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建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火性能試驗

發(fā)布時間：2011/12/27 0:58:26 來源：本站原創(chuàng) 點擊：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)評價外墻外保溫系統(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、施工、生產(chǎn)單位共同組建的科研協(xié)作團隊，對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)，共進行了56次大尺寸模型火試驗和多次配套的材料及制品的燃燒性能試驗，系統(tǒng)地研究評價了外墻外保溫系統(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，相信讀者對工程試驗和工程實施兩者在工作目標(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，有機保溫材料熱工性能要優(yōu)于一般無機保溫材料。

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)國外的進步經(jīng)驗，針對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)生時火情不會蔓延。

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。

防火評價試驗先行

對外保溫系統(tǒng)進行防火安全性能評價是以試驗為基礎(chǔ)的，采用的試驗?zāi)Ｐ蛻?yīng)能夠表征系統(tǒng)在實際火災(zāi)中的狀態(tài)，試驗結(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方法，才能客觀、科學(xué)地評價外保溫系統(tǒng)防火安全性能。

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

對于外保溫系統(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驗進行檢驗。目前在我國有試驗基礎(chǔ)的大尺寸試驗方法有兩個：一是美國的UL1040：2000標(biāo)準(zhǔn)，目前國內(nèi)通稱為“墻角火試驗”；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”，也是國際上采用的針對外保溫系統(tǒng)的防火試驗方法。

墻角火試驗以美國的UL1040為代表。試驗時火源位于試驗?zāi)Ｐ偷膲?，試驗?zāi)Ｐ秃驮囼灲Y(jié)果更適用于內(nèi)保溫。窗口火試驗以英國的BS8414為代表，試驗時火源位于試驗?zāi)Ｐ偷撞磕M窗口的燃燒室內(nèi)，試驗?zāi)Ｐ秃驮囼灲Y(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)用的試驗和評價方法，2008年，中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所申請了住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗方法》的編制任務(wù)。經(jīng)過幾十次大比例窗口火的試驗研究，確立了非等效采用英國BS8414-1：2002的編制原則，目前已進入報批階段。在《建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗方法》規(guī)定的窗口火試驗中，試驗?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?zāi)Ｐ偷撞咳紵业拈_口模擬實際建筑中樓層的窗口或洞口，點燃的木材或燃氣的火焰從窗口溢出，模擬房間內(nèi)發(fā)生轟燃后的火焰從窗口或洞口溢出時對外保溫系統(tǒng)的攻擊，檢驗外保溫系統(tǒng)的受損程度，并對其火焰?zhèn)鞑バ赃M行判定。試驗用火源采用約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，試驗條件非?？量獭?/p>

從實際火災(zāi)對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)科研團隊一起，選擇了窗口火試驗這一具有普遍意義的方法。從2006年3月開始至2011年11月，研究團隊針對不同構(gòu)造的外墻外保溫系統(tǒng)，先后進行了56次外保溫系統(tǒng)的大尺寸模型火試驗，其中，墻角火試驗10次，窗口火試驗46次。

試驗結(jié)果

1.EPS外墻外保溫系統(tǒng)

（1）對于采取巖棉防火隔離帶的EPS薄抹灰系統(tǒng)，試驗后判定系統(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，特別是試驗的EPS板的厚度達到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）對于采取了巖棉擋火梁的EPS薄抹灰系統(tǒng)，試驗后判定系統(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，防火隔離帶的阻火作用有限。如試驗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10進行至點火開始后17分20秒時，抹面膠漿中的玻璃纖維網(wǎng)格布發(fā)生了斜向斷裂。點火開始后17分55秒時，懸空的面層自邊緣上部開始被點燃，11秒后發(fā)生轟燃。因此可以認為，防火隔離帶的阻火作用是相對的，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）對于酚醛保溫復(fù)合板防火隔離帶EPS薄抹灰系統(tǒng)，試驗后判定系統(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)，試驗后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低，進一步證明了巖棉防火隔離帶的阻火作用；對于膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)，試驗后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低。

（5）對于對EPS采用厚保護層的保護方式，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。結(jié)果表明，已經(jīng)做過試驗的厚保護層系統(tǒng)，在試驗狀態(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)，試驗后判定系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ暂^低。可以認為，在窗口火試驗條件下，硬泡聚氨酯薄抹灰系統(tǒng)火災(zāi)風(fēng)險較小，可以不必設(shè)置防火隔離帶。

（2）對于采用厚保護層的硬泡聚氨酯系統(tǒng)，共進行了5次試驗：包括噴涂聚氨酯硬泡外墻外保溫系統(tǒng)、高強耐火植物纖維復(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次試驗中，系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑バ跃^低，表現(xiàn)出良好的對火反應(yīng)性能?？梢哉J為，硬泡聚氨酯采用厚保護層時火災(zāi)風(fēng)險較小。

3.XPS外墻外保溫系統(tǒng)

XPS外墻外保溫系統(tǒng)共進行3次試驗：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)（本試驗采用B1級擠塑聚苯板）。

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層的系統(tǒng)，火焰?zhèn)鞑バ暂^低。

分析認為，使用B1級XPS板又不設(shè)置防火隔離帶時，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)

對于酚醛-鋁單板幕墻系統(tǒng)共進行2次試驗，試驗27和試驗29。

試驗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，在試驗狀態(tài)下破壞較為嚴(yán)重，具有一定的火焰?zhèn)鞑バ?。試?9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行封堵，在試驗狀態(tài)表現(xiàn)出了很好的防火安全性能，火焰?zhèn)鞑バ暂^低。

試驗結(jié)論與建議

課題組綜合試驗結(jié)果及對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一步提高，傳播火焰的風(fēng)險降低。

（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，必須進行有效的封堵以減小火災(zāi)蔓延的風(fēng)險。

2.施工質(zhì)量對外保溫系統(tǒng)防火性能的影響

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

2008年10月21日進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和2009年3月18日進行的膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)-挑沿試驗，在試驗過程中都出現(xiàn)了防護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，進而產(chǎn)生急劇的燃燒，增加了系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑サ娘L(fēng)險。

因此，施工過程中必須嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行施工操作，避免增強網(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。

3.對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，并嚴(yán)格按照相關(guān)材料的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求進行現(xiàn)場見證取樣檢驗。對于硬泡聚氨酯，燃燒性能要求B2級加氧指數(shù)≥26%；對于EPS，燃燒性能要求B2級加氧指數(shù)≥30%；對于XPS，燃燒性能要求為B2級。

在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)水平能夠達到的條件下，建議對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)計和施工時采取有效的防火構(gòu)造措施，通過大比例窗口火試驗檢驗構(gòu)造措施的有效性，并結(jié)合對保溫材料燃燒性能等級不得低于B2級和對材料氧指數(shù)的限制，來保證建筑圍護結(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.防火試驗的意義

外墻外保溫系統(tǒng)的墻角火試驗和窗口火試驗，尤其是窗口火試驗可以同時模擬建筑室內(nèi)、外火災(zāi)對建筑物的攻擊，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，試驗狀態(tài)能夠充分反應(yīng)外墻外保溫系統(tǒng)在實際火災(zāi)中的抗火能力，能夠用于評價外墻外保溫系統(tǒng)整體的引燃性和傳播性。從實際火災(zāi)對建筑物的攻擊概率來看，窗口火試驗更具有普遍意義，窗口火試驗應(yīng)該成為今后的研究重點。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗方法》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)的防火安全性能評價提供科學(xué)統(tǒng)一的試驗方法，對研究提高我國外保溫系統(tǒng)的防火性能、推動外保溫系統(tǒng)的技術(shù)進步、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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