建筑外保溫體系構(gòu)造與防火安全

1、保溫砂漿復(fù)合外保溫體系構(gòu)造的防火特性*中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所季廣其、朱春玲關(guān)鍵詞：膨脹?；⒅椋z粉聚苯顆粒，外保溫體系構(gòu)造，火焰?zhèn)鞑?，模型?摘要：錐型量熱計(jì)試驗(yàn)、豎爐試驗(yàn)、墻角火試驗(yàn)和窗口火試驗(yàn)的結(jié)果表明，膨脹玻化微珠保溫砂漿和膠粉聚苯顆粒保溫砂漿具有良好的防火抗火性能，其復(fù)合外保溫體系具有良好的防火構(gòu)造，在火災(zāi)狀態(tài)下能夠有效地阻止火焰的蔓延。1保溫材料的對(duì)火反應(yīng)性能保溫材料是建筑外墻外保溫體系的核心材料，其主要功能是保溫隔熱。用于建筑外墻的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(jī)保溫材料，通常認(rèn)定為不燃性材料；一類是以膠粉聚苯顆粒保溫砂漿為主的有機(jī)無機(jī)復(fù)合保溫材

2、料，通常認(rèn)定為難燃性材料；另一類是以熱塑性聚苯乙烯泡沫塑料和熱固性聚氨酯硬泡為主的有機(jī)保溫材料，通常認(rèn)定為可燃性材料。GB86242006建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)已正式實(shí)施，對(duì)建筑材料及制品的燃燒性能等級(jí)劃分與評(píng)價(jià)不同于GB86241997，不燃、難燃、可燃、易燃的概念是GB86241997中給出的，而GB86242006的分級(jí)與GB86241997不同，兩個(gè)版本的分級(jí)之間不存在必然的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但由于GB86241997在我國已使用多年，相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)范都采用的是GB86241997的分級(jí)，不燃、難燃、可燃、易燃等概念已深入人心，早已融入人們的技術(shù)理念中，因此為便于理解和敘述，本文

3、仍沿用不燃、難燃、可燃、易燃等概念。首頁下邊標(biāo)注* 本研究項(xiàng)目受以下課題資助：1. 十一五國家科技支撐計(jì)劃課題“建筑材料與設(shè)備系統(tǒng)施工安裝關(guān)鍵技術(shù)研究”之子課題“新型建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其施工關(guān)鍵技術(shù)”(子課題編號(hào)2006BAJ01B053)2. 十一五國家科技支撐計(jì)劃課題“新型建筑防火阻燃材料及應(yīng)用技術(shù)研究” 之子課題“防火材料及阻燃制品的綜合評(píng)價(jià)技術(shù)研究”(子課題編號(hào)2006BAK06B0633)按照GB86242006的概念，對(duì)于外保溫體系中所用的保溫材料，我們一般都認(rèn)定為勻質(zhì)制品，即由單一材料組成的制品或整個(gè)制品內(nèi)部具有均勻的密度和組份。如以礦物棉和玻璃棉為主的無機(jī)保溫材料，以聚苯乙烯泡沫塑

4、料和聚氨酯硬泡為主的有機(jī)保溫材料等。對(duì)于膨脹?；⒅楸厣皾{和膠粉聚苯顆粒保溫砂漿，從宏觀的角度看，其整體密度是相對(duì)均勻的，仍可看作是勻質(zhì)制品。1.1 無機(jī)類保溫材料無機(jī)類保溫材料以巖棉、玻璃棉、膨脹玻化微珠保溫砂漿等為主，一般認(rèn)定為不燃性保溫材料。對(duì)于巖棉和玻璃棉，由于在制品的生產(chǎn)和加工過程中加入了少量的有機(jī)粘合劑，可評(píng)定其燃燒性能為A1、A2級(jí)，個(gè)別情況下為B級(jí)。對(duì)于膨脹?；⒅楸厣皾{，其燃燒性能為A1級(jí)。無機(jī)類保溫材料用于外保溫體系中，自身不存在防火安全問題。1.2膠粉聚苯顆粒保溫砂漿膠粉聚苯顆粒保溫砂漿是典型的有機(jī)無機(jī)復(fù)合保溫材料，由膠粉漿料與聚苯乙烯顆?；旌隙?，使用狀態(tài)下，聚苯乙

5、烯顆粒被固化后的膠粉漿料所包裹。膠粉聚苯顆粒保溫砂漿的公稱密度取決于聚苯乙烯顆粒的摻入量，其燃燒性能等級(jí)按聚苯乙烯顆粒的摻入量可達(dá)到A2級(jí)或B級(jí)。膠粉聚苯顆粒保溫砂漿用于外保溫體系中，自身不存在防火安全問題。1.3 可燃或難燃類保溫材料目前建筑外墻外保溫體系中廣泛采用的聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡占據(jù)我國外保溫市場(chǎng)的大部分份額，也是影響外保溫體系防火安全性能的關(guān)鍵材料，在一定程度上決定著外保溫體系整體的防火安全性能。按照GB86242006的規(guī)定，評(píng)定其燃燒性能等級(jí)時(shí)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的最終使用狀態(tài)，產(chǎn)品的實(shí)際使用厚度將成為影響其燃燒性能等級(jí)的重要因素。從理論上講，按照GB86242006的規(guī)定，聚苯乙

6、烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡的燃燒性能等級(jí)可能為B、C、D或E級(jí)。根據(jù)我國目前的技術(shù)條件和建筑節(jié)能的要求，我們認(rèn)為，對(duì)聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡的燃燒性能等級(jí)的要求不宜過高。對(duì)于我們目前廣泛采用的聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡，其燃燒特征具有特殊性：受火后聚苯乙烯泡沫 收縮、熔化、燃燒受火后聚氨酯硬泡 燃燒、炭化聚苯乙烯泡沫塑料是熱塑性高分子保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)0.041w/m.k。當(dāng)受熱時(shí)，通常發(fā)生軟化和熔化。聚苯乙烯泡沫塑料的熱變形溫度僅為7098，差異取決于選用配方和后處理方法，玻璃化溫度為100。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(shí)

7、生煙量也較大，受火后收縮、熔化，導(dǎo)致外保溫體系內(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。聚氨酯硬泡是一種高分子熱固性保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)0.024 w/m.k，在所有外墻用有機(jī)保溫材料中是最優(yōu)的。聚氨酯一般在202以下不會(huì)分解。熱固性材料在受熱時(shí)通常分解出易燃?xì)怏w，受火后形成具有一定的阻止火焰?zhèn)鞑ツ芰Φ奶炕瘜?，炭化程度取決于配方。聚氨酯泡沫本質(zhì)上屬于高度易燃材料，未做阻燃處理時(shí)氧指數(shù)僅為16.5。用ASTM D1929測(cè)定聚氨酯泡沫的點(diǎn)燃溫度為強(qiáng)制點(diǎn)燃溫度310，自燃溫度415。聚氨酯硬質(zhì)泡沫是多孔的材料，生成的保溫層表面與其內(nèi)部發(fā)泡體的密度不同，表面層較為密實(shí)，表層內(nèi)才是有效保溫

8、的多孔發(fā)泡體。在試驗(yàn)條件下，由于聚氨酯硬質(zhì)泡沫內(nèi)部發(fā)泡體本身的厚度較薄，切開后暴露在空氣中的表面積相對(duì)較大，與密實(shí)材料相比，在受火狀態(tài)下更容易分解并燃燒，其點(diǎn)火性能較差。1.4. 保溫材料的燃燒性能技術(shù)要求對(duì)于以礦物棉和玻璃棉為主的無機(jī)保溫材料，包括膨脹玻化微珠保溫砂漿，有機(jī)無機(jī)復(fù)合的膠粉聚苯顆粒保溫砂漿，自身的燃燒性能等級(jí)較高，是滿足防火安全性要求的。對(duì)于外保溫體系中采用的阻燃聚苯乙烯和聚氨酯硬泡，在目前的技術(shù)條件下，作為墻體的保溫材料，其燃燒性能還不能達(dá)到難燃級(jí)，不能對(duì)其燃燒性能等級(jí)或阻燃性指標(biāo)提出過高的要求，這也體現(xiàn)在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的技術(shù)要求中，見表1。表1 聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡材

9、料燃燒性能技術(shù)要求保溫材料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求試驗(yàn)方法EPSGB/T10801.12002絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料氧指數(shù)：30%GB/T24061993可燃性試驗(yàn)：點(diǎn)火15s，20s內(nèi)，F(xiàn)S150mm，且不允許有燃燒滴落物引燃濾紙的現(xiàn)象GB/T86261988XPSGB/T10801.22002絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料可燃性試驗(yàn)：點(diǎn)火15s，20s內(nèi)，F(xiàn)S150mm，且不允許有燃燒滴落物引燃濾紙的現(xiàn)象GB/T86261988聚氨酯硬泡聚氨酯硬泡外墻外保溫工程技術(shù)導(dǎo)則水平燃燒試驗(yàn)：平均燃燒時(shí)間70s平均燃燒范圍40mmGB/T83321987煙密度等級(jí)SDR：75GB/T86271999聚苯乙烯

10、泡沫塑料和聚氨酯硬質(zhì)泡沫是影響外保溫體系防火安全性能的關(guān)鍵因素。那么，聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料的阻燃性能達(dá)到何等程度才能保證整個(gè)體系的防火安全？是否需要在現(xiàn)有的技術(shù)條件下過多地提高聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬質(zhì)泡沫的阻燃性指標(biāo)？過高地要求其阻燃性能是否現(xiàn)實(shí)合理？ 我們認(rèn)為，在目前的技術(shù)條件下，不能過高地要求聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬質(zhì)泡沫的阻燃性指標(biāo)，只能強(qiáng)調(diào)其燃燒性能達(dá)到現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，強(qiáng)化管理，滿足施工過程的防火安全性要求。應(yīng)弱化保溫材料的燃燒性能等級(jí)在人們傳統(tǒng)意識(shí)中的重要性地位，強(qiáng)調(diào)體系的整體防火安全性。很顯然，提高保溫體系的抗火能力才是我們的最終目的。因此，擺在我們面

11、前的重要工作是，如何采取有效的防火構(gòu)造措施提高外保溫體系的整體抗火能力。 2外保溫體系的防火構(gòu)造2.1外保溫體系防火安全性問題的起因當(dāng)外墻外保溫體系的保溫材料采用不燃性材料或不具有傳播火焰的難燃性材料時(shí)，外墻外保溫體系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，使用最多的是具有高效保溫隔熱功能的高分子發(fā)泡材料，以聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡為主。由于高分子發(fā)泡材料具有引發(fā)火災(zāi)的危險(xiǎn)性，外墻外保溫體系中廣泛使用的以聚苯乙烯泡沫和聚氨酯硬泡為主的可燃或易燃的有機(jī)保溫材料對(duì)體系的防火性能產(chǎn)生決定性影響，成為外保溫體系防火安全性問題的起因。因此外保溫體系的防火安全性能已成為備受各方關(guān)注的安

12、全問題。作為墻體的保溫材料，未進(jìn)行阻燃處理的普通聚苯乙烯和聚氨酯發(fā)泡材料被劃定為易燃材料，阻燃的聚苯乙烯和聚氨酯發(fā)泡材料可達(dá)到可燃或難燃的等級(jí)，而保溫層的抹面砂漿一般為不燃性材料。2.2 外保溫體系的防火性能要求外保溫體系是否具有防火安全性，應(yīng)考慮以下兩個(gè)方面的問題： 點(diǎn)火性：在有火源或火種的條件下，體系是否能夠被點(diǎn)燃或引起燃燒的產(chǎn)生，體系自身的燃燒性能要求。 傳播性：當(dāng)有燃燒或火災(zāi)時(shí)，體系是否具有傳播火焰的能力，體系對(duì)外部火源攻擊的抵抗能力或抗火性能要求。對(duì)外保溫體系的防火安全性能要求具體體現(xiàn)在對(duì)高分子發(fā)泡材料的燃燒性能要求和對(duì)體系構(gòu)造的抗火能力要求兩個(gè)方面。 2.3 影響外保溫體系防火安全

13、性能的構(gòu)造外保溫體系的防火安全性能是以可燃材料的存在為前提的。影響外保溫體系防火安全性能的要素包括體系的構(gòu)成材料及構(gòu)造方式。外保溫體系層面構(gòu)造材料包括：保溫層材料、保護(hù)層或面層材料、固結(jié)材料等。一般來講，體系中具有足夠燃燒能力的材料主要是保溫層材料，保溫層材料的燃燒性能是影響體系防火安全性能的基本條件。外保溫體系的構(gòu)造方式是影響整個(gè)體系防火安全性能的關(guān)鍵。體系的構(gòu)造包括：保護(hù)層或面層的厚度、粘結(jié)或固定方式(有無空腔)、防火隔斷(分倉)的構(gòu)造等。保護(hù)層：抹面砂漿厚度和質(zhì)量穩(wěn)定性，決定體系層面構(gòu)造的抗火能力。保護(hù)層包括抹面層和飾面層，不同的材質(zhì)和構(gòu)造，不同的施工質(zhì)量，其抗火能力是不同的。防火隔斷：

14、體系的防火隔斷構(gòu)造或分倉構(gòu)造的存在，能夠有效地阻止火焰的蔓延。防火隔斷包括建筑層的防火隔離帶、門窗洞口的隔火構(gòu)造、體系自身的分倉構(gòu)造等?？涨粯?gòu)造：空腔構(gòu)造的存在可能為體系中保溫材料的燃燒及火焰的蔓延提供充足的氧。外保溫體系中貫通的空腔構(gòu)造和封閉的空腔構(gòu)造對(duì)體系的防火安全性能的影響程度是不同的。特別指出的是，在火災(zāi)條件下，由于體系中熱塑性保溫材料受火后的收縮、熔化甚至燃燒，可能導(dǎo)致空腔的形成或封閉空腔的貫通，對(duì)體系的阻火性產(chǎn)生不利的影響。只有保溫隔熱層與抹面砂漿整體的對(duì)火反應(yīng)性能良好，體系的構(gòu)造方式合理，才能保證建筑外保溫體系的防火安全性能滿足要求。如何使外保溫體系的整體對(duì)火反應(yīng)性能滿足要求，對(duì)

15、工程應(yīng)用才具有廣泛的實(shí)際意義。3外保溫體系的模型火試驗(yàn)3.1 外保溫體系的防火安全性能試驗(yàn)方法對(duì)建筑物進(jìn)行防火安全性能評(píng)價(jià)是以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的，試驗(yàn)方法所采用的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)能夠表征建筑物在實(shí)際火災(zāi)中的狀態(tài)。因此，選擇正確的試驗(yàn)方法，是客觀、科學(xué)地評(píng)價(jià)建筑物防火安全性能的關(guān)鍵。對(duì)于外保溫體系的防火安全性試驗(yàn)方法，歸納為以下三類：l 大比例的模型火試驗(yàn)：ü 墻角火試驗(yàn)UL1040 針對(duì)整個(gè)構(gòu)造體系ü 窗口火試驗(yàn)BS84141 針對(duì)整個(gè)構(gòu)造體系l 中比例的模型火試驗(yàn)：ü SBI試驗(yàn)EN13823 針對(duì)局部構(gòu)造或單一材料ü 燃燒豎爐試驗(yàn)GB/T8625 針對(duì)局部構(gòu)造或

16、單一材料l 小比例的模型火試驗(yàn)：ü 錐型量熱計(jì)試驗(yàn)ISO5660 針對(duì)局部構(gòu)造或單一材料ü 可燃性試驗(yàn)GB/T8626針對(duì)單一材料ü 氧指數(shù)試驗(yàn)GB/T2406針對(duì)單一材料ü 泡沫垂直燃燒GB/T8333針對(duì)單一材料外保溫體系的防火安全性能評(píng)價(jià)，可以依據(jù)小比例試驗(yàn)或大比例試驗(yàn)的結(jié)果，甚至可以通過實(shí)際火災(zāi)的結(jié)果分析或進(jìn)行完整的火災(zāi)模擬試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)小比例試驗(yàn)結(jié)果與大比例試驗(yàn)結(jié)果相矛盾時(shí)，毫無疑問，應(yīng)以大比例試驗(yàn)結(jié)果、完整的火災(zāi)模擬試驗(yàn)結(jié)果或?qū)嶋H火災(zāi)的分析結(jié)果為依據(jù)。近兩年來，我們就建筑保溫體系構(gòu)造的抗火能力試驗(yàn)方法以及相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究與驗(yàn)證工作，

17、確定了以錐型量熱計(jì)試驗(yàn)、墻角火試驗(yàn)和窗口火試驗(yàn)為基礎(chǔ)的建筑外墻外保溫體系構(gòu)造抗火能力的試驗(yàn)驗(yàn)證與評(píng)價(jià)體系。3.2 錐型量熱計(jì)試驗(yàn)錐型量熱計(jì)試驗(yàn)以量熱學(xué)耗氧原理為基礎(chǔ)，模擬材料的實(shí)際火災(zāi)狀態(tài)，同時(shí)測(cè)定材料的點(diǎn)火性能、熱釋放、煙及毒性氣體等，且整個(gè)試驗(yàn)是一個(gè)連續(xù)過程，是目前國際上研究材料對(duì)火反應(yīng)性能廣為采用的試驗(yàn)手段。從理論上講，錐型量熱計(jì)試驗(yàn)是在屋角試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，其基本原理也是采用耗氧量熱計(jì)的原理，但卻是一種小比例的科學(xué)合理的火災(zāi)模擬試驗(yàn)，從實(shí)用和普及的角度來看，可作為建筑外墻外保溫體系防火性能的常規(guī)試驗(yàn)方法。錐型量熱計(jì)試驗(yàn)裝置參見圖1。圖1 錐型量熱計(jì)試驗(yàn)原理模型示意圖對(duì)于材料而言，錐型

18、量熱計(jì)試驗(yàn)測(cè)定的是點(diǎn)火時(shí)間、熱釋放、煙及毒性氣體的產(chǎn)生。試驗(yàn)材料或產(chǎn)品在錐型量熱計(jì)試驗(yàn)中受到錐型爐穩(wěn)定的熱輻射作用后，其性能即發(fā)生物理化學(xué)變化，這取決于材料或產(chǎn)品自生的對(duì)火反應(yīng)能力。作為一個(gè)參照點(diǎn)，黑色的不燃性材料在750時(shí)所受到的輻射能量為62kW/m2，而實(shí)際火災(zāi)中材料所受到的熱輻射一般為20150 kW/m2。錐型量熱計(jì)所提供的輻射能量為0 100 kW/m2，國際上通常采用50 kW/m2，這與材料在實(shí)際火災(zāi)中的情況基本一致。3.3 墻角火試驗(yàn)以美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)UL1040:2001Fire Test of Insulated Wall Construction(墻體保溫構(gòu)造的火試

19、驗(yàn))為代表的墻角火試驗(yàn)，模擬外部火災(zāi)對(duì)建筑物的攻擊，用于檢驗(yàn)建筑外墻外保溫體系的抗火性能。其優(yōu)點(diǎn)在于模型尺寸能夠涵蓋包括防火隔斷在內(nèi)的外保溫體系構(gòu)造，可以觀測(cè)試驗(yàn)火焰沿外保溫體系的水平或垂直傳播的能力，試驗(yàn)狀態(tài)能夠充分反映外保溫體系在實(shí)際火災(zāi)中的整體抗火能力。試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵妶D2。圖2 UL1040試驗(yàn)?zāi)Ｐ蚒L1040墻角火試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀蓛擅娉芍苯堑膲w構(gòu)成，頂面采用不燃的無機(jī)板材遮蓋，墻體表面為外保溫體系，墻角處堆積木材。試驗(yàn)時(shí)，在堆積木材上方及外保溫體系的墻體表面均布溫度測(cè)點(diǎn)和大氣環(huán)境的溫度測(cè)點(diǎn)，并從不同角度對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行攝像記錄。UL1040試驗(yàn)的符合性判定條件如下：n During the te

20、st, surface burning shall not extend beyond 18 feet (5.49 m) from the intersection of the two walls.試驗(yàn)過程中，表面燃燒范圍不應(yīng)超過兩個(gè)墻體交叉線的18英尺(5.49m)n Post-test observations shall show that the combustive damage of the test materials within the assembly diminishes at increasing distance from the immediate fire ex

21、posure area. 試驗(yàn)后的觀測(cè)應(yīng)表明，組合體系內(nèi)試驗(yàn)材料的燃燒損壞程度，應(yīng)隨著至火焰暴露面距離的增加而減少。 3.4 窗口火試驗(yàn)以英國BS 84141:2002Fire performance of external cladding systemsPart 1：Test method for non-loadbearing external cladding systems applied to the face of the building外部包覆體系的抗火性能 第1部分：建筑外部的非承載包覆體系試驗(yàn)方法為代表的窗口火試驗(yàn)，描述了應(yīng)用于建筑表面并在控制條件下暴露于外部火焰的非承載

22、外部包覆體系、包覆體系之上的遮雨屏及外墻保溫體系的抗火性能評(píng)價(jià)方法?；鹧娴谋┞斗绞奖碚魍獠炕鹪椿蚴覂?nèi)完全擴(kuò)展(轟然后)火焰，從窗口縫隙處溢出對(duì)包覆體形成外部火焰的影響。BS8414-1窗口火試驗(yàn)，模擬內(nèi)部火災(zāi)對(duì)建筑物的攻擊，用于檢驗(yàn)建筑外墻外保溫體系的火焰?zhèn)鞑バ浴Ｆ鋬?yōu)點(diǎn)與墻角火試驗(yàn)相同，從實(shí)際火災(zāi)對(duì)建筑物的攻擊概率來看，更具有普遍意義。圖3所示，說明了室內(nèi)火災(zāi)從建筑物的窗口沿外墻外保溫體系向外擴(kuò)散的原理。當(dāng)外保溫體系具有阻止火焰?zhèn)鞑サ哪芰r(shí)，火災(zāi)不會(huì)擴(kuò)散。從我們已經(jīng)進(jìn)行的試驗(yàn)來看，由于窗口火試驗(yàn)對(duì)檢驗(yàn)外墻外保溫體系抗火能力的合理性，是今后我們的試驗(yàn)重點(diǎn)。目前系列試驗(yàn)正在進(jìn)行中。圖4為窗口火試驗(yàn)

23、模型。 圖3 窗口火試驗(yàn)原理示意圖 圖4 窗口火試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D4保溫砂漿的防火試驗(yàn)結(jié)果膨脹?；⒅楸厣皾{和膠粉聚苯顆粒保溫砂漿具有良好的阻火性能，作為外保溫體系的保溫隔熱層時(shí)，不存在防火安全性問題。但由于膨脹玻化微珠保溫砂漿和膠粉聚苯顆粒保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)一般可以達(dá)到0.060.07w/(m.k)，低于廣泛采用的聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡，工程實(shí)際中往往作為可燃甚至易燃的聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡的隔火層，形成復(fù)合外保溫體系。因此，需要對(duì)這類復(fù)合外保溫體系的防火安全性能進(jìn)行試驗(yàn)與評(píng)定。4.1錐型量熱計(jì)試驗(yàn)結(jié)果為了模擬復(fù)合外保溫體系的實(shí)際受火狀態(tài)，我們制作了不同類型的錐型量熱計(jì)試件。試驗(yàn)結(jié)

24、果見表2。第一種：復(fù)合外保溫體系，如圖5所示，包括平板試件和槽型試件。試件公稱尺寸為100×100×60 mm，試件的四周為10mm的耐火砂漿或水泥砂漿。芯部保溫材料分別為聚氨酯硬泡保溫板、模塑聚苯乙烯保溫板、擠塑聚苯乙烯保溫板，尺寸為80×80×40mm。第二種：膠粉聚苯顆粒外保溫體系。試件按JG1582004膠粉聚苯顆粒外墻外保溫體系的要求制作，包括開放試件和封閉試件。第三種：比對(duì)材料。采用普通水泥砂漿，試件尺寸為：100×100×35mm。圖5 復(fù)合外保溫體系試件示意圖表2 錐型量熱計(jì)試驗(yàn)結(jié)果外保溫體系種類保溫材料試件類型點(diǎn)火性

25、能熱釋放速度峰值平均值總放熱量總煙量CO總量CO2總量(kW/m2)(MJ/m2)(m2)(mg)(mg)復(fù)合聚氨酯1平板未點(diǎn)火3.41.81.050847聚氨酯2槽型未點(diǎn)火4.21.80.9641761EPS1平板未點(diǎn)火3.51.80.51181368EPS1槽型未點(diǎn)火3.81.01.1672250EPS2平板未點(diǎn)火4.11.60.051848EPS2槽型未點(diǎn)火5.01.60.150836XPS1平板未點(diǎn)火3.71.50.349830XPS1槽型未點(diǎn)火3.41.40.949834膠粉聚苯顆粒膠粉聚苯開放未點(diǎn)火10.05.30.370889膠粉聚苯封閉未點(diǎn)火8.25.00.560886比對(duì)水泥

26、砂漿均勻未點(diǎn)火3.92.40.544723從以上數(shù)據(jù)可以看出：對(duì)于復(fù)合外保溫體系，聚氨酯與聚苯乙烯兩類保溫體系的錐型量熱計(jì)試驗(yàn)結(jié)果無明顯差異，與相同狀態(tài)普通水泥砂漿的對(duì)火反應(yīng)性能是相同的，表明試驗(yàn)狀態(tài)下保溫砂漿對(duì)聚氨酯或聚苯乙烯的保護(hù)作用明顯。對(duì)于膠粉聚苯顆粒外保溫體系，由于其抗裂砂漿保護(hù)層的厚度只有4mm，低于復(fù)合外保溫體系10mm耐火抗裂砂漿的厚度，因此其熱釋放速度峰值的平均值和總放熱量相對(duì)較高。錐型量熱計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于大比例試驗(yàn)中無火焰?zhèn)鞑ツ芰Φ捏w系，在錐型量熱計(jì)試驗(yàn)中均未被點(diǎn)燃，熱釋放速率峰值不大于10kW/m2，總放熱量不大于5MJ/m2，與普通水泥砂漿的試驗(yàn)結(jié)果基本相同。4.

27、2 燃燒豎爐試驗(yàn)結(jié)果燃燒豎爐試驗(yàn)屬于中比例的模型火試驗(yàn)。為了檢驗(yàn)復(fù)合外保溫體系的保護(hù)層厚度對(duì)火焰?zhèn)鞑バ缘挠绊懗潭?，以及在受火條件下復(fù)合外保溫體系中可燃的保溫材料的狀態(tài)變化，我們進(jìn)行了燃燒豎爐試驗(yàn)。在燃燒豎爐試驗(yàn)中，試件尺寸為19×100 cm，沿試件高度中心線每隔20 cm設(shè)置一個(gè)接觸保護(hù)層的保溫層溫度測(cè)點(diǎn)，如圖6所示。試驗(yàn)過程中，施加火焰的甲烷氣的燃燒功率約21kW，火焰溫度約900，火焰加載時(shí)間為20 min，熱電偶5和熱電偶6的區(qū)域?yàn)樵嚰氖芑饏^(qū)域。圖6 燃燒豎爐試驗(yàn)溫度測(cè)點(diǎn)示意圖 膠粉聚苯顆粒保溫砂漿復(fù)合外保溫體系膠粉聚苯顆粒保溫砂漿復(fù)合外保溫體系的燃燒豎爐試驗(yàn)，保護(hù)層主要是

28、膠粉聚苯顆粒保溫砂漿，分別采用模塑聚苯乙烯、擠塑聚苯乙烯、聚氨酯作為保溫材料，試件的保護(hù)層厚度介于5 45mm的范圍內(nèi)，見表3。試驗(yàn)過程試件的最大溫度比對(duì)見圖71、圖72、圖73。試驗(yàn)后的試件狀態(tài)見圖8。表3 燃燒豎爐試驗(yàn)的試件的構(gòu)造尺寸保溫層抹面層厚度(mm)抗裂層飾面層厚度(mm)保護(hù)層厚度(mm)EPS厚度30mm0/10/20/30/4055/15/25/35/45XPS厚度30mm0/10/20/30/4055/15/25/35/45聚氨酯厚度30mm0/10/20/30/4055/15/25/35/45圖71 燃燒豎爐試驗(yàn)EPS試件最大溫度比對(duì)圖圖72 燃燒豎爐試驗(yàn)XPS試件最大溫

29、度比對(duì)圖圖73 燃燒豎爐試驗(yàn)聚氨酯試件最大溫度比對(duì)圖圖8 燃燒豎爐試驗(yàn)后的薄抹灰試件狀態(tài) 膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合外保溫體系膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合外保溫體系的燃燒豎爐試驗(yàn)，保護(hù)層主要是膨脹?；⒅楸厣皾{，采用20mm厚模塑聚苯乙烯作為保溫材料，試件的保護(hù)層厚度分別為10mm、15mm、20mm。試驗(yàn)過程試件的最大溫度比對(duì)見圖9。膨脹玻化微珠保溫砂漿的厚度為10mm時(shí)的試件測(cè)點(diǎn)溫度曲線見圖10。試驗(yàn)后的試件狀態(tài)見圖11。圖9 膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合試件燃燒豎爐試驗(yàn)最大溫度比對(duì)圖圖10 膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合試件燃燒豎爐試驗(yàn)溫度曲線 保護(hù)層10cm 保護(hù)層15cm 保護(hù)層20cm圖11 膨

30、脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合試件燃燒豎爐試驗(yàn)后的狀態(tài)燃燒豎爐試驗(yàn)的結(jié)果表明，采用膨脹?；⒅楸厣皾{和膠粉聚苯顆粒保溫砂漿作為保護(hù)層材料的復(fù)合外保溫體系中，保護(hù)層的厚度決定體系局部的對(duì)火的承受能力，當(dāng)這兩種保溫砂漿的實(shí)際使用厚度不少于10mm時(shí)，對(duì)復(fù)合外保溫體系中的保溫層的保護(hù)效果明顯，與錐型量熱計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果和大比例模型火的試驗(yàn)結(jié)果是一致的。4.3 墻角火試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)舉例1：膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板外墻外保溫體系和聚苯板薄抹灰外墻外保溫體系的墻角火比對(duì)試驗(yàn)。兩種體系均采用復(fù)合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的模塑聚苯乙烯阻燃保溫板。試驗(yàn)時(shí)在同一試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬擅鎵w上分別采用膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板外墻外保溫體系和聚苯板薄抹灰外墻

31、外保溫體系，為減少試驗(yàn)時(shí)兩墻間不同保溫體系之間的火焰干擾和熱量的傳導(dǎo)，兩試驗(yàn)墻交匯處的墻面各設(shè)置10 cm寬的巖棉保溫層。膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板外墻外保溫體系：按照DBJ/T 01502005外墻外保溫施工技術(shù)規(guī)程(復(fù)合膠粉聚苯顆粒外墻外保溫體系)中的要求制作，簡(jiǎn)稱三明治體系。聚苯板之間是10mm的膠粉聚苯顆粒保溫砂漿，整體結(jié)構(gòu)含有分倉構(gòu)造。聚苯板薄抹灰外墻外保溫體系：其中涂料飾面體系按照J(rèn)G 1492003膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫體系的外墻外保溫體系的要求制作，簡(jiǎn)稱薄抹灰體系。聚苯板與基層墻體的粘結(jié)面積為30。結(jié)果表明，薄抹灰體系，在點(diǎn)火開始后12 min時(shí)，表面的抹面層脫落，聚苯乙烯保溫

32、層全部燒毀。而采用膠粉聚苯顆粒保溫砂漿的復(fù)合外保溫體系，在點(diǎn)火開始后50 min 時(shí)仍無傳播火焰的跡象。試驗(yàn)后保溫材料的燒損狀態(tài)見圖12。根據(jù)UL1040的符合性判定條件，膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板外墻外保溫體系符合要求，未出現(xiàn)火焰蔓延現(xiàn)象，而聚苯板薄抹灰外墻外保溫體系不符合要求，體系整體燒損。圖12 墻角火試驗(yàn)中不同構(gòu)造做法外保溫體系的燒損狀態(tài)試驗(yàn)舉例2：膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合聚苯板外保溫體系的墻角火試驗(yàn)。膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合聚苯板外保溫體系的層面構(gòu)造參見圖13。構(gòu)造特點(diǎn)如下：<1> 系統(tǒng)的保溫層為900×600×65mm的阻燃型模塑聚苯乙烯(EP

33、S)保溫板，聚苯板的拼接與錨固按JG1492003膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的要求進(jìn)行，采用點(diǎn)框式粘接，粘結(jié)面積約30%，錨固釘?shù)腻^固有效深度為40mm，保溫板與基層墻體的粘接(保溫板之間相互貼實(shí))有空腔構(gòu)造，在非火災(zāi)條件下，空腔是不貫通的，系統(tǒng)無分倉構(gòu)造。<2> 保護(hù)層總厚度約25±3 mm，其中膨脹?；⒅楸胤阑鹕皾{的厚度約20mm，抗裂砂漿層的厚度約3mm，膩?zhàn)油苛巷椕鎸拥暮穸燃s2mm。<3> 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛪w的邊角部位玻璃纖維網(wǎng)格布翻包加強(qiáng)。<4> 系統(tǒng)內(nèi)部未設(shè)置防火隔離帶。圖13 膨脹玻化微珠保溫砂漿復(fù)合聚苯板外保溫體系構(gòu)造示意圖點(diǎn)火開

34、始后，數(shù)據(jù)采集與觀測(cè)約40min。試驗(yàn)過程中，火焰到達(dá)模型頂部，未發(fā)現(xiàn)墻體表面有明顯的燃燒現(xiàn)象，只發(fā)現(xiàn)圖14中的左側(cè)墻體20 ft (6.10m)高度受火部位的抗裂砂漿層有少量脫落及開裂現(xiàn)象，膨脹?；⒅楸厣皾{層無脫落及開裂現(xiàn)象，也未觀測(cè)到其它異常現(xiàn)象。試驗(yàn)后，對(duì)膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合聚苯板外墻外保溫體系保溫層的損壞程度進(jìn)行了觀測(cè)，如圖14所示，發(fā)現(xiàn)只有墻體表面受火部位的保溫層被燒損，其它部位的保溫層完好。圖14 試驗(yàn)后系統(tǒng)保溫層的燒損狀態(tài)膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合聚苯板外墻外保溫體系滿足UL1040的符合性判定條件，判定合格。4.4 窗口火試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)舉例3：膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板外墻外保

35、溫體系的窗口火試驗(yàn)。膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板外墻外保溫體系的構(gòu)造同前面所述。試驗(yàn)結(jié)果：點(diǎn)火開始后，數(shù)據(jù)采集與觀測(cè)約40min。期間，主墻和副墻受火面無脫落及燃燒現(xiàn)象，試驗(yàn)過程中墻體表面出現(xiàn)少量火焰，但未見蔓延，也未發(fā)現(xiàn)其它異?，F(xiàn)象。圖15所示為試驗(yàn)后體系中保溫材料的燒損狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明，膠粉聚苯顆粒貼砌聚苯板外墻外保溫體系未出現(xiàn)火焰蔓延的現(xiàn)象。圖15 貼砌聚苯板體系試驗(yàn)后的燒損狀態(tài)試驗(yàn)舉例4：膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合聚苯板外保溫體系的窗口火試驗(yàn)。膨脹?；⒅楸厣皾{復(fù)合聚苯板外保溫體系的構(gòu)造同前面所述，并在試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷拇翱陧敳康酌娌捎昧思s50mm的膨脹?；⒅楸厣皾{。<1> 試驗(yàn)進(jìn)

36、程與觀察現(xiàn)象點(diǎn)火開始后，數(shù)據(jù)采集與觀測(cè)約50min。期間，主墻和副墻受火部位的抗裂砂漿層有少量脫落及開裂現(xiàn)象，膨脹?；⒅楸厣皾{層無脫落及開裂現(xiàn)象，也未發(fā)現(xiàn)其它異常現(xiàn)象。<2> 測(cè)點(diǎn)溫度曲線火焰溫度測(cè)點(diǎn)位于燃燒室出口的頂部及燃燒室內(nèi)的頂部，見圖161、圖162。從中可以看出，火焰溫度低于1000。圖161 燃燒室內(nèi)頂部火焰溫度曲線圖162 燃燒室出口的頂部火焰溫度曲線墻體水平線1和水平線2的測(cè)點(diǎn)溫度曲線見圖163 圖168。從圖164可以看出，盡管水平線1墻體表面在火焰的作用下處于高溫狀態(tài)，但膨脹?；⒅楸厣皾{層內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的溫度均低于200。從圖167可以看出，盡管水平線2墻體表

37、面在火焰的作用下處于高溫狀態(tài)，但膨脹?；⒅楸厣皾{層內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的溫度均低于150。從圖165和圖168可以看出，由于膨脹?；⒅楸厣皾{層良好的隔火作用，水平線1和水平線2的保溫層內(nèi)的測(cè)點(diǎn)溫度均低于100。從試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛪w各層次的溫度曲線可以看出，膨脹?；⒅楸厣皾{層具有良好的隔火作用，膨脹玻化微珠保溫砂漿復(fù)合聚苯板外墻外保溫體系具有良好的抗火性能。圖163 Level1外部熱電偶測(cè)點(diǎn)溫度曲線圖164 Level1保護(hù)層熱電偶測(cè)點(diǎn)溫度曲線圖165 Level1保溫層熱電偶測(cè)點(diǎn)溫度曲線圖166 Level2外部熱電偶測(cè)點(diǎn)溫度曲線圖167 Level2保護(hù)層熱電偶測(cè)點(diǎn)溫度曲線圖168 Level2

38、保溫層熱電偶測(cè)點(diǎn)溫度曲線<3> 試驗(yàn)后的觀測(cè) 圖17 試驗(yàn)后體系表面的狀態(tài) 圖18 試驗(yàn)后的保溫層狀態(tài)試驗(yàn)后，對(duì)膨脹玻化微珠保溫砂漿復(fù)合聚苯板外墻外保溫體系保溫層的損壞程度進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)受火部位的聚苯乙烯保溫層只出現(xiàn)了收縮或部分熔化狀態(tài)。見圖17“試驗(yàn)后體系表面的狀態(tài)”和圖18“試驗(yàn)后的保溫層狀態(tài)”。<4> 試驗(yàn)結(jié)論膨脹玻化微珠保溫砂漿的隔火性能良好。膨脹玻化微珠保溫砂漿復(fù)合聚苯板外墻外保溫體系的抗火性能良好，試驗(yàn)狀態(tài)下，無火焰?zhèn)鞑バ浴?保溫砂漿的防火特性分析與探討外墻外保溫體系是否具有防火安全性，要看整個(gè)體系的點(diǎn)火性和火焰?zhèn)鞑バ?。膠粉聚苯顆粒保溫砂漿和膨脹?；⒅楸厣皾{以其自身良好的防火特性，保障了復(fù)合外保溫體系的防火安全。5.1 錐型量熱計(jì)試驗(yàn)結(jié)果表明，在正常的應(yīng)用條件下，復(fù)合外保溫體系中的膠粉聚苯顆粒保溫砂漿和膨脹玻化微珠保溫砂漿保護(hù)層具有良好的受火穩(wěn)定性，復(fù)合外保溫體系