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建筑外墻外保溫系統的防火之道


從“46號”文、“65號”文,到“350號令”,和經歷多年磨難出臺《建筑防火設計規范》,我們對外墻保溫火災的討論大多局限于保溫材料的燃燒分級。近年來出現了各種各樣的新材料,取名也是五花八門:阻燃板、防火板、A級板、真金板等等,讓人眼花繚亂,但是由于建筑行業以及建筑保溫從業者對材料燃燒的基本知識的缺乏,并沒有根本上減少火宅的發生。保溫行業混亂呈現不健康發展。

  一、什么是燃燒?

  要想研究如何防止建筑外墻外保溫火災事故,首先要知道什么是“燃燒”?

  燃燒是自然界十分普遍的一種化學現象,是指可燃物與氧化劑作用發生的放熱反應。燃燒過程通常伴有火焰、發光或發煙現象。

  可燃物、助燃物和火源通常被稱為燃燒的三要素。但是,要使燃燒發生還必須滿足其他一些條件,如可燃物和助燃物有一定的數量和濃度,火源要有一定的溫度和足夠的熱量等。

  由此可見,要杜絕“燃燒”,只要隔絕燃燒三要素中的其中任何一個即可。例如最常見的用水撲滅火焰,即隔絕燃燒物與氧氣。

  因此,簡單來說,用難燃或不燃的涂料將可燃物表面(保溫材料)封閉起來,避免可燃物直接與空氣的接觸,也可以使其呈現出難燃或不燃的特征。

  二、阻燃和防火并非一回事

  對于材料本身,人們一直試圖提高材料的阻燃性能,進而減少火災風險的可能性。

  材料的阻燃是指可燃物體通過特殊方法處理后,物體本身具有防止、減緩或終止燃燒的性能。物體的防火則是通過某種方法,使可燃物體在受到火焰侵襲時不會快速升溫而遭到破壞。

  可見,阻燃的對象是材料本身。而防火的對象是其他需要被保護的物體,如通過在鋼材表面涂覆一層難燃涂層從而實現鋼材的防火。

  由此可見,阻燃和防火兩者并不是一回事。

  三、構造防火――從微觀、中觀、宏觀構造出發改善保溫系統防火性

  阻燃劑在燃燒過程通過發揮下列作用而使物體達到阻燃:(1)捕捉自由基;(2)吸收熱量;(3)覆蓋作用;(4)稀釋作用;(5)脫水碳化作用。

  溴系阻燃劑是目前世界上產量最大的阻燃劑之一,主要作用機理是在火災初期較低溫度下迅速分解,然后快速捕捉燃燒反應中的自由基H?和HO?,因而具有較高的阻燃效率。

  聚苯乙烯泡沫塑料一般添加溴類阻燃劑,這類阻燃劑分解溫度在200度左右,泡沫板在最初的火源作用下,由于阻燃劑的作用可能無法燃燒(也有可能燃燒),但是熔化生成的油狀物后,其中的阻燃劑已經消耗殆盡,不具有阻燃性能。

  聚苯乙烯的燃燒熱為40.18kJ/g,屬于燃燒熱比較高的物質,火焰溫度高達2210度,溫度和熱量不斷把火焰周圍的聚苯乙烯加工成燃料,隨著燃燒范圍的不斷擴大,很多雜物都有可能成為燈芯。火勢越來越大,逐步演變成大火。

  熱固性改性EPS是采用防火物質包裹單顆EPS顆粒,并成型為塊狀板材。熱固性改性EPS 在受到外部火源攻擊后,首先EPS顆粒也會熔化甚至燃燒,但是每個顆粒熔化在自己的顆粒空間里,體積約是原來的1/50,被包裹它的防火物質吸收,不會形成大量的油狀物,也就無法引起火焰的傳播。更重要的是,產生的蜂窩狀的無機物不但可以阻止火焰和熱量傳播,還阻止空氣和相鄰泡沫的接觸,外部有限火源影響到一定的深度后,由于沒有足夠的溫度和氧氣,燃燒無法進一步進行下去。

  綜上所述,熱固性EPS在有限外部火源的作用下,產生一定厚度的蜂窩狀無機物,隔絕了空氣和外部火源,從而結束了燃燒反應。這是一個典型的從微觀結構層面上的防火構造。

  從微觀上看,絕大多數可燃物質的燃燒并不是物質本身在燃燒,而是物質受熱分解出的氣體或液體的蒸汽在氣相中的燃燒。如果物體具有防火功能,例如復合板,熱源(例如電焊火花或焊渣)的熱量持續時間有限,不能快速的透過無機物加熱可燃物達到分解的溫度,也就不能引起燃燒。

  從氧化劑的角度看,復合板無機材料層有效地隔絕了空氣。例如1200mm*600mm*30mm的復合保溫板,覆蓋面積達1.44平方米,占表面積的93%,包裹后的有機保溫板面幾乎不跟空氣直接接觸,在電焊等小火源的作用下,燃燒幾乎不可進行。

  作為一種特殊的復合板,保溫裝飾一體化系統占外墻保溫系統的5%,已具有十幾年的工程應用經驗,從百度的搜索結果來看,幾乎沒有發生火災的報道。說明復合板的防火構造是有效的。這是一個典型的中觀防火構造的成功案例。

  中華人民共和國新的《建筑防火設計規范》中,要求當使用B1級保溫材料時首層抹灰厚度達到15mm,其它層要求不低于5mm,并且要求每層做交圈的防火隔離帶。通過抹灰層、無機的防火隔離帶以及無機的基層墻體,360度全面覆蓋了有機保溫板表面,隔絕了空氣和保溫板的接觸,讓燃燒不能繼續。當然在外部火源相對比較大時,需要覆蓋層有足夠的穩定性才能持續一定時間有有效,因此對抹灰層有厚度的要求。這正是宏觀上的防火構造。

  四、防火――從施工管理出發減少燃燒可能

  除了從構造上充分利用燃燒三要素,把火災風險降到最低外;在材料的運輸、存放、施工和成品保護各個環節,也可以通過加強管理降低火災風險。

  以北京市地方標準《外墻外保溫工程施工防火安全技術規程》(DB11/729-2010)為例,除了規定保溫材料的燃燒性能外,它著重強調了施工防火。從施工準備、材料堆放、施工防火要點、成品保護四個過程做出了具體防火管理要求,用簡單的管理手段降低火災風險。

  筆者認為該管理辦法簡單實用、可操作強、接地氣、符合燃燒的基本原理,值得推廣采用。遺憾的是,國家和行業以及其他省市并沒有規模化效仿北京市,推出相應的管理規定。

  上述提到的張家口西壩崗“紫金苑”在建樓盤外墻外保溫著火,從視頻資料看,建筑從底層到頂層全部貼完保溫板,但沒有及時抹灰覆蓋!如果合理設計施工方案、做好工序之間的銜接、及時抹灰,把保溫材料的裸露面積控制在小范圍內,可以極大降低火災風險,即使一旦發生火宅,也可以把損失降低。

  綜上所述,單純地從保溫材料燃燒性能分級的角度,來確定外墻外保溫系統的防火性能并不是完全合理的,現實的工程實踐和市場反應也走入了死胡同。建筑防火應該從燃燒的基本原理出發,對材料、構造和施工管理等各個方面綜合考評,而不是僅僅圍繞材料(可燃物)一個要素研究。

  防火的措施多種多樣,具體選擇哪種措施,需要結合現實的經濟、技術和社會發展水平等因素綜合決定,不要一味地追求所謂的材料先進性,很多基本的技術和施工管理手段也相對更容易推廣使用。

  五、防火評價方法――從系統防火性出發評價建筑保溫防火

  中華人民共和國國家標準《建筑材料和制品燃燒性能分析方法》(GB8624-2012)通過各種燃燒試驗,對各種保溫材料的燃燒性能進行分類。

  然而這種燃燒分級僅僅表明不同材料在相同的特定條件下對火(清潔火源)的反應,實驗結果并不能完全表明真實火災中的行為。因為在所規定的試驗條件下,很多環境因素(通風、熱效應、周邊可燃物體、不同物體相對位置、幾何因素等)沒有定量考慮,為了包括這些影響,建議進行大型試驗,以便能更接近實際地評估材料的火災危險性。

  當然,材料肯定對系統的耐火性是有影響的,但在某些情況下,系統中的一種材料可能會保護另一種材料;而在另一些情況下,系統中的一種材料則可能點燃另一種材料。例如,一種阻燃性很好的地毯,如果在它下面襯以可燃的橡膠墊,則后者將是點燃地毯的主要原因。所以,更實際的防火試驗需要檢驗整個系統對一定火源的耐火性。

  《建筑外墻外保溫系統的防火性能測試方法》(GB/T29416-2012)提供了目前為止外墻外保溫領域內最大型的系統防火性能測試方法。本標準適用于安裝在建筑外墻上的非承載外保溫的防火性能試驗,需要從5個方面進行檢查并記錄,從9個方面的現象判定試樣的防火性能。如果出現9個現象中的任意一個,則判定該試樣防火性能不合格,否則判定合格。

  外墻外保溫是一個系統工程,不能用單一保溫材料的燃燒性能分級判定系統的防火性能,GB/T29416-2012的出臺,是基本理論的重大實踐,它實際模擬了系統在外部火源的反應。

  遺憾的是,絕大多數有多年保溫行業從業經歷的人,仍然著眼于保溫材料的燃燒性能分級,并沒有把視野拓展到綜合的系統防火性能上去。


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