建築外牆外保溫材料的燃燒安全效能分析及建議論文
建築外牆外保溫材料的燃燒安全效能分析及建議論文
高層建築節能的要求使外牆外保溫材料的使用越來越廣泛，但由於此類材料在堆放量、自身可燃性及施工管理等方面的疏忽，近年來已引發了多起火災事故，如上海市靜安區住宅公寓外保溫材料著火而引發立體建築燃燒、北京央視新址附屬文化中心工地由於燃放煙花引燃外牆外保溫材料；瀋陽皇朝萬鑫大廈由於煙花引燃 11 層外陽臺的塑膠草坪，導致引燃鋁塑板結合處可燃膠條、泡沫棒、擠塑板等[1],給人民財產和生命安全帶來了一定程度的損失和影響，為此加強對建築外牆外保溫材料的防火措施非常必要。
本文透過對國內外建築外牆外保溫防火技術法規和標準的調研，對目前廣泛使用的外牆外保溫材料燃燒效能進行分析，結合在火的作用下材料燃燒蔓延、擴散風險發生的可能性及危害進行了研究，並對提升建築外保溫工程的燃燒安全效能提出了建議。
1 國外建築外牆外保溫防火技術法規和標準。
1.1 歐盟。
歐盟對於建築外牆保溫採用技術標準（ETA）的監管手段，2000 年頒佈了技術批准導則（ETAG004）《薄抹灰建築外牆保溫系統》，2008 年進行了修訂。該導則在防火方面的規定主要有 2 條：
（1）保溫材料的燃燒效能按（EN 13501-1:2002）《建築製品和構件的火災分級第一部分： 用對火反應試驗資料的分級》進行測試分級。
（2）歐盟對外牆保溫外部火焰傳播的火災檢測還沒有統一的標準，此檢測應根據各成員國相關要求進行。
1.2 英國。
英國涉及建築外牆保溫防火要求的技術法規是《建築法規》[2].該法規規定外牆不能提供火焰傳播的途徑，針對學校、住宅、商業建築等，考慮建築物高度和間距等影響因素，對 18 m 以上的建築物的外部火焰傳播做出了明確規定，主要內容包括材料燃燒效能、防火隔斷等，且外牆外保溫材料燃燒效能不得低於 A2 級。
2002 年，英國頒佈了（BS 8414）《外維護結構系統的防火效能：建築外牆用非承重外圍護結構系統的試驗方法》。它規定了磚牆、框架外牆保溫的外部火焰傳播火災檢測方法，透過大尺寸構件的視窗火測試方法來判定火焰傳播效能。
1.3 美國。
美國在材料構件防火效能等方面的標準主要有（ASTM E119）《建築構件及材料的防火效能標準測試方法》，基本與 ISO 國際標準、歐盟等國際標準相同。（ASTM E84）《建築材料表面燃燒特性標準測試方法》是有關建築材料表面燃燒的隧道測試方法。UL、FM 2 個保險商實驗室都有涉及外牆外保溫火災檢測、屋面有機保溫材料防火的相關標準。
（NFPA 259）《建築材料潛熱標準測試方法》、（NFPA285）《對於含有可燃成分的外部非承重牆元件火焰傳播特性的評價標準測試方法》均涉及了建材和構件的'防火測試。（UL 1040）《保溫牆體結構防火測試》、（FM 4880）《1 級防火保溫牆、屋頂天花板、內部抹面材料或塗料、外牆系統認證標準》是大尺寸構件火災檢測方法標準，研究火焰的傳播特性，類似於（BS 8414）《外維護結構系統的防火效能：建築外牆用非承重外圍護結構系統的試驗方法》，其方法是用多層陰角的構件來模擬保溫覆面時的火災情形。
美國紐約州的《建築指令》（《BUILDING CODEOF NEW YORK》）[3]中明確規定，可燃的外牆保溫和隔聲材料與外側覆面材料（含密封材料）火焰傳播比率不超過 25、煙傳播比率不超過 50.燃燒時分解物毒性不能強於在同等條件下紙和木材燃燒時產生的分解物。建築外牆外保溫材料在火災過程中會出現大面積的火焰傳播，從而導致火災範圍的擴大，同時釋放出大量的熱，對周邊物體產生熱輻射作用。
EPS、XPS 等有機產品燃燒還會產生大量燃燒滴落物，直接引燃其他可燃物體，使得火災程度加劇。在燃燒過程中伴隨產生的大量有毒有害氣體，也給逃生和救援帶來極大困難。因此建築外保溫材料在有燃燒源產生時最需防範的是火焰傳播、蔓延產生的不可控建築立體迅速的燃燒。從國外標準和技術法規的制定中除了對涉及外牆外保溫的建築大尺寸構件進行火災檢測和火焰傳播特性檢測、英國和歐盟標準對材料的燃燒等級有所規定外，對產煙量和滴落物也均有限定。隨著中國經濟的崛起，城市建築高度和密度已位於世界前列，做好對建築外牆外保溫的燃燒風險防範工作迫在眉睫。
2 我國建築外牆外保溫材料行業現狀和防火技術要求。
2.1 建築外牆外保溫材料行業現狀。
建築外牆外保溫材料種類繁多，有機類保溫材料：模塑板、擠塑板、酚醛和聚氨酯等；無機類保溫材料：岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃、發泡水泥板等。各種材料的理化特性、保溫效能、施工效能、燃燒效能、生產能耗和生產成本等各有千秋。隨著我國住宅建設節能工作的不斷深入以及節能標準的不斷提高，也開發了許多新型的節能材料，並在住宅建築中大力推廣使用。其中應用於外牆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。
經過一段時間的有機外牆外保溫材料“休克”使用期後，新版國家標準（GB 50016-2014）《建築設計防火規範》已批准釋出，並已於 2015 年 5 月 1 日起實施。其中“6.7 建築保溫和外牆裝飾”首次對不同型別、不同高度建築外牆外保溫材料的燃燒效能提出了明確、嚴格的要求。隨著新標準的實施要求，EPS 板、XPS 板等只有達到 B1、B2級才可在外牆外保溫工程中應用，由此，對材性的應用及質量控制尤為重要。
2.2 建築外牆外保溫材料防火技術要求我國建築材料燃燒效能分級標準為國家標準（GB 8624）《建築材料及其製品燃燒效能分級》。它採用了（EN 13501-1）《建築製品和構件的火災分級 第一部分：用對火反應試驗資料的分級》，包括了產煙特性、滴落物附加分級方法以及材料產煙毒性，並在此基礎上增加了特殊用途材料的分級方法，其測試方法和材料燃燒效能要求見表 1.
國家標準（GB 8624）《建築材料及其製品燃燒效能分級》作為燃燒效能分級標準在很多的相關產品標準中得到引用，但由於外牆外保溫材料發展迅猛，大家對材料的物理和節能特性的關注更多，對燃燒效能的等級也較為重視，對國家標準中的燃燒效能附加分級和產品特性的結合卻缺乏深入研究，導致目前所有引用的產品標準中燃燒效能均沒有考慮產煙特性和滴落限定，以致在工程應用驗收時也忽略了這些附加分級的技術要求。
3 建築外牆外保溫材料燃燒安全效能分析。
3.1 EPS 聚苯板。
EPS 聚苯板由可發性聚乙烯珠粒經加熱預發泡後在模具中加熱成型，製成具有閉孔結構的聚苯乙烯泡沫塑膠板材。它既可製成不同密度、不同形狀的泡沫製品，又可加工出各種不同厚度的泡沫板材。產品因其價格較廉、施工方便而應用廣泛。
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，就會發生收縮、融化和滴落；在較高溫度下會發生快速滴落。 SBI 中單體燃燒試驗點火器火焰溫度為 30 kW,僅模擬牆角垃圾桶燃燒的火焰大小，試驗過程中前 600 s 聚苯板的滴落物未超出燃燒器範圍，說明前 600 s 無燃燒滴落物 /顆粒，但當 SBI 單體燃燒試驗點火器火焰溫度達900 kW 時，燃燒滴落物範圍增大，快速燃燒並引燃旁邊的刨花（見圖 1）。
SBI 單體燃燒試驗僅以試驗前 600 s 滴落物是否燃燒作為判定，但當試驗進行到 600 s 後，由於溫度升高等原因，滴落物發生了二次燃燒（見圖 2）。
從圖 2 可以看出，第一個峰值出現是聚苯板燃燒過程的熱釋放情況，第二個峰值出現是垂直樣品受火區域已經完全滴落情況，正是由於滴落物燃燒引起了放熱加劇。
從試驗現象可以得出：EPS 聚苯板這類熱塑性材料，遇火融化收縮、滴落流淌，非常容易被引燃發生二次燃燒，且二次燃燒火焰持續時間長，燃燒流淌物容易引燃附近可燃、易燃物品，易增大火災的蔓延性和引燃範圍。
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，透過加熱混合並同時注入催化劑，擠塑壓成型而製造成的硬質泡沫塑膠板。常用於建築物屋面、鋼結構屋面和建築物牆體保溫層。
XPS 擠塑板與 EPS 聚苯板相似，在燃燒情況下也會產生滴落物，發生二次燃燒。圖 3 為 B2 級 XPS擠塑板滴落物無需加大火焰，在遠離燃燒器的位置自發劇烈燃燒。試驗結束後關閉燃燒器，滴落物仍持續燃燒直至燃燒殆盡。
從試驗現象可見，XPS 擠塑板這類熱塑性材料，遇火也會融化收縮、滴落流淌，非常容易被引燃發生二次燃燒，且二次燃燒的火焰持續時間長，燃燒流淌物容易引燃附近可燃、易燃物品，增大火災的蔓延性和引燃範圍，具有潛在風險。
3.3 建築外牆外保溫材料燃燒安全效能分析。
透過上述試驗分析比較可以看出：
（1）在外牆外保溫材料中，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，非常容易被引燃發生二次燃燒；二次燃燒的火焰持續時間長，燃燒流淌物容易引燃附近可燃、易燃物品，增大火災的蔓延性和引燃範圍。
（2）火災事故的發生與火源、易燃物和蔓延性相關，當材料遇火源燃燒，若為易燃材料時燃燒迅速，但也只是自身的燃燒；當材料燃燒後容易引燃其他材料或物體，迅速造成蔓延和擴散的情況，則將造成大範圍火災，後果嚴重。EPS、XPS 材料燃燒後的滴落物二次燃燒易使火災事故範圍擴大、滴落物聚集、燃燒持續時間更長、破壞性更大。特別是室外火災中，著火點燃燒向上傳播，燃燒滴落物引起下部空間燃燒，致使火災範圍雙向擴大，與工程現場的其他可燃物一起燃燒，繼而形成建築的立體燃燒，損失更大。
4 建築外牆外保溫材料應用及燃燒安全效能的探討。
（1）“11.15”靜安住宅樓火災後，相關檔案規定：
對建築外牆外保溫一律使用燃燒效能 A 級材料，但A 級外牆外保溫材料中生產過程自身高能耗、汙染環境、資源緊張等問題也困擾著整個行業。隨著（GB 50016-2014）《建築設計防火規範》標準的實施，經過一段時間的有機外保溫材料“休克”使用期後，達到燃燒效能 B1和 B2級的有機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。應對涉及有燃燒滴落物的產品標準或技術修訂規範，建議完善對燃燒效能附加滴落分級的要求。
（2）掌握建築材料的燃燒效能固然重要，但更重要的是如何防止火焰在建築物內外、建築物之間快速蔓延，因此對建築外牆防範火焰傳播的技術要求須及時補充完善。現在國家行業標準（GB/T29416-2012）《建築外牆外保溫系統防火試驗方法》透過視窗火試驗對外保溫系統構件的火焰蔓延進行評價，雖對構件防火效能的評價起到了作用，但該試驗規模較大，試驗週期較長，反映的是整體保溫構件的防火效能，對材料的火焰蔓延效能評價較為缺乏。我國應適時引入（ASTM E84）《建築材料表面燃燒的隧道測試方法》，進行外牆外保溫材料的抗火焰蔓延性試驗。該方法有別於測試一些抗火焰蔓延效能差的、有燃燒滴落物的外牆外保溫材料，能體現材料的改進和效能。
（3）由於 EPS 板生產後有可燃氣體的釋放週期，在生產企業和工程的堆放場地等集中堆放時，其火災風險也很高。因此建議：
① 在建築外保溫工程中慎用遇火熔融滴落物燃燒現象嚴重的 EPS 聚苯板、XPS 擠塑板產品。
② 在生產、運輸、儲存、使用 EPS 聚苯板和XPS 擠塑板等有機外保溫材料的過程中，注意必要的保護和區域的分隔，儘量遠離火源，減少火災發生的風險。
（4）生產企業應積極開展材料的改性探索研究，降低外牆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：
[1] 陸津龍，姚玉梅。建築外牆保溫工程火災頻發的反思[J].上海城市發展，2011（5）：29-31.
[2] 沈麗華，姚玉梅，何一鳴。建築外牆有機保溫材料防火效能技術改進措施探索[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].