建筑外墙外保温系统防火性能试验

　　建筑外墙保温是建筑节能的重要内容之一，其核心是保温材料。不同类型材料的导热系数差异较大，导热系数越小，其保温隔热性能越好，一般来说，有机保温材料热工性能要优于一般无机保温材料。
　　与世界各国一样，目前我国保温材料大多采用有机高分子发泡保温材料，如模塑聚苯板（EPS）、挤塑聚苯板（XPS），硬质发泡聚氨酯等，虽然相应的产品标准都对其阻燃性能提出了要求，但限于目前应用的技术水平和技术条件，其本质上仍属可燃材料，材料自身的阻燃性能指标尚不能完全满足建筑防火安全的要求。
　　“外墙外保温系统”是指依附于建筑外墙上、位于建筑主体结构外墙外侧的系统，对建筑起保温作用。外墙外保温系统又可采用粘贴、喷涂、浇注和机械锚固等多种施工方法，但保温材料是直接附着在基层墙体上的，外部的装饰材料可以是涂料、面砖、石材、金属板材等，也可以做成带龙骨的幕墙保温系统。系统都是有基层墙体作为支撑的，没有基层墙体的全幕墙系统暂未列入研究内容。根据国外的先进经验，针对不同类型的外墙外保温系统采取科学适度的防火构造措施（例如设置防火隔离带、加厚防火保护层）可以满足建筑成品整体构造防火安全的要求，确保建筑物在火灾发生时火情不会蔓延。
　　因此，完善外保温系统的整体构造应作为提高我国建筑外墙外保温系统防火安全性能的重要途径。
　　防火评价试验先行
　　对外保温系统进行防火安全性能评价是以试验为基础的，采用的试验模型应能够表征系统在实际火灾中的状态，试验结果应客观地反映外保温系统的防火安全性能。只有选择正确的试验方法，才能客观、科学地评价外保温系统防火安全性能。
　　从试样尺度划分试验方法的类别，包括小尺寸试件试验、中尺寸试件试验和大尺寸模型火试验。小尺寸试验主要是对保温材料的燃烧性能进行检验；中尺寸试验可以对保温材料的燃烧性能进行检验，也可以针对具有某种构造的外保温系统进行检验，但所涵盖的系统构造往往十分有限；大尺寸试验可以对整个外保温系统的所有构造进行检验。
　　对于外保温系统整体构造的防火安全性能或火焰传播性，主要采用大尺寸模型火试验进行检验。目前在我国有试验基础的大尺寸试验方法有两个：一是美国的UL1040：2000标准，目前国内通称为“墙角火试验”；二是英国的BS8414-1：2002标准，目前国内通称为“窗口火试验”，也是国际上采用的针对外保温系统的防火试验方法。
　　墙角火试验以美国的UL1040为代表。试验时火源位于试验模型的墙角，试验模型和试验结果更适用于内保温。窗口火试验以英国的BS8414为代表，试验时火源位于试验模型底部模拟窗口的燃烧室内，试验模型和试验结果更适用于外保温。
　　为了将BS8414-1：2002标准转化为适合我国外墙外保温系统应用的试验和评价方法，2008年，中国建筑科学研究院建筑防火研究所申请了住房和城乡建设部建工行业标准《建筑外墙外保温系统防火试验方法》的编制任务。
　　经过几十次大比例窗口火的试验研究，确立了非等效采用英国BS8414-1：2002的编制原则，目前已进入报批阶段。在《建筑外墙外保温系统防火试验方法》规定的窗口火试验中，试验模型模拟垂直的建筑面由主墙和与之垂直的副墙构成。外保温系统安装在建筑面上。试验模型底部燃烧室的开口模拟实际建筑中楼层的窗口或洞口，点燃的木材或燃气的火焰从窗口溢出，模拟房间内发生轰燃后的火焰从窗口或洞口溢出时对外保温系统的攻击，检验外保温系统的受损程度，并对其火焰传播性进行判定。试验用火源采用约400kg的木材，30分钟内释放的总热量约为4500MJ，热释放速率峰值约为(3±0.5)MW，比正常使用条件下建筑内可燃烧物的量要大很多，试验条件非常苛刻。
　　从实际火灾对建筑物的攻击概率来看，中国建筑科学研究院建筑防火研究所与相关科研团队一起，选择了窗口火试验这一具有普遍意义的方法。从2006年3月开始至2011年11月，研究团队针对不同构造的外墙外保温系统，先后进行了56次外保温系统的大尺寸模型火试验，其中，墙角火试验10次，窗口火试验46次。
　　试验结果
　　1.EPS外墙外保温系统
　　（1）对于采取岩棉防火隔离带的EPS薄抹灰系统，试验后判定系统火焰传播性较低，20cm的岩棉防火隔离带有效地阻止了火焰垂直向上的蔓延作用，特别是试验的EPS板的厚度达到20cm，具有足够的可燃物质。因此可以分析得出，在窗口火试验条件下，系统中设置20cm的岩棉防火隔离带足以起到抑制火焰蔓延的作用。
　　（2）对于采取了岩棉挡火梁的EPS薄抹灰系统，试验后判定系统火焰传播性较低，可见岩棉挡火梁也具有一定的阻止火焰垂直向上蔓延的作用。
　　（3）对于采用聚氨酯复合构造作为防火隔离带的EPS薄抹灰系统，试验后判定系统火焰传播性较低，30cm的聚氨酯复合构造防火隔离带有效地阻止了火焰垂直向上的蔓延作用，将火焰传播范围限制在第一条防火隔离带以下，作用比较突出。但如果系统自身的质量存在较大问题时，防火隔离带的阻火作用有限。如试验10表现为具有火焰传播性，原因与施工质量有关。在试验10进行至点火开始后17分20秒时，抹面胶浆中的玻璃纤维网格布发生了斜向断裂。点火开始后17分55秒时，悬空的面层自边缘上部开始被点燃，11秒后发生轰燃。因此可以认为，防火隔离带的阻火作用是相对的，它有效阻止火焰传播的前提应是EPS薄抹灰外保温系统的质量满足相关标准的要求。
　　（4）对于酚醛保温复合板防火隔离带EPS薄抹灰系统，试验后判定系统火焰传播性较低，30cm的酚醛防火复合板隔离带有效地阻止了火焰垂直向上的蔓延作用；对于泡沫水泥挑沿复合岩棉防火隔离带的EPS薄抹灰系统，试验后判定系统火焰传播性较低，进一步证明了岩棉防火隔离带的阻火作用；对于胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板薄抹灰外墙外保温系统，试验后判定系统火焰传播性较低。
　　（5）对于对EPS采用厚保护层的保护方式，包括胶粉聚苯颗粒保温浆料、膨胀玻化微珠保温防火砂浆、钢丝网瓷砖饰面，以及玻纤网瓷砖饰面等试验。结果表明，已经做过试验的厚保护层系统，在试验状态下火焰传播性较低。
　　2.硬泡聚氨酯外墙外保温系统
　　（1）对于没有采取任何构造措施的硬泡聚氨酯薄抹灰系统，试验后判定系统火焰传播性较低。
　　可以认为，在窗口火试验条件下，硬泡聚氨酯薄抹灰系统火灾风险较小，可以不必设置防火隔离带。
　　（2）对于采用厚保护层的硬泡聚氨酯系统，共进行了5次试验：包括喷涂聚氨酯硬泡外墙外保温系统、高强耐火植物纤维复合保温板现场浇注发泡聚氨酯外墙外保温系统、喷涂聚氨酯硬泡加岩棉带封堵空腔幕墙保温系统、8cm硬泡聚氨酯板材-2cm膨胀珍珠岩砂浆抹面等。在5次试验中，系统火焰传播性均较低，表现出良好的对火反应性能。可以认为，硬泡聚氨酯采用厚保护层时火灾风险较小。
　　3.XPS外墙外保温系统
　　XPS外墙外保温系统共进行3次试验：包括挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统-岩棉板防火隔离带、胶粉聚苯颗粒贴砌XPS板抹面系统、挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统（本试验采用B1级挤塑聚苯板）。
　　其中，采用岩棉防火隔离带的系统，火焰传播性较低；采用胶粉聚苯颗粒厚保护层的系统，火焰传播性较低。
　　分析认为，使用B1级XPS板又不设置防火隔离带时，保证系统具有足够的防火安全性能具有一定难度。
　　4.酚醛-铝单板幕墙系统
　　对于酚醛-铝单板幕墙系统共进行2次试验，试验27和试验29。
　　试验27采用酚醛薄抹灰复合铝单板幕墙系统，7cm的酚醛保温板，点框粘的粘结方式（粘结面积≥40%），系统内部未采取其它的防火构造方式，在试验状态下破坏较为严重，具有一定的火焰传播性。试验29采用贴砌法粘贴酚醛保温板的施工方式，满粘（粘结面积100%），在保温板内部进行分仓、表面抹1cm胶粉聚苯颗粒，并在幕墙龙骨处用胶粉聚苯颗粒进行封堵，在试验状态表现出了很好的防火安全性能，火焰传播性较低。
　　试验结论与建议
　　课题组综合试验结果及对各种外保温材料系统类型的防火性能分析，初步得出以下结论：
　　1.外保温系统的防火性能
　　（1）B2级的EPS板-薄抹灰系统具有一定的抗火能力。在系统中设置防火隔离带（也可设置挡火梁）后，可以使系统整体的防火安全性能进一步提高，传播火焰的风险降低。
　　（2）20cm的岩棉防火隔离带可以满足防火隔离的需要，具有足够的阻火能力。
　　（3）B2级的硬泡聚氨酯板薄抹灰系统火焰传播性较低，可不设置防火隔离带。
　　（4）采用厚保护层的外墙外保温系统火焰传播性较低，在系统内可不设置防火隔离带。
　　（5）外保温系统中，保温层外部如存在空腔，必须进行有效的封堵以减小火灾蔓延的风险。
　　2.施工质量对外保温系统防火性能的影响
　　外保温系统防护层的施工质量对于系统的防火性能至关重要。
　　2008年10月21日进行的膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统-聚氨酯硬泡保温板防火隔离带试验和2009年3月18日进行的膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统-挑沿试验，在试验过程中都出现了防护面层瞬间大面积掀开的现象，导致系统内部保温材料外露在空气中，进而产生急剧的燃烧，增加了系统火焰传播的风险。
　　因此，施工过程中必须严格按照相关标准进行施工操作，避免增强网干搭接。施工最好遵循自上而下或自下而上的顺序方式，以保证外保温系统内的连接部位不存在大的缝隙，从而减少在火灾条件下产生破坏的风险。
　　3.对保温材料的基本要求
　　应用于外墙外保温的保温材料的燃烧性能不应低于B2级，并严格按照相关材料的产品标准要求进行现场见证取样检验。对于硬泡聚氨酯，燃烧性能要求B2级加氧指数≥26%；对于EPS，燃烧性能要求B2级加氧指数≥30%；对于XPS，燃烧性能要求为B2级。
　　在现有的生产技术水平能够达到的条件下，建议对XPS增加氧指数的要求，以控制材料的燃烧性能，其技术指标可规定为：氧指数≥26%。
　　在设计和施工时采取有效的防火构造措施，通过大比例窗口火试验检验构造措施的有效性，并结合对保温材料燃烧性能等级不得低于B2级和对材料氧指数的限制，来保证建筑围护结构的防火安全，是一条简便易行的新途径，在我国具有广泛的应用研究前景。
　　4.防火试验的意义
　　外墙外保温系统的墙角火试验和窗口火试验，尤其是窗口火试验可以同时模拟建筑室内、外火灾对建筑物的攻击，模型尺寸能够涵盖包括防火隔断在内的所有系统构造，试验状态能够充分反应外墙外保温系统在实际火灾中的抗火能力，能够用于评价外墙外保温系统整体的引燃性和传播性。从实际火灾对建筑物的攻击概率来看，窗口火试验更具有普遍意义，窗口火试验应该成为今后的研究重点。
　　行业标准《建筑外墙外保温系统防火试验方法》将英国标准BS8414-1:2002转换成了适应我国国情的、更具操作性的外墙外保温系统防火试验方法，是我国编制的第一部用于外墙外保温系统的大型防火试验方法标准，将为我国外墙外保温系统的防火安全性能评价提供科学统一的试验方法，对研究提高我国外保温系统的防火性能、推动外保温系统的技术进步、引导外保温行业健康发展都具有积极的作用。