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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)督管理的有關要求。

為了科學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研究院建筑防火研究所與多家科研、設計、施工、生產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、外在環(huán)境、工作流程、過程控制等方面的異同有準確的判斷。

外墻外保溫防火先行

建筑外墻保溫是建筑節(jié)能的重要內容之一，其核心是保溫材料。不同類型材料的導熱系數(shù)差異較大，導熱系數(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），硬質發(fā)泡聚氨酯等，雖然相應的產品標準都對其阻燃性能提出了要求，但限于目前應用的技術水平和技術條件，其本質上仍屬可燃材料，材料自身的阻燃性能指標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、位于建筑主體結構外墻外側的系統(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)采取科學適度的防火構造措施（例如設置防火隔離帶、加厚防火保護層）可以滿足建筑成品整體構造防火安全的要求，確保建筑物在火災發(fā)生時火情不會蔓延。

因此，完善外保溫系統(tǒng)的整體構造應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的，采用的試驗模型應能夠表征系統(tǒng)在實際火災中的狀態(tài)，試驗結果應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造的外保溫系統(tǒng)進行檢驗，但所涵蓋的系統(tǒng)構造往往十分有限；大尺寸試驗可以對整個外保溫系統(tǒng)的所有構造進行檢驗。

對于外保溫系統(tǒng)整體構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的大尺寸試驗方法有兩個：一是美國的UL1040：2000標準，目前國內通稱為“墻角火試驗”；二是英國的BS8414-1：2002標準，目前國內通稱為“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模型的墻角，試驗模型和試驗結果更適用于內保溫。窗口火試驗以英國的BS8414為代表，試驗時火源位于試驗模型底部模擬窗口的燃燒室內，試驗模型和試驗結果更適用于外保溫。

為了將BS8414-1：2002標準轉化為適合我國外墻外保溫系統(tǒng)應用的試驗和評價方法，2008年，中國建筑科學研究院建筑防火研究所申請了住房和城鄉(xiāng)建設部建工行業(yè)標準《建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗方法》的編制任務。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，試驗模型模擬垂直的建筑面由主墻和與之垂直的副墻構成。外保溫系統(tǒng)安裝在建筑面上。試驗模型底部燃燒室的開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可燃燒物的量要大很多，試驗條件非?？量?。

從實際火災對建筑物的攻擊概率來看，中國建筑科學研究院建筑防火研究所與相關科研團隊一起，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。因此可以分析得出，在窗口火試驗條件下，系統(tǒng)中設置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）對于采用聚氨酯復合構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的聚氨酯復合構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?，原因與施工質量有關。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荅PS薄抹灰外保溫系統(tǒng)的質量滿足相關標準的要求。

（4）對于酚醛保溫復合板防火隔離帶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?？梢哉J為，在窗口火試驗條件下，硬泡聚氨酯薄抹灰系統(tǒng)火災風險較小，可以不必設置防火隔離帶。

（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)出良好的對火反應性能。可以認為，硬泡聚氨酯采用厚保護層時火災風險較小。

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采用酚醛薄抹灰復合鋁單板幕墻系統(tǒng)，7cm的酚醛保溫板，點框粘的粘結方式（粘結面積≥40%），系統(tǒng)內部未采取其它的防火構造方式，在試驗狀態(tài)下破壞較為嚴重，具有一定的火焰?zhèn)鞑バ浴Ｔ囼?9采用貼砌法粘貼酚醛保溫板的施工方式，滿粘（粘結面積100%），在保溫板內部進行分倉、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。

試驗結論與建議

課題組綜合試驗結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)中設置防火隔離帶（也可設置擋火梁）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)內可不設置防火隔離帶。

（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蔓延的風險。

2.施工質量對外保溫系統(tǒng)防火性能的影響

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

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，導致系統(tǒng)內部保溫材料外露在空氣中，進而產生急劇的燃燒，增加了系統(tǒng)火焰?zhèn)鞑サ娘L險。

因此，施工過程中必須嚴格按照相關標準進行施工操作，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)內的連接部位不存在大的縫隙，從而減少在火災條件下產生破壞的風險。

3.對保溫材料的基本要求

應用于外墻外保溫的保溫材料的燃燒性能不應低于B2級，并嚴格按照相關材料的產品標準要求進行現(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)有的生產技術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，其技術指標可規(guī)定為：氧指數(shù)≥26%。

在設計和施工時采取有效的防火構造措施，通過大比例窗口火試驗檢驗構造措施的有效性，并結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，來保證建筑圍護結構的防火安全，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、外火災對建筑物的攻擊，模型尺寸能夠涵蓋包括防火隔斷在內的所有系統(tǒng)構造，試驗狀態(tài)能夠充分反應外墻外保溫系統(tǒng)在實際火災中的抗火能力，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，窗口火試驗應該成為今后的研究重點。

行業(yè)標準《建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗方法》將英國標準BS8414-1:2002轉換成了適應我國國情的、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準，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)的技術進步、引導外保溫行業(yè)健康發(fā)展都具有積極的作用。

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