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浅论当前我国外墙外保温防火安全体系的研究方向
摘 要 本文重点阐述我国当前外墙外保温防火安全体系的正确研究方向，应当将建筑科学中 的防火构造研究同材料科学中有机保温材料接近火灾条件下燃烧性能的研究有机结合起来；同我国公安部根据消防科学研究和已颁布的有机保温材料必须达到消防法 规标准研究结合起来；同环保科学中要求有机保温材料按环保法要求、朝无卤化低烟、低毒方向研究有机结合起来。我们认为将上述四大学科结合起来，才能把握外 墙外保温防火安全体系研究的正确方向，任何偏离四大学科的研究，均具有相对局限性、片面性。 关键词 燃烧性能 耐火极限 耐火等级 防火等级 分级标准 一、当前我国外墙外保温防火安全体系研究方向上的误区及其研究结论上存在某些片面性、局限性。 １、系统防火安全性应为外墙外保温技术的重要条件； ２、系统整体构造的防火性能是外保温防火安全的关键； ３、无空腔、防火隔断和防火保护面层是系统构造防火的三个关键要素； ４、大尺寸窗口火试验和锥型量热计试验是外墙外保温防火试验研究的重要方法； ５、对外保温系统进行防火等级的划分及规定适用建筑高度是提高防火安全性的有效途径。 这５个研究结论，不仅是填补了我国外墙外保温体系防火安全研究领域中的一项空白，而且对我国当前外墙外保温工程领域具有广泛的应用价值及实际意义。 但此５个研究结论是在３个前提条件下通过试验得出的。这３个前提条件是：①在外 墙外保温系统整体防火构造（保护层、无空腔、防火隔断）确定的前提下；②选用接近火灾真实情况的大比例试验方法前提下；③在对有机保温材料没有进行燃烧性 能系统研究并加以分级测定的前提下进行的。由于这５项研究结论缺少对有机保温材料（EPS、XPS、PU）燃烧性能系统研究数据和分级数据，因而造成了此 项研究成果结论的某些片面性、局限性，并造成我国外墙外保温体系防火安全研究的一个误区：认为当前外墙外保温体系防火安全性研究的关键性问题是系统整体防 火构造是否合理，而不是有机保温材料燃烧性能；认为外保温系统整体防火能力提升，主要是依靠外保温系统整体防火构造，而不是靠有机保温材料燃烧性能的提 升；认为单纯的提高有机保温材料的阻燃性是一把双刃剑，它不仅带来工艺材料成本的提高，同时阻燃剂在燃烧过程中带来烟毒性，对人民的生命财产构成更大威 胁，即使把有机保温材料提升到难燃级别，在火灾发生时，同样会剧烈燃烧。因而有机保温材料不能提升也不能代表整个外墙外保温体系防火安全性。 由于这种片面的理论观点影响下，原来规定用在墙体上需要一定阻燃级别产品，现在 可以降低阻燃级别，甚至可以不要阻燃。国内最明显的例子就是XPS制品，不要阻燃就可以大规模用于外墙保温，造成了我国当前建筑节能保温市场产品混乱，价 格混乱，甚至对我国建筑领域中已颁布的一系列对有机保温材料防火阻燃强制性的消防法规不仅不去遵守，反而出现要求修改、降低标准的呼声越来越大。 二、当前我国外墙外保温防火安全体系的研究，其关键性问题不仅是整体防火构造的研究，更重要的是要开展有机保温材料在接近火灾条件下燃烧性能研究。 目前，国内对有机保温材料燃烧性能的研究，尙处在初级阶段，对有机保温材料的要 求也仅仅停留在实验室小规模测定下的氧指数和可燃性试验（水平、垂直）指标，因而无法全面地评价有机保温材料（EPS、XPS、PU）燃烧性能。这种实验 室的小规模测定，可从各种不同条件、各种不同角度制定各种不同测试方法，测出有机保温材料各种燃烧性能参数：点燃性、火灾蔓延性、可燃性、能量释放性、燃 烧产物烟、毒性等。如果人们用这些特性参数，来预测有机保温材料在真实火灾中特性，不仅具有一定距离，而且会出现低估或错估了有机保温材料在实际使用过程 中造成火灾的危险性。最明显的例子是PVC塑料，由于含氯量高达56％，氧指数可达42.5%，属难燃材料，但在真实建筑火灾中，受高温、高热辐射作用 时，不仅剧烈燃烧，并进一步会释放大量的热和有毒Hcl气体，增大火灾程度和火灾危害，在国内已被PVC引发火灾的大量案例所证实。同样在目前国 内，EPS泡沫正在大量用于外墙外保温体系中。EPS泡沫燃烧性，其氧指数达到30％，属难燃材料，但在实际使用中，由电焊作业引发EPS保温层燃烧的事 故频频发生。由于XPS导热系数好，闭孔结构抗压强度好，所以，目前国内在外墙外保温工程中，正在大规模推广，并取代隔热性差的EPS材料。从国内质量监 督检测报告看，XPS氧指数只有24.8%，易着火，但却能通过GB8625-2005中型比例燃烧竖炉试验及GB／T 20284-2006SBI級试验，达到难燃级防火性能。按旧的GB862４-1997分级标准，获得难燃B1級。按新的GB82624-2006分级标 准获得难燃C级，取得C－S2do级燃烧性能等级标识。但实际使用过程中，同EPS一样，由于氧指数低，不阻燃，引发火灾事故，XPS比EPS更频繁。对 燃烧性能较好的PU泡沫，在实际使用过程中，虽然氧指数达到２６％甚至更高，火灾事故照样发生。 从上述分析可看出，目前国内外从不同角度、不同规定出发，凡属中、小试验所得出 有机保温材料燃烧特性参数，用来预测有机保温材料在真实火灾中燃烧特性往往具有一定距离。这是由于测定这些有机保温材料燃烧特性参数时，所规定的试验条件 与真实火灾的环境条件相差甚远。因此，所测得的有机保温材料燃烧特性与其真实火灾中燃烧特性，无法从材料燃烧特性中正确预测其真实火灾燃烧特性。由于真实 火灾条件及真实火灾的发展具有很大不确定性，因而真实火灾试验无法也很难去重复。要获得有机保温材料在真实火灾中燃烧特性参数，中小规模试验是无法获取 的，只有从接近真实火灾大型试验中获取。从已取得薄沫灰防火构造EPS外墙外保温体系试验成果充分说明了这一点。 当外墙外保温EPS体系确定采用薄沫灰防火构造方式，如采用中比例试验（SBI 试验燃烧竖炉试验）可取得EPS薄沫灰复合结构材料燃烧性能，难燃、接近不燃级燃烧性能数据。如采用接近真实火灾条件大型试验（墙角火试验、窗口火试 验），外墙外保温体系中EPS薄沫灰复合结构材料发生轰燃，说明在真实火灾中，EPS薄沫灰复合结构材料从难燃级变成了易燃级材料，这就是薄沫灰EPS复 合结构材料在真实火灾中燃烧性能。因此，我们认为，在外墙外保温体系整体防火安全性关键，是在整体防火构造确定前提下，在外墙外保温体系测试方法确定为大 型试验前提下，有机保温复合结构材料燃烧性能好坏是决定外墙外保温系统整体防火安全性的关键。因而我国外墙外保温体系整体防火安全性研究重点，应当在外墙 外保温体系整体防火构造研究的基础上，进一步大力开展外墙外保温有机保温（EPS、XPS、PU）复合结构体系在接近火灾条件下燃烧性能研究。小比例锥型 热计试验可用来研究外墙外保温体系中有机保温材料在接近火灾条件下燃烧特性，这是目前在试验室研究外墙外保温体系防火安全最有价值、最为科学的重要试验方 法。三、防火构造的研究是替代不了材料燃烧性能的研究。当前我国外墙外保温体系防火安全性正确研究方向应当将建筑科学中防火构造研究同材料科学研究进行有机结合，任何偏离两大学科的研究，均具有相对局限性和片面性。我们认为，从建筑科学中采用防火构造办法解决了外墙外保温体系整体 防火安全性问题，在建筑上具有广泛的现实意义，但此项研究结论不能替代引发外墙外保温复合结构体系中占到８０％以上体积的有机保温材料（EPS、XPS、 PU）防火安全性的全部研究。采用防火构造办法，在易燃有机保温层加上不燃保护层，解决了有机保温材料燃烧性能中易燃被 点燃从而引发火灾事故的缺陷。在 外墙外保温系统中采用防火隔离、无空腔等做法，解决了有机保温材料燃烧特性中火焰易被传播、易扩散的缺陷，从而避免了由易燃有机保温材料引发火焰扩散、传 播所引发的火灾事故。但防火构造的研究解决不了有机保温材料复合在墙体结构上的耐温性、耐燃性研究，解决不了有机保温材料释放火灾中头号杀手烟毒气的研 究，解决不了热塑性有机保温材料EPS、XPS在燃烧过程中自身产生熔融、滴落等等问题。这些有机保温材料自身特有的燃烧性能，是造成外墙外保温系统中整 体防火安全性差的主要根源。只有从高分子材料科学上通过引入难燃结构对易燃有机分子结构进行改性研究，从分子结构本质上提升其防火性能。 20多年PU应用实验经验告诉我们，按照目前传统的运用添加高效阻燃剂阻燃化技 术，来攻关解决PU泡沫塑料的防火阻燃问题，以达到我国颁布的一系列PU防火安全国家标准，这似乎是不可能的。经过20多年攻关研究，已找到使原易燃的 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。核心技术是采用化学结构改性技术，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)，或引入具有难燃结构聚合物纳米颗粒。这样一方面大大提高了泡沫阻燃性、耐温性，同时大大地降低泡沫释放烟雾毒性的难题。 没有经过化学结构改性的PU泡沫，其氧指数在17-18%，它的闪点和自燃点分别为310ｏC和415ｏ，C，在空气中极易燃烧。在200ｏC至250ｏC，就开始逸出挥发物，释放有毒气体，并开始进行热分解反应，放出大量有毒气体及烟尘。 经过化学结构改性的采用上述难燃化技术路线PU泡沫，温度即使达到400ｏC时，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，此阻隔层起到了大大減少泡沫燃烧过程中产生的烟雾和毒性气体的作用。
