建筑外墙保温材料防火

建筑外墙保温材料防火

    摘要：建筑保温和建筑节能需要保温材料，然而保温材料的防火性能存在一些问题，墙体苯板保温作法不符合建筑防火规定，对于如何合理解决既保温又环保的建筑材料问题有2种观点，以及应实际之需要，开发出保温又防火的高科技PU材料。
    关键字：建筑保温材料  防火  燃烧性  节约   PU材料

    在实施建筑节能的各项措施中，墙体保温隔热是最行之有效的措施之一。在围护结构结构（包括屋顶、外立面等）未做保温或保温不足的建筑中，虽然可以依靠采暖设备多供热量，也能保持所需的室内温度，但是，采暖供热量必须大大增加。不仅如此，未做保温或保温不足的维护结构，易受室外低温的影响，从而导致内表面温度过低，引起结露、长霉、潮湿，使室内热环境恶化。目前国内绝大多数采暖地区围护结构的保温隔热功能都比气候相近的发达国家差许多，外墙的传热系数是他们的3.5～4.5倍，外窗为2～3倍，屋面为3～6倍，门窗的空气渗透为3～6倍，这些数据也一定程度上说明了我们采用墙体保温的必要性和迫切性。因此，不仅从保证室内适当的热环境，以及降低建筑物热损失的角度出发，还是从建筑节能角度，改善生活热环境角度考虑，都需要建筑围护结构的保温隔热。
    1常用保温材料主要【1】：　
    1.1 膨胀聚苯板（EPS板 ) 　导热系数0.037-0.041 保温效果好，价格便宜 强度稍差 
    1.2 挤塑聚苯板（XPS板）　　导热系数0.028-0.03 保温效果更好，强度高，耐潮湿 价格贵，施工时表面需要处理　
    1.3 岩棉板　　导热系数0.041-0.045 防火，阻燃 吸湿性大，保温效果差
    1.4胶粉聚苯颗粒保温浆料　导热系数0.057-0.06 阻燃性好，废品回收 保温效果不理想，对施工要求高　
    1.5 聚氨酯发泡材料　导热系数0.025-0.028 防水性好，保温效果好，强度高 价格较贵
    1.6 珍珠岩等浆料　导热系数0.07-0.09 防火性好，耐高温保温效果差，吸水性高
    2外墙外保温体统防火
    2.1外墙外保温体统防火性的起因
    在我国目前的技术条件下，具有高效保温隔热功能的高分子发泡材料主要有聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛、聚乙烯等，其中，聚苯乙烯和聚氨酯发泡材料在建筑中的使用最为普遍。作为墙体的保温隔热材料，未进行阻燃处理的普通聚苯乙烯和聚氨酯发泡材料被划定为易燃材料，组演的聚苯乙烯和聚氨酯发泡材料可达到可燃或难燃的等级，而保温隔热层的抹面砂浆一般为不燃性材料。由于高分子发泡材料具有引发火灾的危险性，因此外保温体系的防火安全性能已成为备受各方关注的安全问题。在工程实际中，有可燃的外墙外保温材料导致的火灾时有发生。
    2.2外墙外保温用保温材料的燃烧性能分级
    根据《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624-2006外墙外保温用保温材料的燃烧分级及其判定如表1所示：

    虽然建筑墙体苯板（含挤塑板、聚氨酯等有机物）保温作法，暂已取得一定的节能效果，但从建筑的安全性和长远考虑，应视为有火灾隐患和可能短寿等问题。故应对其审视从事。
    3墙体苯板保温作法不符合建筑防火规定
    建筑的墙体苯板保温作法似应“一票否决”, 已作成的苯板保温墙体建筑物似均存在着火灾隐患。苯板保温建筑似存在公共安全问题。
    3.1 苯板的燃烧性能: 因苯板保温的墙体是“复合型墙体”, 苯板也应是墙体的构件。按《建筑设计防火规范》GBJ 16和《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045, 要求三级以上耐火等级建筑构件的墙体燃烧性能应是“不燃性”, 而苯板是“燃烧体”。即使将苯板经过阻燃加工也仅能达到“难燃性”, 只可用于四级耐火等级建筑的墙体。由我国人多地少的国情所决定, 居住建筑恰好大都属于4层及4层以上的多层和高层建筑，要求耐火等级在三级以上。实践表明，在建筑施工使用或保存苯板中，确多有因其易燃而引发火灾的案例。
    3.2 建筑构件的耐火极限: 如可退一步说，即使撇开苯板的燃烧性能（在实际工作中不成立）, 把苯板之外所加的饰面保护层视为非承重墙。也因其厚度很薄（按13 mm厚）, 致耐火极限仅能达到0.325小时。也满足不了两《规范》的三级耐火等级“应大于0.75小时”的规定，致火灾中饰面层背面（苯板外表）的温度可能在0.325小时即上升至140℃，超过了苯板的最高使用温度（75℃）〔2〕而失掉了隔火作用。那就更达不到二级及二级以上耐火等级的非承重，或防火墙的耐火极限应大于1小时或3小时的规定了。
    3.3 建筑的防火间距: 因目前在一些新建苯板保温墙体建筑的规划设计时, 大都误以外墙为“不燃烧体”, 按两《规范》的规定确定了建筑防火间距，而未考虑苯板并非“不燃性”的事实, 需加大防火间距的因素, 从而相应形成了防火间距不够的问题。如防火间距不够，无疑意味有火灾隐患。
    例如在相邻为8层的既有楼群中，拟插建一座耐火等级为四级的3层楼房时, 其复合型非承重外墙用阻燃型苯板保温，按《规范》应取防火间距9 m。但因误以外墙是“不燃性”的非承重墙, 而按6 m的防火间距建设，这在实质上就造成了建筑防火间距不够的问题。
    至于在二级及二级以上耐火等级的建筑上，误以苯板为“不燃性”的外墙，特别是按防火墙所确定的建筑防火间距, 其问题之严重不言而喻。例如在既有的高层楼群中，拟插建一座3层楼房, 如误以苯板复合外墙作防火墙，按《规范》虽可取其防火间距6 m，结果却造成了远小于《规范》防火间距应为14 m的问题。
    3.4苯板可能使火灾加剧: 因苯板是有火灾危险性的有机化学物品, 当在苯板外保温的建筑物之内发生火灾时，可能因门窗被烧毁致火焰外窜, 继而可能使封闭在饰面层内的苯板，受到高温而发生干馏、分解、挥发、焦化、收缩等质变和形变, 导致饰面层失去支持而开裂穿透脱落, 随之外露的苯板必因遇空气而燃烧, 使火势蔓延扩大。并伴有释放的浓烈黑烟与废气污染，从而形成建筑内外的同时火灾。
     即使苯板保温的建筑物之内无火灾, 因其燃烧性与防火间距的不够，而当对面建筑发生火灾产生辐射热，飞火或对流热时，也很可能将未有火灾建筑物外墙上的苯板引燃, 相继又可能因其门窗被烧毁而使火势蔓延至室内。
    4合理解决建筑节能既保温又防火的2种观点
    构筑建筑节能保温防火安全技术体系是人们的共同宿愿，而如何实施安全体系，在我国科技界出现了百家争鸣的局面，这为我国建立和形成具有中国特色、具有中国自主知识产权的建筑节能保温体系带来福音。
 现在，我国是否要加强和如何加强建筑节能保温防火安全材料的研发存在两种不同的思路和不同的研发路径。
    第一种观点，大致有以下几点意见：
    1）从造价和节约成本角度考虑，提出保温材料由于是在建筑物的外墙，因而对保温材料防火性要求可以降低。认为高效节能保温塑料其防火性能，只需确保现场正常所需的1个离火自熄的安全性就可以，没有必要追求更高；
    2）有的说国外对保温泡沫塑料防火要求指标很低，照样大规模使用，中国没有必要搞高指标的防火要求；
    3）有的提出我国的建筑节能外墙保温市场如此之大，建议相关制定阻燃标准的部门，应针对建筑节能外墙保温系统尽快建立1个相应的阻燃标准，避免套用不合适的阻燃指标，引起材料阻燃性能比实际需求过剩，造成不必要的浪费，甚至有可能由于不合理追求过剩的阻燃性能，给类似聚氨酯PU泡沫这样优良的产品带来不应产生的技术与成本门槛，影响其推广应用；
    4）有的则提出，在目前条件下，外墙外保温防火体系，应强调体系的整体防火安全性，保温系统的防火安全可以通过系统的防火构造来解决，不应过多地将注意力放在对保温材料本身防火性的提高上等等。
    第二种观点，大致有以下几点意见：
    1）中国建筑节能保温技术系统中的泡沫塑料防火安全问题和整个建筑保温防火安全是中国的大问题，不解决将会造成建筑中火灾的大隐患；
    2）中国建筑节能决不能照搬外国模式，必须研制符合中国国情的具有抗火灾功能的新型PU环保型材料，建立中国式建筑保温节能体系；
    3）现行的《高层民用建筑设计防火规范》中尚无具体针对外墙保温的防火设计规范，对外墙保温系统也缺乏分级标准和使用范围的限定，外墙保温防火技术也没有国家或行业产品标准及相关技术规范，生产企业的产品说明书中一般也缺少耐火性指标；
    4）由于我国对保温材料防火技术要求的缺失性，国外一些著名的外墙外保温企业在其本土都曾作过与火有关的试验，但到中国后却都回避了外墙外保温防火问题；
    5）对保温材料防火性研究滞后的危害，将会造成我国企业不严格执行阻燃规定和标准，产品粗制滥造，生产技术和产品只能在低层次中重复，这不仅给我国企业带来经济损失，也严重阻碍了中国建筑节能保温体系的整体防火安全性建设。
     综上分析，以上各种观点都是基于从中国国情的实际出发，是从中国目前现有科技实际水平状况而提出的不同看法，都有其一定的道理。但是，我们不能固步自封，应从科学发展观出发，以提高自主创新能力，着力突破制约科技发展的关键技术，中国建筑节能保温体系应创出一个既保温又防火安全的新天地来。我国建筑外墙外保温系统的防火安全离不开我国保温材料防火性能不断提高和高新技术的支撑。就算通过系统的防火构造来确保保温系统的防火安全，确一个很有创意的思路，但它决也不能脱离高性能保温材料的支撑与保障。
    5既保温又防火的高科技PU材料
    笔者参考国内外PU阻燃技术发展路线，从环保及材料的绿色ECO标志考虑，把似乎是“鱼与熊掌不能兼得”的两难问题，通过另辟蹊径，成功地实现使原来易燃的PU泡沫达到氧指数高、火焰传播性小，烟雾小、毒性小、耐燃性好，火焰贯穿强的难燃化技术路线，并研发出既保温又防火的高科技PU材料，其自主的科研成果填补了该领域科技的国内外空白。中国青岛科技大学教授、青岛伊科思新材料股份有限公司高级顾问顾尧、北京中万盛聚氨酯有限公司董事长曹立峰等也相继在各自研究领域取得了可喜的研究成果。
    该项科研成果的核心技术是采用化学结构性的改性，选用目前国际先进的无卤化、结碳膨胀性阻燃化技术路线，其主要技术创新点为：在PU易燃的氨基甲酸酯分子结构中，引入难燃、耐温、低发烟、低毒性的环状结构化合物(异氰脲酸环、哑唑烷酮、芳香族环、碳化亚二胺键)。还有一种方法是引入具有难燃结构的聚合物纳米颗粒。这些研发的成果一方面大大提高了泡沫阻燃性、耐温性，同时大大降低了泡沫释放的烟雾毒性。 
    现在，经过化学结构改性的PU泡沫，温度即使达到400 ℃时，也几乎无挥发物逸出。在高温下，泡沫在燃烧过程中，首先在PU泡沫表面生成具有焦碳皮结构的发泡阻隔层(发泡阻燃层)，此阻隔层起到大大减少泡沫燃烧过程中产生烟雾和毒气的作用。发泡阻燃层具有隔热功能，能防止提供继续燃烧的热量传递；具有隔气功能，一方面阻止对PU泡沫继续供氧，另一方面阻止PU泡沫继续燃烧；具有吸附PU燃烧产生热熔融滴落物，防止二次起火。这三重作用达到防火、阻燃功能，起到了在火灾发生时防烟雾、防毒气的功能。
    只有做好建筑外墙保温材料的防火工作，保温防火两手都抓，两手都硬，才能更好的保证人民的居住生活安全，从而更好的发挥建筑本身具有的作用，
    参考资料：
    【1】《中国建筑外墙外保温指南》钱选青，中国轻工业出版社
    【2】《外墙外保温常见技术问答》 北京颐高世纪科技股份有限公司 主编，中国建筑工业出版社