外保溫系統(tǒng)防火安全性問題的起因
外墻外保溫系統(tǒng)是建筑外墻外側(cè)具有保溫隔熱功能并具有一定裝飾效果的系統(tǒng)，其核心功能材料是保溫材料，通常占系統(tǒng)體積的80％以上，保溫材料主要包括三大類，一類是以礦物棉和玻璃棉為主的無機保溫材料，通常認定為不燃性材料；一類是以膠粉聚苯顆粒保溫漿料為主的有機無機復(fù)合保溫材料，通常認定為難燃性材料；另一類是以聚苯板（熱塑性）和聚氨酯（熱固性）和酚醛為主的有機保溫材料，通常認定為可燃性材料。其他配套材料通常為不燃材料（如砂漿類、瓷磚等）和包含有少量可燃成分的材料（如涂塑玻璃纖維網(wǎng)格布、膩子和涂料等）。當外墻外保溫系統(tǒng)的保溫材料采用不燃性材料或難燃性材料時，外墻外保溫系統(tǒng)幾乎不存在防火安全性問題。但是，在我國目前的技術(shù)條件下，聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯等可燃材料在建筑外墻外保溫系統(tǒng)中的使用最為廣泛，這就產(chǎn)生了外保溫系統(tǒng)防火安全性的問題，而隨著節(jié)能標準的逐步提高，這個問題將更加凸顯。因此，隨著此類可燃有機保溫材料的大面積應(yīng)用和使用厚度的不斷增加，建筑外墻火災(zāi)或火災(zāi)的蔓延問題應(yīng)引起足夠的重視。
（1）巖棉礦棉類不燃材料的燃燒特性。巖棉、礦渣棉在常溫條件下（25攝氏度左右）的導(dǎo)熱系數(shù)通常在0.03～0.047（瓦/米。開爾文）之間，其本身屬無機質(zhì)硅酸鹽纖維，不可燃，但在加工成制品的過程中，有時要加入有機黏結(jié)劑或添加物，這些對制品的燃燒性能會產(chǎn)生一定的影響。因此，巖棉、礦渣棉制品的燃燒性能取決于其中可燃性黏接劑的多少。
（2）膠粉聚苯顆粒的熱分解與燃燒特性。膠粉聚苯顆粒保溫漿料是一種有機無機復(fù)合的保溫隔熱材料，聚苯顆粒的體積大約在80％左右，導(dǎo)熱系數(shù)0.06（瓦/米。開爾文）。燃燒等級為B1級，屬于難燃材料。膠粉聚苯顆粒在受熱時，通常包含的聚苯顆粒會軟化和熔化，但不會燃燒。由于聚苯顆粒被無機料包裹，聚苯顆粒熔融后將形成封閉的空腔，此時該保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)會更低，傳熱更慢。受熱過程中材料體積的變化率為零。
（3）聚苯乙烯的熱分解與燃燒特性。聚苯乙烯泡沫材料是熱塑性高分子保溫隔熱材料，導(dǎo)熱系數(shù)0.041（瓦/米。開爾文）。聚苯乙烯受熱時，通常會軟化和熔化。聚苯板的熱變形溫度僅為70攝氏度～98攝氏度，差異取決于所選用的配方和后處理方法，玻璃化溫度為100攝氏度。聚苯乙烯全部由炭氫元素組成，本質(zhì)上極易燃燒，未經(jīng)阻燃處理，氧指數(shù)僅為18％；燃燒的熱釋放量較大，同時生煙量也較大，受火后收縮、熔化，導(dǎo)致外保溫系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生空腔，轟燃狀態(tài)下燃燒劇烈，燃燒的滴落物具有引燃性。
（4）聚氨酯的熱分解與燃燒特性。硬質(zhì)泡沫聚氨酯是一種高分子熱固性保溫隔熱材料，導(dǎo)熱系數(shù)0.024瓦/米。開爾文，在所有外墻用有機保溫材料中是的。聚氨酯一般在202攝氏度以下不會分解。熱固性材料在受熱時通常分解出易燃氣體，受火后形成炭化層。聚氨酯泡沫本質(zhì)上屬于高度易燃材料，未做阻燃處理時氧指數(shù)僅為16.5％。用ASTMD1929測定聚氨酯泡沫的點燃溫度為強制點燃溫度310攝氏度，自燃溫度415攝氏度。熱分解和燃燒的產(chǎn)物主要有氰化氫、一氧化碳、異氰酸酯等，因此對聚氨酯燃燒的毒性研究比較多。
（5）酚醛樹脂的熱分解與燃燒特性。酚醛樹脂泡沫材料是高效保溫材料之一，導(dǎo)熱系數(shù)0.025（瓦/米。開爾文）。該材料遇火源時不易燃燒，在400攝氏度以上時它們只灼燒或陰燃，無火焰。除去火源后可能會陰燃一段時間，發(fā)煙量很小，幾乎全部成炭。但關(guān)于其燃燒毒性的研究較少，報道的數(shù)據(jù)也不完全。是目前高效有機保溫材料中阻燃性能的一種材料。
建筑外保溫系統(tǒng)的防火性能要求
外墻保溫的火災(zāi)事例表明，外保溫的火災(zāi)發(fā)生分為三個時段：保溫材料進入施工現(xiàn)場碼放時段發(fā)生的火災(zāi)；保溫材料施工上墻時段發(fā)生的火災(zāi)；建筑物投入使用時段發(fā)生的火災(zāi)。建筑外保溫系統(tǒng)是否具有防火安全性，應(yīng)考慮以下兩個方面的問題：第一，點火性：在有火源或火種的條件下，材料或系統(tǒng)是否能夠被點燃或引起燃燒，系統(tǒng)自身的燃燒性能要求。第二，傳播性：當發(fā)生燃燒或火災(zāi)時，材料或系統(tǒng)是否具有傳播火焰的能力，系統(tǒng)對外部火源攻擊的抵抗能力或防火性能要求。那么，聚苯乙烯和聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料的阻燃性能達到何等程度才能保證整個系統(tǒng)的防火安全？是否需要在現(xiàn)有的技術(shù)條件下大幅提高聚苯乙烯和聚氨酯硬質(zhì)泡沫的阻燃性指標？過高地要求其阻燃性能是否現(xiàn)實、合理？
從目前的科學研究和工程實踐來看，材料的燃燒性能通常是指材料在規(guī)定的實驗條件下，材料的對火反應(yīng)行為。由于規(guī)定的實驗條件與真實火災(zāi)的環(huán)境條件相差甚遠，因此，材料的燃燒特性與其火災(zāi)特性也大相徑庭。如普通PVC材料在通常條件下燃燒時，具有自熄性，氧指數(shù)較高，屬難燃材料，但相同的材料，在真實的建筑火災(zāi)中，受高溫、高熱輻射的作用時，仍然能夠劇烈燃燒，放出大量的熱和有毒氣體，從而增大火災(zāi)強度和火災(zāi)危害，這已被大量火災(zāi)案例所證實。在目前的技術(shù)條件下，不需要也不能過高地要求聚苯乙烯和聚氨酯硬質(zhì)泡沫的現(xiàn)有阻燃性指標，但其燃燒性能必須首先達到現(xiàn)有相關(guān)標準要求，再通過其他措施滿足施工過程中的防火安全性要求。作為墻體的保溫隔熱材料，未進行阻燃處理的普通聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯材料被劃定為易燃材料，阻燃的聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯材料可達到可燃或難燃的等級。
國家標準GB/T10801.1-2002和GB/T10801.2-2002中規(guī)定：膨脹聚苯乙烯泡沫塑料（簡稱EPS板）和擠塑型聚苯乙烯泡沫塑料（簡稱XPS板）燃燒性能等級應(yīng)達到B2級，同時EPS板的氧指數(shù)應(yīng)不小于30%%。JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》和JG144－2005《外墻外保溫技術(shù)規(guī)程》中對EPS板也有同樣的規(guī)定，并在JG149標準中被列為強制性條款。在試驗中發(fā)現(xiàn)，通過對有機保溫材料進入施工現(xiàn)場前涂刷界面砂漿的方式能提高可燃材料在存放和施工期間的防火性能。未涂刷界面砂漿的聚苯板氧指數(shù)為31％，涂刷界面砂漿后氧指數(shù)為36％，點火性和火焰?zhèn)鞑バ砸任赐拷缑嫔皾{的聚苯板低，防火能力得到一定的提高。涂刷界面砂漿的聚苯板如果在上墻之后采取防火分倉的構(gòu)造措施，則效果更好。因為界面砂漿可以將小火源與有機保溫材料隔離，起到一定的保護層作用。上述措施對預(yù)防可燃保溫材料在存放和施工過程中的火災(zāi)有一定效果，但不能滿足火源較大且持續(xù)作用的情況下對保溫系統(tǒng)防火性能的要求。在有機保溫材料達到上述相關(guān)標準要求后，更應(yīng)強調(diào)系統(tǒng)的整體防火安全性。因為過于追求有機保溫材料的阻燃性能不僅大大增加了材料的成本，同時某些阻燃劑在阻止燃燒過程中往往會增加材料的發(fā)煙量和煙氣毒性，可能帶來更大的危害。保溫材料防火等級的評價不能代表系統(tǒng)的整體防火安全性能或火災(zāi)發(fā)生時的真實狀況，即使某些難燃級的材料在條件具備時也能劇烈燃燒。所以應(yīng)該抓住外保溫防火問題的重點，只有外墻外保溫系統(tǒng)整體的對火反應(yīng)性能良好，系統(tǒng)的構(gòu)造方式合理，才能保證建筑外保溫系統(tǒng)的防火安全性能滿足要求，對工程應(yīng)用才具有廣泛的實際意義。
外墻外保溫系統(tǒng)是建筑外墻外側(cè)具有保溫隔熱功能并具有一定裝飾效果的系統(tǒng)，其核心功能材料是保溫材料，通常占系統(tǒng)體積的80％以上，保溫材料主要包括三大類，一類是以礦物棉和玻璃棉為主的無機保溫材料，通常認定為不燃性材料；一類是以膠粉聚苯顆粒保溫漿料為主的有機無機復(fù)合保溫材料，通常認定為難燃性材料；另一類是以聚苯板（熱塑性）和聚氨酯（熱固性）和酚醛為主的有機保溫材料，通常認定為可燃性材料。其他配套材料通常為不燃材料（如砂漿類、瓷磚等）和包含有少量可燃成分的材料（如涂塑玻璃纖維網(wǎng)格布、膩子和涂料等）。當外墻外保溫系統(tǒng)的保溫材料采用不燃性材料或難燃性材料時，外墻外保溫系統(tǒng)幾乎不存在防火安全性問題。但是，在我國目前的技術(shù)條件下，聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯等可燃材料在建筑外墻外保溫系統(tǒng)中的使用最為廣泛，這就產(chǎn)生了外保溫系統(tǒng)防火安全性的問題，而隨著節(jié)能標準的逐步提高，這個問題將更加凸顯。因此，隨著此類可燃有機保溫材料的大面積應(yīng)用和使用厚度的不斷增加，建筑外墻火災(zāi)或火災(zāi)的蔓延問題應(yīng)引起足夠的重視。
（1）巖棉礦棉類不燃材料的燃燒特性。巖棉、礦渣棉在常溫條件下（25攝氏度左右）的導(dǎo)熱系數(shù)通常在0.03～0.047（瓦/米。開爾文）之間，其本身屬無機質(zhì)硅酸鹽纖維，不可燃，但在加工成制品的過程中，有時要加入有機黏結(jié)劑或添加物，這些對制品的燃燒性能會產(chǎn)生一定的影響。因此，巖棉、礦渣棉制品的燃燒性能取決于其中可燃性黏接劑的多少。
（2）膠粉聚苯顆粒的熱分解與燃燒特性。膠粉聚苯顆粒保溫漿料是一種有機無機復(fù)合的保溫隔熱材料，聚苯顆粒的體積大約在80％左右，導(dǎo)熱系數(shù)0.06（瓦/米。開爾文）。燃燒等級為B1級，屬于難燃材料。膠粉聚苯顆粒在受熱時，通常包含的聚苯顆粒會軟化和熔化，但不會燃燒。由于聚苯顆粒被無機料包裹，聚苯顆粒熔融后將形成封閉的空腔，此時該保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)會更低，傳熱更慢。受熱過程中材料體積的變化率為零。
（3）聚苯乙烯的熱分解與燃燒特性。聚苯乙烯泡沫材料是熱塑性高分子保溫隔熱材料，導(dǎo)熱系數(shù)0.041（瓦/米。開爾文）。聚苯乙烯受熱時，通常會軟化和熔化。聚苯板的熱變形溫度僅為70攝氏度～98攝氏度，差異取決于所選用的配方和后處理方法，玻璃化溫度為100攝氏度。聚苯乙烯全部由炭氫元素組成，本質(zhì)上極易燃燒，未經(jīng)阻燃處理，氧指數(shù)僅為18％；燃燒的熱釋放量較大，同時生煙量也較大，受火后收縮、熔化，導(dǎo)致外保溫系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生空腔，轟燃狀態(tài)下燃燒劇烈，燃燒的滴落物具有引燃性。
（4）聚氨酯的熱分解與燃燒特性。硬質(zhì)泡沫聚氨酯是一種高分子熱固性保溫隔熱材料，導(dǎo)熱系數(shù)0.024瓦/米。開爾文，在所有外墻用有機保溫材料中是的。聚氨酯一般在202攝氏度以下不會分解。熱固性材料在受熱時通常分解出易燃氣體，受火后形成炭化層。聚氨酯泡沫本質(zhì)上屬于高度易燃材料，未做阻燃處理時氧指數(shù)僅為16.5％。用ASTMD1929測定聚氨酯泡沫的點燃溫度為強制點燃溫度310攝氏度，自燃溫度415攝氏度。熱分解和燃燒的產(chǎn)物主要有氰化氫、一氧化碳、異氰酸酯等，因此對聚氨酯燃燒的毒性研究比較多。
（5）酚醛樹脂的熱分解與燃燒特性。酚醛樹脂泡沫材料是高效保溫材料之一，導(dǎo)熱系數(shù)0.025（瓦/米。開爾文）。該材料遇火源時不易燃燒，在400攝氏度以上時它們只灼燒或陰燃，無火焰。除去火源后可能會陰燃一段時間，發(fā)煙量很小，幾乎全部成炭。但關(guān)于其燃燒毒性的研究較少，報道的數(shù)據(jù)也不完全。是目前高效有機保溫材料中阻燃性能的一種材料。
建筑外保溫系統(tǒng)的防火性能要求
外墻保溫的火災(zāi)事例表明，外保溫的火災(zāi)發(fā)生分為三個時段：保溫材料進入施工現(xiàn)場碼放時段發(fā)生的火災(zāi)；保溫材料施工上墻時段發(fā)生的火災(zāi)；建筑物投入使用時段發(fā)生的火災(zāi)。建筑外保溫系統(tǒng)是否具有防火安全性，應(yīng)考慮以下兩個方面的問題：第一，點火性：在有火源或火種的條件下，材料或系統(tǒng)是否能夠被點燃或引起燃燒，系統(tǒng)自身的燃燒性能要求。第二，傳播性：當發(fā)生燃燒或火災(zāi)時，材料或系統(tǒng)是否具有傳播火焰的能力，系統(tǒng)對外部火源攻擊的抵抗能力或防火性能要求。那么，聚苯乙烯和聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料的阻燃性能達到何等程度才能保證整個系統(tǒng)的防火安全？是否需要在現(xiàn)有的技術(shù)條件下大幅提高聚苯乙烯和聚氨酯硬質(zhì)泡沫的阻燃性指標？過高地要求其阻燃性能是否現(xiàn)實、合理？
從目前的科學研究和工程實踐來看，材料的燃燒性能通常是指材料在規(guī)定的實驗條件下，材料的對火反應(yīng)行為。由于規(guī)定的實驗條件與真實火災(zāi)的環(huán)境條件相差甚遠，因此，材料的燃燒特性與其火災(zāi)特性也大相徑庭。如普通PVC材料在通常條件下燃燒時，具有自熄性，氧指數(shù)較高，屬難燃材料，但相同的材料，在真實的建筑火災(zāi)中，受高溫、高熱輻射的作用時，仍然能夠劇烈燃燒，放出大量的熱和有毒氣體，從而增大火災(zāi)強度和火災(zāi)危害，這已被大量火災(zāi)案例所證實。在目前的技術(shù)條件下，不需要也不能過高地要求聚苯乙烯和聚氨酯硬質(zhì)泡沫的現(xiàn)有阻燃性指標，但其燃燒性能必須首先達到現(xiàn)有相關(guān)標準要求，再通過其他措施滿足施工過程中的防火安全性要求。作為墻體的保溫隔熱材料，未進行阻燃處理的普通聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯材料被劃定為易燃材料，阻燃的聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯材料可達到可燃或難燃的等級。
國家標準GB/T10801.1-2002和GB/T10801.2-2002中規(guī)定：膨脹聚苯乙烯泡沫塑料（簡稱EPS板）和擠塑型聚苯乙烯泡沫塑料（簡稱XPS板）燃燒性能等級應(yīng)達到B2級，同時EPS板的氧指數(shù)應(yīng)不小于30%%。JG149-2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》和JG144－2005《外墻外保溫技術(shù)規(guī)程》中對EPS板也有同樣的規(guī)定，并在JG149標準中被列為強制性條款。在試驗中發(fā)現(xiàn)，通過對有機保溫材料進入施工現(xiàn)場前涂刷界面砂漿的方式能提高可燃材料在存放和施工期間的防火性能。未涂刷界面砂漿的聚苯板氧指數(shù)為31％，涂刷界面砂漿后氧指數(shù)為36％，點火性和火焰?zhèn)鞑バ砸任赐拷缑嫔皾{的聚苯板低，防火能力得到一定的提高。涂刷界面砂漿的聚苯板如果在上墻之后采取防火分倉的構(gòu)造措施，則效果更好。因為界面砂漿可以將小火源與有機保溫材料隔離，起到一定的保護層作用。上述措施對預(yù)防可燃保溫材料在存放和施工過程中的火災(zāi)有一定效果，但不能滿足火源較大且持續(xù)作用的情況下對保溫系統(tǒng)防火性能的要求。在有機保溫材料達到上述相關(guān)標準要求后，更應(yīng)強調(diào)系統(tǒng)的整體防火安全性。因為過于追求有機保溫材料的阻燃性能不僅大大增加了材料的成本，同時某些阻燃劑在阻止燃燒過程中往往會增加材料的發(fā)煙量和煙氣毒性，可能帶來更大的危害。保溫材料防火等級的評價不能代表系統(tǒng)的整體防火安全性能或火災(zāi)發(fā)生時的真實狀況，即使某些難燃級的材料在條件具備時也能劇烈燃燒。所以應(yīng)該抓住外保溫防火問題的重點，只有外墻外保溫系統(tǒng)整體的對火反應(yīng)性能良好，系統(tǒng)的構(gòu)造方式合理，才能保證建筑外保溫系統(tǒng)的防火安全性能滿足要求，對工程應(yīng)用才具有廣泛的實際意義。