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花海東:建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火之道

來源:中國保溫網(wǎng)作者:臥牛山總工程師花海東 2015-06-25 閱讀:14342
  

       2015年5月29日下午,張家口西壩崗“紫金苑”在建樓盤外墻外保溫著火,14人重傷。火災不久前,2015年5月26日,河南省魯山縣的康樂園老年公寓發(fā)生火災,造成38人死亡。在新的國家規(guī)范《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014)實施不到一個月的時間里,發(fā)生了兩起重大火災,再次把建筑保溫材料的燃燒性能推到風頭浪尖。

       自2008年央視大火和上海膠州教師公寓大火以來,從“46號”文、“65號”文,到“350號令”,和經(jīng)歷多年磨難出臺《建筑防火設(shè)計規(guī)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(xiàn)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(yè)以及建筑保溫從業(yè)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(fā)生。保溫行業(yè)混亂呈現(xiàn)不健康發(fā)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”?

什么是燃燒
 
       燃燒是自然界十分普遍的一種化學現(xiàn)象,是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)。燃燒過程通常伴有火焰、發(fā)光或發(fā)煙現(xiàn)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(fā)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(shù)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(xiàn)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(xiàn)鋼材的防火。

       由此可見,阻燃和防火兩者并不是一回事。

       三、構(gòu)造防火——從微觀、中觀、宏觀構(gòu)造出發(fā)改善保溫系統(tǒng)防火性

       阻燃劑在燃燒過程通過發(fā)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(chǎn)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(yīng)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(jīng)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(zhì),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?;饎菰絹碓酱螅鸩窖葑兂纱蠡?。

       熱固性改性EPS是采用防火物質(zhì)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??臻g里,體積約是原來的1/50,被包裹它的防火物質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)束了燃燒反應(yīng)。這是一個典型的從微觀結(jié)構(gòu)層面上的防火構(gòu)造。

       從微觀上看,絕大多數(shù)可燃物質(zhì)的燃燒并不是物質(zhì)本身在燃燒,而是物質(zhì)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(xù)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(tǒng)占外墻保溫系統(tǒng)的5%,已具有十幾年的工程應(yīng)用經(jīng)驗,從百度的搜索結(jié)果來看,幾乎沒有發(fā)生火災的報道。說明復合板的防火構(gòu)造是有效的。這是一個典型的中觀防火構(gòu)造的成功案例。

 
 
       中華人民共和國新的《建筑防火設(shè)計規(guī)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(xù)。當然在外部火源相對比較大時,需要覆蓋層有足夠的穩(wěn)定性才能持續(xù)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(gòu)造。

       四、防火——從施工管理出發(fā)減少燃燒可能

       除了從構(gòu)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(huán)節(jié),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(shù)規(guī)程》(DB11/729-2010)為例,除了規(guī)定保溫材料的燃燒性能外,它著重強調(diào)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(yè)以及其他省市并沒有規(guī)?;Х卤本┦校瞥鱿鄳?yīng)的管理規(guī)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(shè)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(nèi),可以極大降低火災風險,即使一旦發(fā)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(tǒng)的防火性能并不是完全合理的,現(xiàn)實的工程實踐和市場反應(yīng)也走入了死胡同。建筑防火應(yīng)該從燃燒的基本原理出發(fā),對材料、構(gòu)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(jié)合現(xiàn)實的經(jīng)濟、技術(shù)和社會發(fā)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(shù)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(tǒng)防火性出發(fā)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(yīng),實驗結(jié)果并不能完全表明真實火災中的行為。因為在所規(guī)定的試驗條件下,很多環(huán)境因素(通風、熱效應(yīng)、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(tǒng)的耐火性是有影響的,但在某些情況下,系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)對一定火源的耐火性。

       《建筑外墻外保溫系統(tǒng)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(lǐng)域內(nèi)最大型的系統(tǒng)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(xiàn)象判定試樣的防火性能。如果出現(xiàn)9個現(xiàn)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(tǒng)工程,不能用單一保溫材料的燃燒性能分級判定系統(tǒng)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(tǒng)在外部火源的反應(yīng)。

       遺憾的是,絕大多數(shù)有多年保溫行業(yè)從業(yè)經(jīng)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(tǒng)防火性能上去。

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