

（2）對(duì)于采用厚保護(hù)層的硬泡聚氨酯系統(tǒng)，共進(jìn)行了5次試驗(yàn)：包括噴涂聚氨酯硬泡外墻外保溫系統(tǒng)、高強(qiáng)耐火植物纖維復(fù)合保溫板現(xiàn)場澆注發(fā)泡聚氨酯外墻外保溫系統(tǒng)、噴涂聚氨酯硬泡加巖棉帶封堵空腔幕墻保溫系統(tǒng)、8cm硬泡聚氨酯板材-2cm膨脹珍珠巖砂漿抹面等。在5次試驗(yàn)中，系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ跃^低，表現(xiàn)出良好的對(duì)火反應(yīng)性能。可以認(rèn)為，硬泡聚氨酯采用厚保護(hù)層時(shí)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較小。

3.XPS外墻外保溫系統(tǒng)

XPS外墻外保溫系統(tǒng)共進(jìn)行3次試驗(yàn)：包括擠塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)-巖棉板防火隔離帶、膠粉聚苯顆粒貼砌XPS板抹面系統(tǒng)、擠塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)（本試驗(yàn)采用B1級(jí)擠塑聚苯板）。

其中，采用巖棉防火隔離帶的系統(tǒng)，火焰?zhèn)鞑バ暂^低；采用膠粉聚苯顆粒厚保護(hù)層的系統(tǒng)，火焰?zhèn)鞑バ暂^低。

分析認(rèn)為，使用B1級(jí)XPS板又不設(shè)置防火隔離帶時(shí)，保證系統(tǒng)具有足夠的防火安全性能具有一定難度。

4.酚醛-鋁單板幕墻系統(tǒng)

對(duì)于酚醛-鋁單板幕墻系統(tǒng)共進(jìn)行2次試驗(yàn)，試驗(yàn)27和試驗(yàn)29。

試驗(yàn)27采用酚醛薄抹灰復(fù)合鋁單板幕墻系統(tǒng)，7cm的酚醛保溫板，點(diǎn)框粘的粘結(jié)方式（粘結(jié)面積≥40%），系統(tǒng)內(nèi)部未采取其它的防火構(gòu)造方式，在試驗(yàn)狀態(tài)下破壞較為嚴(yán)重，具有一定的火焰?zhèn)鞑バ?。試?yàn)29采用貼砌法粘貼酚醛保溫板的施工方式，滿粘（粘結(jié)面積100%），在保溫板內(nèi)部進(jìn)行分倉、表面抹1cm膠粉聚苯顆粒，并在幕墻龍骨處用膠粉聚苯顆粒進(jìn)行封堵，在試驗(yàn)狀態(tài)表現(xiàn)出了很好的防火安全性能，火焰?zhèn)鞑バ暂^低。

試驗(yàn)結(jié)論與建議

課題組綜合試驗(yàn)結(jié)果及對(duì)各種外保溫材料系統(tǒng)類型的防火性能分析，初步得出以下結(jié)論：

1.外保溫系統(tǒng)的防火性能

（1）B2級(jí)的EPS板-薄抹灰系統(tǒng)具有一定的抗火能力。在系統(tǒng)中設(shè)置防火隔離帶（也可設(shè)置擋火梁）后，可以使系統(tǒng)整體的防火安全性能進(jìn)一步提高，傳播火焰的風(fēng)險(xiǎn)降低。

（2）20cm的巖棉防火隔離帶可以滿足防火隔離的需要，具有足夠的阻火能力。

（3）B2級(jí)的硬泡聚氨酯板薄抹灰系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低，可不設(shè)置防火隔離帶。

（4）采用厚保護(hù)層的外墻外保溫系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低，在系統(tǒng)內(nèi)可不設(shè)置防火隔離帶。

（5）外保溫系統(tǒng)中，保溫層外部如存在空腔，必須進(jìn)行有效的封堵以減小火災(zāi)蔓延的風(fēng)險(xiǎn)。

2.施工質(zhì)量對(duì)外保溫系統(tǒng)防火性能的影響

外保溫系統(tǒng)防護(hù)層的施工質(zhì)量對(duì)于系統(tǒng)的防火性能至關(guān)重要。

2008年10月21日進(jìn)行的膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)-聚氨酯硬泡保溫板防火隔離帶試驗(yàn)和2009年3月18日進(jìn)行的膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)-挑沿試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中都出現(xiàn)了防護(hù)面層瞬間大面積掀開的現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部保溫材料外露在空氣中，進(jìn)而產(chǎn)生急劇的燃燒，增加了系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑サ娘L(fēng)險(xiǎn)。

因此，施工過程中必須嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工操作，避免增強(qiáng)網(wǎng)干搭接。施工遵循自上而下或自下而上的順序方式，以保證外保溫系統(tǒng)內(nèi)的連接部位不存在大的縫隙，從而減少在火災(zāi)條件下產(chǎn)生破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

3.對(duì)保溫材料的基本要求

應(yīng)用于外墻外保溫的保溫材料的燃燒性能不應(yīng)低于B2級(jí)，并嚴(yán)格按照相關(guān)材料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行現(xiàn)場見證取樣檢驗(yàn)。對(duì)于硬泡聚氨酯，燃燒性能要求B2級(jí)加氧指數(shù)≥26%；對(duì)于EPS，燃燒性能要求B2級(jí)加氧指數(shù)≥30%；對(duì)于XPS，燃燒性能要求為B2級(jí)。

在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)水平能夠達(dá)到的條件下，建議對(duì)XPS增加氧指數(shù)的要求，以控制材料的燃燒性能，其技術(shù)指標(biāo)可規(guī)定為：氧指數(shù)≥26%。

在設(shè)計(jì)和施工時(shí)采取有效的防火構(gòu)造措施，通過大比例窗口火試驗(yàn)檢驗(yàn)構(gòu)造措施的有效性，并結(jié)合對(duì)保溫材料燃燒性能等級(jí)不得低于B2級(jí)和對(duì)材料氧指數(shù)的限制，來保證建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防火安全，是一條簡便易行的新途徑，在我國具有廣泛的應(yīng)用研究前景。

4.防火試驗(yàn)的意義

外墻外保溫系統(tǒng)的墻角火試驗(yàn)和窗口火試驗(yàn)，尤其是窗口火試驗(yàn)可以同時(shí)模擬建筑室內(nèi)、外火災(zāi)對(duì)建筑物的攻擊，模型尺寸能夠涵蓋包括防火隔斷在內(nèi)的所有系統(tǒng)構(gòu)造，試驗(yàn)狀態(tài)能夠充分反應(yīng)外墻外保溫系統(tǒng)在實(shí)際火災(zāi)中的抗火能力，能夠用于評(píng)價(jià)外墻外保溫系統(tǒng)整體的引燃性和傳播性。從實(shí)際火災(zāi)對(duì)建筑物的攻擊概率來看，窗口火試驗(yàn)更具有普遍意義，窗口火試驗(yàn)應(yīng)該成為今后的研究重點(diǎn)。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗(yàn)方法》將英國標(biāo)準(zhǔn)BS8414-1:2002轉(zhuǎn)換成了適應(yīng)我國國情的、更具操作性的外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗(yàn)方法，是我國編制的第一部用于外墻外保溫系統(tǒng)的大型防火試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，將為我國外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全性能評(píng)價(jià)提供科學(xué)統(tǒng)一的試驗(yàn)方法，對(duì)研究提高我國外保溫系統(tǒng)的防火性能、推動(dòng)外保溫系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步、引導(dǎo)外保溫行業(yè)健康發(fā)展都具有積極的作用。

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