2023年12月26日发(作者：栾瑰馥)
2. 1 聚苯乙烯泡沫塑料
聚苯乙烯泡沫塑料又分为模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS) 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料( XPS) ,以聚苯乙烯树脂为主要原料,经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料属有机材料。保温隔热效能高,加工、施工、保养方便,应用广泛,尤其是EPS 价格由于相对便宜以及有其他优势,目前应用最广泛。但耐火性能差,易燃,规范要求阻燃型。上海“11·15”教师公寓火灾的外强节能改造工程就用的此类保温材料。
2. 2 硬质聚氨酯泡沫塑料
保温性能很好,价格相对较贵,耐火性能差,规范要求阻燃型,属硬质聚氨酯泡沫塑料( PU)。以上的泡沫塑料保温材料的阻燃型也只是B2级,即可燃。用打火机烧可能不燃,可当火源大、温度高或持续作用时,则能够迅速燃烧并释放出很多有害气体。更为严重的是,由于阻燃型的价格远高于不阻燃型,为了降低成本,在工程中实际使用的却是大量不阻燃的材料。由于验收规范中进场抽样复验的检验项目中并无燃烧性能检验,而仅是“核查其质量证明文件”,报告样品弄虚作假的现象屡见不鲜。
2. 3 聚苯颗粒保温砂浆
属有机无机复合材料,为B1级难燃,耐火性能相对较好。前些年还比较常用,也比较便宜,但由于现今对节能的要求越来越高,由于其保温性能较差,要满足节能计算要求就要糊得很厚,施工难度很大,在一些北方地区已经不允许使用。
2. 4 岩棉等无机材料
这类材料有岩棉,矿棉和玻璃棉等。岩棉不燃(A级) ,是很好的耐火保温材料。然而岩棉具有高吸湿性,在潮湿状态下强度会大幅下降,导热系数会大幅上升。岩棉类外保温系统在国外的应用非常成熟。但国产岩棉板抗拉强度低,浸泡吸水量
很高,是不适应外墙外保温要求的,而进口岩棉板又太贵,所以目前防火性能最好的无机类保温材料应用太少。
2. 5 其他新型保温材料
(1) 无机材料中如中空玻化微珠保温砂浆,其防火性能好、耐久、施工操作性能良好。由于保温性能相对较好,可替代胶粉聚苯颗粒外墙外保温材料。其它还有绿色无机材料泡沫玻璃等,在建筑保温上不普及。
(2) 有机材料中如酚醛泡沫,其在导热系数低的有机材料中耐火性能最好。难燃、低烟、抗高温歧变,但易吸水、脆、价高,市场还不普及。
2. 6 火灾燃烧特点分析
使用中发生火灾,一般不会直接引燃保温板,因为这时保温板已被包覆,且焊花掉入缝隙的概率也小了。但在建筑装修改造过程中引燃堆积的保温材料或未包覆的保温材料,则会发生较大火灾事故,从表1 这些外墙、屋面保温层失火的事例可以看出其燃烧的特点:
(1) 蔓延速度极快,极易形成立体式火灾。上述的事例好些是发生火情后在数分钟之内就可以从底层燃烧到二十几层楼顶。燃烧时还会产生大量有毒浓烟。消防队员赶到时已经火烧连城,浓云蔽日了。
(2) 隐匿燃烧。在已经完工的装饰墙面或外墙工程,火星引燃保温层后是在夹层中燃烧,在外面只能看到冒烟,却不知火烧到了哪里,而且防水面层阻挡了消防水的扑灭。
(3) 一旦发生就难以控制。这些保温层燃烧等级
均为B2级,很容易燃烧,而且为了防止冷桥,是满铺墙面,甚至上万平米连片粘贴。特别是高层建筑,由于烟囱效应火灾蔓延特别迅速,即使交付后室内的自动消防设施也不能覆盖外墙,外部扑救高度又有限,消防扑救难度很大
。建筑外保温材料大致分为
有机材料和无机材料两大类,根据材料的燃烧性能,又可分为不燃(A级)、难燃(B1级)、可燃(B 2级)和易燃(B3级)4个等级。
1.1不燃材料
主要是岩棉和玻璃棉等无机材料,其防火性能好、耐高温,但容易受潮导致保温性能降低,国内主要用于工业领域。岩棉在建筑节能工程中用量很小,玻璃棉几乎没有应用。其他不燃材料目前国内还处于研发和小规模示范阶段。
1.2难燃材料
主要是胶粉聚苯颗粒保温浆料,其防火性能较好,施工工艺简单,但保温性能较差,不适于北方地区的建筑节能工程,在南方地区有一定量的应用。
1.3可燃材料
主要包括模塑聚苯乙烯泡沫板(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)和聚氨酯硬质泡沫(PU)等有机材料,特点是保温性能好、自重轻、施工简便、工艺成熟,是目前北方地区建筑节能工程使用的主要外墙保温材料。据北京建筑节能专业委员会2008年统计,北京市场的保温材料,EPS占72%,X PS占25%,聚氨酯和无机材料占3%。
1.4易燃材料
与可燃材料的种类和特点相似,接触明火后更易燃烧,该类材料按照国家有关标准不允许用于各类建筑的。
2.1 聚苯板类
聚苯板类保温材料包括膨胀聚苯板(EPS)和挤塑聚苯板(XPS)两种:膨胀聚苯板(EPS)保温效果较好(导热系数:0.041W/M.K),容重较轻(15-25kg/m3),价格相对便宜,强度稍低(0.1-0.15MPa),但长期耐湿性差,主要用于墙体的保温隔热。挤塑聚苯板(XPS)的突出特点是自身抗压抗拉强度高(0.25-0.5MPa),容重较重(35-50kg/m3),导热系数(0.03 W/M.K)低于EPS板,因此同等厚度下保温隔热效果优于EPS板,但XPS板价格较贵,施工前需要界面处理,一般使用于屋面及墙体的保温隔热。近年,随着价格的降低,XPS 板在外墙保温的应用有逐年增加的趋势。两者比较,XPS 板的保温性能更为优异,但板的致密度使其粘贴力和系统表面的平整度比起EPS 板还有缺陷。相比而言,外贴EPS 板薄抹灰方式的外墙外保温应该说较XPS 板成熟可靠。总体说来,聚苯板类保温材料的优点是施工快,保温效果相对较好,价格适中;缺点是材料厚度较大,易产生热桥,门、窗等细节部位难于处理,对粘结剂的品质和配套要求高,易开裂、渗漏,尤其不适合在保温层表面做面砖等重材料饰面。
2.2 保温砂浆类
是国内应用较早的保温材料,主要有胶粉聚苯颗粒保温浆料,即将废的聚苯颗粒掺入水泥及乳液的混合砂浆内制成保温浆料抹在墙体外侧作为保温层。它具有价格低廉、易于施工的优点,缺点是保温性能最差,材料消耗大,墙体厚度增加最大,施工进度慢,材料强度差,另外它是外保温材料中吸水率最大的(高达30%),因此经冬季含水冻融和夏季的高温暴晒,易开裂。现在由于其保温性能太差,在北京已经列为不得单独用来作为保温的材料(详见北京市建设工程材料使用导向目录)。
2.3 聚氨酯类
是目前国际上公认的优秀防水保温材料,经发达国家近30 多年的使用证实性能优异,并呈迅速增加的上升趋势。它采用现场喷涂无溶剂聚氨酯塑料作为保温层。优点是导热系数低,因此厚度要求也最小;又因其化学结构使得它具有自粘性,可以在水泥表面直接喷射发泡,达到牢固结合;由于其本身具有高的闭孔率,因而在具有保温性能的同时还具有极佳的防水性能,它在建筑保温材料中吸水率最低,保温层自身具有良好的防水、防潮效果;另外一个关键的优点是其采用现场喷射发泡工艺形成全封闭无接缝的保温层结构,整体性好,无空腔、无冷热桥,确保绝热效果,并保证长期稳定;施工工效高,施工周期短,并且便于维修。缺点是价格相对较高,防火性能稍差。
3 外墙外保温材料的防火
国内的多宗大型建筑物火灾,都与有机保温材料不无关系。其中包括哈尔滨双子星大厦大火、济南奥体中心体育馆大火等。而最著名的2008 年央视大火——当时“大裤衩”使用的外墙保温材料正是挤塑板(XPS)。目前中国的建筑设计施工中,90%以上都采用了挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)、模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、硬质聚氨酯泡沫塑料(PU)等有机质绝热材料,作为外墙的外保温材料。有机材料优势明显在
于造价较低,一般每平方米50 元到80元,且保温性能好。保温产品如果不是无机材料,其防火性能就不会好。在保温材料上,有个两难困境:防火性能好的东西,保温性能就不好;保温性能好,很软、很松的东西,阻燃性就不好。
2.1 难燃或不燃保温材料
难燃材料是指按GB8624-1997《建筑材料燃烧性能分级方法》达到B1级的材料,不燃材料为A级。目前市场上能达到B1级或A级的保温材料,主要有岩棉、玻璃棉等无机材料,PF、PU等有机保温材料和胶粉聚苯颗粒等有机无机复合材料,分述如下:
2.2 无机保温材料
无机保温材料虽然能达到A级不燃;但基本达不到建筑节能标准规定的65%的保温效果。多用于高温或低温的保温工程,这里不做具体介绍。
2.3 有机保温材料
2.3.1 EPS
EPS即模塑聚苯乙烯泡沫塑料,是由可发性聚苯乙烯颗粒经加热预发泡后,在模具中加热成型而制得的具有闭孔结构的使用温度不超过75℃的泡沫塑料。用于外墙外保温的EPS容重18~22kg/m3,导热系数小于0.041W/(M·K),一般为B2级,通过加阻燃剂也有厂家生产出B1级的EPS,但是一般认为属于B2级或B3级。
2.3.2 XPS
XPS即挤塑聚苯乙烯泡沫塑料,是以聚苯乙烯树脂或其共聚物为主要成分,添加少量添加剂,通过加热挤塑成型而制得的具有闭孔结构的硬质泡沫塑料。导热系数小于0.030W/(M·K),一般为B2级,通过加阻燃剂也有厂家生产出B1级XPS,但是一般认为属于B2级或B3级。
2.3.3 PU
PU即聚氨酯,是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物泡沫塑料。建筑外墙外保温应用的为硬质聚氨酯泡沫塑料,导热系数小于0.024W/(M·K),燃烧性能一般为B2级,通过加阻燃剂也可达到B1级,但是一般认为属于B2级。
2.3.4 PF及其改性产品
PF即酚醛泡沫,是新型不燃、防火、低烟保温材料,以酚醛树脂和阻燃剂、抑烟剂、固化剂、发泡剂、及其它助剂等多种物质,经科学配方制成的闭孔型硬质泡沫塑料。酚醛泡沫因其导热系数低,保温性能好,被誉为保温之王。它适用于大型冷库、贮罐、船舶及各种保温管道和建筑业,不需要添加任何阻燃剂,属于B1级难燃材料,经过改性处理后可以达到不燃A级,是最优良的高效难燃保温材料。
有机保温材料,其中尤以EPS应用最为广泛,其成本低,技术成熟。XPS适合做屋面、地面保温,最初推广时就有不同的观点,因为表面光滑比较难粘接。PU号称是最高效的保温材料,但是应用中问题一直比较多EPS、XPS、PU 等,这些保温材料,如果不做阻燃处理,被引燃后不会离火自熄,相反会迅速燃烧,燃烧速度很快,并且短时间内放出很多热量及毒气,形成轰燃,并继续引燃其它可燃物质,形成火灾。火灾的特点是来势猛,没有消防救援时间,一般发现火灾后已经无法控制,破坏力度大,是持续时间一般比较短,保温材料燃尽后,火灾即消失。但是如果引燃室内物体或其它可燃物质,破坏力将更大。
真正属于难燃不燃保温材料只有PF及其改性产品,并且导热系数低,因此PF及其改性产品是最适合解决外墙外保温系统防火安全性问题的难燃保温材料。PF是最近才应用于外墙外保温的保温材料,防火性能好,但应用效果需要时间验证。
建筑外保温材料的火灾危险性
从目前建筑节能工程应用情况看,建筑外保温材料中广泛应用的是聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等有机材料。这些材料多为易燃可燃材料,具有较大的火灾危险性。
2.1极易被引燃
易燃可燃保温材料在施工和使用过程中,因施工不慎、燃放烟花、外部火源等各种不可控因素极易被引燃而形成火灾。沈阳皇朝万鑫大厦火灾中,烟花引燃楼外平台的塑料草皮,继而引燃了幕墙饰面板背后裸露的聚苯乙烯保温板;上海胶州路公
寓大楼火灾中,电焊火花引燃从外墙保温材料上切削下的泡沫碎屑,随即引燃外墙保温材料。
2.2施工中容易引发火灾
建筑施工现场用火用电频繁,经常会用明火加热粘贴防水材料,或用电焊、气焊焊接幕墙支架、脚手架等,稍有不慎,极易引燃易燃可燃外保温材料导致大面积火灾,尤其是在有人居住、工作、营业的既有建筑的外墙上采用易燃可燃保温材料进行节能改造,更容易引发群死群伤火灾事故,上海胶州路公寓大楼火灾就是典型案例。据统计,建筑外保温材料火灾有65%发生在保温材料铺设过程中,施工过程是火灾发生的高风险期。
2.3易形成大面积立体火灾
多数保温材料燃烧速度快、燃烧热释放量大、燃烧产物毒性大,而且用于建筑外墙保温时分布连续,燃烧受风力等气候影响明显,着火后蔓延迅速,极易形成建筑内外连通、大面积的立体火灾。沈阳皇朝万鑫大厦的外墙保温材料被引燃后1min内,即由局部小火发展到全面燃烧的大火,15min左右大火就从11层蔓延至37层;上海胶州路公寓大楼从9层聚氨酯泡沫碎屑被引燃到着火侧形成立体燃烧并向各个方向蔓延的时间仅4min,形成立体燃烧及室内可燃物被引燃的时间约15min。
2.4外保温墙体的整体防火性能差
现行有关标准规范缺乏对建筑外保温材料和系统防火性能的规定,而且对保温层缺乏严格的防火构造措施要求。由于外保温材料的防护层、外墙装饰材料的防火性能不足,容易受外来火源攻击,导致内部保温材料起火燃烧。投入使用的采用外保温材料的建筑,其保温材料外的保护层受负风压、冷热温差、有机和无机材料之间粘接不牢固等因素影响容易脱落,导致保温材料外露,一旦受到外来火源侵袭,极易导致建筑火灾。
2.5外保温材料火灾不受建筑消防设施保护
现行消防技术标准规范的设防理念主要针对建筑内部发生火灾,没有考虑建筑外墙保温材料被引燃的设防对策。在现有消防技术条件下,建筑外墙易燃可燃外保温材料发生火灾,建筑内部的防火分隔、防排烟和自动灭火系统等消防设施基本发挥不了控制火灾的作用。
2.6外保温材料火灾灭火救援和人员疏散难度大
该类火灾蔓延速度极快,几乎难以区分不同的火灾发展阶段,消防队到场时,火灾往往已经发展为大面积立体燃烧,已失去最佳灭火时机。同时,易燃可燃保温材料燃烧产生大量有毒烟雾,并伴有大量坠落物和高温滴落物,消防队从内从外扑救火灾和开展救援都十分困难。另外,建筑物中开设的外窗走道和靠外墙的疏散楼梯,在建筑外保温材料火灾中成为烟火进入建筑的通道,不仅导致火灾深入建筑内部蔓延扩大,
而且使建筑的竖向安全疏散和救援通道充满危险,甚至无法使用。上海胶州路公寓大楼的防烟楼梯间正是由于在很短时间内从自然排烟窗涌入大量烟气,阻碍了人员疏散逃生。
2.7外保温材料火灾对周边建筑构成严重威胁
建筑外墙保温材料火灾时出现大量高温熔融物及可燃物体坠落燃烧、飞火飘散现象,对周边邻近建筑造成严重威胁。上海“11·15”火灾的飞火距离达1km,并引燃了200多米远的一座高层建筑屋面上的可燃物;沈阳“2·3”火灾的飞火距离达数百米,起火大厦A座南侧外墙保温材料就是被B座的飞火和热辐射所引燃的
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