建筑外墙外保温材料的燃烧安全性能分析及建议论文
高层建筑节能的要求使外墙外保温材料的使用越来越广泛，但由于此类材料在堆放量、自身可燃性及施工管理等方面的疏忽，近年来已引发了多起火灾事故，如上海市静安区住宅公寓外保温材料着火而引发立体建筑燃烧、北京央视新址附属文化中心工地由于燃放烟花引燃外墙外保温材料；沈阳皇朝万鑫大厦由于烟花引燃 11 层外阳台的塑料草坪，导致引燃铝塑板结合处可燃胶条、泡沫棒、挤塑板等[1],给人民财产和生命安全带来了一定程度的损失和影响，为此加强对建筑外墙外保温材料的防火措施非常必要。
本文通过对国内外建筑外墙外保温防火技术法规和标准的调研，对目前广泛使用的外墙外保温材料燃烧性能进行分析，结合在火的作用下材料燃烧蔓延、扩散风险发生的可能性及危害进行了研究，并对提升建筑外保温工程的燃烧安全性能提出了建议。
1 国外建筑外墙外保温防火技术法规和标准。
1.1 欧盟。
欧盟对于建筑外墙保温采用技术标准（ETA）的监管手段，2000 年颁布了技术批准导则（ETAG004）《薄抹灰建筑外墙保温系统》，2008 年进行了修订。该导则在防火方面的规定主要有 2 条：
（1）保温材料的燃烧性能按（EN 13501-1:2002）《建筑制品和构件的火灾分级第一部分： 用对火反应试验数据的分级》进行测试分级。
（2）欧盟对外墙保温外部火焰传播的火灾检测还没有统一的标准，此检测应根据各成员国相关要求进行。
1.2 英国。
英国涉及建筑外墙保温防火要求的技术法规是《建筑法规》[2].该法规规定外墙不能提供火焰传播的途径，针对学校、住宅、商业建筑等，考虑建筑物高度和间距等影响因素，对 18 m 以上的建筑物的外部火焰传播做出了明确规定，主要内容包括材料燃烧性能、防火隔断等，且外墙外保温材料燃烧性能不得低于 A2 级。
2002 年，英国颁布了（BS 8414）《外维护结构系统的防火性能：建筑外墙用非承重外围护结构系统的试验方法》。它规定了砖墙、框架外墙保温的外部火焰传播火灾检测方法，通过大尺寸构件的窗口火测试方法来判定火焰传播性能。
1.3 美国。
美国在材料构件防火性能等方面的标准主要有（ASTM E119）《建筑构件及材料的防火性能标准测试方法》，基本与 ISO 国际标准、欧盟等国际标准相同。（ASTM E84）《建筑材料表面燃烧特性标准测试方法》是有关建筑材料表面燃烧的隧道测试方法。UL、FM 2 个保险商实验室都有涉及外墙外保温火灾检测、屋面有机保温材料防火的相关标准。
（NFPA 259）《建筑材料潜热标准测试方法》、（NFPA285）《对于含有可燃成分的外部非承重墙组件火焰传播特性的评价标准测试方法》均涉及了建材和构件的'防火测试。（UL 1040）《保温墙体结构防火测试》、（FM 4880）《1 级防火保温墙、屋顶天花板、内部抹面材料或涂料、外墙系统认证标准》是大尺寸构件火灾检测方法标准，研究火焰的传播特性，类似于（BS 8414）《外维护结构系统的防火性能：建筑外墙用非承重外围护结构系统的试验方法》，其方法是用多层阴角的构件来模拟保温覆面时的火灾情形。
美国纽约州的《建筑指令》（《BUILDING CODEOF NEW YORK》）[3]中明确规定，可燃的外墙保温和隔声材料与外侧覆面材料（含密封材料）火焰传播比率不超过 25、烟传播比率不超过 50.燃烧时分解物毒性不能强于在同等条件下纸和木材燃烧时产生的分解物。建筑外墙外保温材料在火灾过程中会出现大面积的火焰传播，从而导致火灾范围的扩大，同时释放出大量的热，对周边物体产生热辐射作用。
EPS、XPS 等有机产品燃烧还会产生大量燃烧滴落物，直接引燃其他可燃物体，使得火灾程度加剧。在燃烧过程中伴随产生的大量有毒有害气体，也给逃生和救援带来极大困难。因此建筑外保温材料在有燃烧源产生时最需防范的是火焰传播、蔓延产生的不可控建筑立体迅速的燃烧。从国外标准和技术法规的制定中除了对涉及外墙外保温的建筑大尺寸构件进行火灾检测和火焰传播特性检测、英国和欧盟标准对材料的燃烧等级有所规定外，对产烟量和滴落物也均有限定。随着中国经济的崛起，城市建筑高度和密度已位于世界前列，做好对建筑外墙外保温的燃烧风险防范工作迫在眉睫。
2 我国建筑外墙外保温材料行业现状和防火技术要求。
2.1 建筑外墙外保温材料行业现状。
建筑外墙外保温材料种类繁多，有机类保温材料：模塑板、挤塑板、酚醛和聚氨酯等；无机类保温材料：岩棉、玻璃棉、泡沫玻璃、发泡水泥板等。各种材料的理化特性、保温性能、施工性能、燃烧性能、生产能耗和生产成本等各有千秋。随着我国住宅建设节能工作的不断深入以及节能标准的不断提高，也开发了许多新型的节能材料，并在住宅建筑中大力推广使用。其中应用于外墙外保温的改性聚异氰脲酸脂、改性聚苯板等也有一定的使用。
经过一段时间的有机外墙外保温材料“休克”使用期后，新版国家标准（GB 50016-2014）《建筑设计防火规范》已批准发布，并已于 2015 年 5 月 1 日起实施。其中“6.7 建筑保温和外墙装饰”首次对不同类型、不同高度建筑外墙外保温材料的燃烧性能提出了明确、严格的要求。随着新标准的实施要求，EPS 板、XPS 板等只有达到 B1、B2级才可在外墙外保温工程中应用，由此，对材性的应用及质量控制尤为重要。
2.2 建筑外墙外保温材料防火技术要求我国建筑材料燃烧性能分级标准为国家标准（GB 8624）《建筑材料及其制品燃烧性能分级》。它采用了（EN 13501-1）《建筑制品和构件的火灾分级 第一部分：用对火反应试验数据的分级》，包括了产烟特性、滴落物附加分级方法以及材料产烟毒性，并在此基础上增加了特殊用途材料的分级方法，其测试方法和材料燃烧性能要求见表 1.
国家标准（GB 8624）《建筑材料及其制品燃烧性能分级》作为燃烧性能分级标准在很多的相关产品标准中得到引用，但由于外墙外保温材料发展迅猛，大家对材料的物理和节能特性的关注更多，对燃烧性能的等级也较为重视，对国家标准中的燃烧性能附加分级和产品特性的结合却缺乏深入研究，导致目前所有引用的产品标准中燃烧性能均没有考虑产烟特性和滴落限定，以致在工程应用验收时也忽略了这些附加分级的技术要求。
3 建筑外墙外保温材料燃烧安全性能分析。
3.1 EPS 聚苯板。
EPS 聚苯板由可发性聚乙烯珠粒经加热预发泡后在模具中加热成型，制成具有闭孔结构的聚苯乙烯泡沫塑料板材。它既可制成不同密度、不同形状的泡沫制品，又可加工出各种不同厚度的泡沫板材。产品因其价格较廉、施工方便而应用广泛。
选择 2 批次 EPS 聚苯板为热塑性材料，在不太高的温度下燃烧，就会发生收缩、融化和滴落；在较高温度下会发生快速滴落。 SBI 中单体燃烧试验点火器火焰温度为 30 kW,仅模拟墙角垃圾桶燃烧的火焰大小，试验过程中前 600 s 聚苯板的滴落物未超出燃烧器范围，说明前 600 s 无燃烧滴落物 /颗粒，但当 SBI 单体燃烧试验点火器火焰温度达900 kW 时，燃烧滴落物范围增大，快速燃烧并引燃旁边的刨花（见图 1）。
SBI 单体燃烧试验仅以试验前 600 s 滴落物是否燃烧作为判定，但当试验进行到 600 s 后，由于温度升高等原因，滴落物发生了二次燃烧（见图 2）。
从图 2 可以看出，第一个峰值出现是聚苯板燃烧过程的热释放情况，第二个峰值出现是垂直样品受火区域已经完全滴落情况，正是由于滴落物燃烧引起了放热加剧。
从试验现象可以得出：EPS 聚苯板这类热塑性材料，遇火融化收缩、滴落流淌，非常容易被引燃发生二次燃烧，且二次燃烧火焰持续时间长，燃烧流淌物容易引燃附近可燃、易燃物品，易增大火灾的蔓延性和引燃范围。
3.2 XPS 挤塑板。
XPS 挤塑板是以聚苯乙烯树脂为原料加上其他的原辅料和聚合物，通过加热混合并同时注入催化剂，挤塑压成型而制造成的硬质泡沫塑料板。常用于建筑物屋面、钢结构屋面和建筑物墙体保温层。
XPS 挤塑板与 EPS 聚苯板相似，在燃烧情况下也会产生滴落物，发生二次燃烧。图 3 为 B2 级 XPS挤塑板滴落物无需加大火焰，在远离燃烧器的位置自发剧烈燃烧。试验结束后关闭燃烧器，滴落物仍持续燃烧直至燃烧殆尽。
从试验现象可见，XPS 挤塑板这类热塑性材料，遇火也会融化收缩、滴落流淌，非常容易被引燃发生二次燃烧，且二次燃烧的火焰持续时间长，燃烧流淌物容易引燃附近可燃、易燃物品，增大火灾的蔓延性和引燃范围，具有潜在风险。
3.3 建筑外墙外保温材料燃烧安全性能分析。
通过上述试验分析比较可以看出：
（1）在外墙外保温材料中，EPS 聚苯板和 XPS挤塑板这类热塑性材料，遇火融化收缩、滴落流淌，非常容易被引燃发生二次燃烧；二次燃烧的火焰持续时间长，燃烧流淌物容易引燃附近可燃、易燃物品，增大火灾的蔓延性和引燃范围。
（2）火灾事故的发生与火源、易燃物和蔓延性相关，当材料遇火源燃烧，若为易燃材料时燃烧迅速，但也只是自身的燃烧；当材料燃烧后容易引燃其他材料或物体，迅速造成蔓延和扩散的情况，则将造成大范围火灾，后果严重。EPS、XPS 材料燃烧后的滴落物二次燃烧易使火灾事故范围扩大、滴落物聚集、燃烧持续时间更长、破坏性更大。特别是室外火灾中，着火点燃烧向上传播，燃烧滴落物引起下部空间燃烧，致使火灾范围双向扩大，与工程现场的其他可燃物一起燃烧，继而形成建筑的立体燃烧，损失更大。
4 建筑外墙外保温材料应用及燃烧安全性能的探讨。
（1）“11.15”静安住宅楼火灾后，相关文件规定：
对建筑外墙外保温一律使用燃烧性能 A 级材料，但A 级外墙外保温材料中生产过程自身高能耗、污染环境、资源紧张等问题也困扰着整个行业。随着（GB 50016-2014）《建筑设计防火规范》标准的实施，经过一段时间的有机外保温材料“休克”使用期后，达到燃烧性能 B1和 B2级的有机外保温材料均将允许在工程中使用，但要防止“一管就死，一放就乱”的状况。应对涉及有燃烧滴落物的产品标准或技术修订规范，建议完善对燃烧性能附加滴落分级的要求。
（2）掌握建筑材料的燃烧性能固然重要，但更重要的是如何防止火焰在建筑物内外、建筑物之间快速蔓延，因此对建筑外墙防范火焰传播的技术要求须及时补充完善。现在国家行业标准（GB/T29416-2012）《建筑外墙外保温系统防火试验方法》通过窗口火试验对外保温系统构件的火焰蔓延进行评价，虽对构件防火性能的评价起到了作用，但该试验规模较大，试验周期较长，反映的是整体保温构件的防火性能，对材料的火焰蔓延性能评价较为缺乏。我国应适时引入（ASTM E84）《建筑材料表面燃烧的隧道测试方法》，进行外墙外保温材料的抗火焰蔓延性试验。该方法有别于测试一些抗火焰蔓延性能差的、有燃烧滴落物的外墙外保温材料，能体现材料的改进和性能。
（3）由于 EPS 板生产后有可燃气体的释放周期，在生产企业和工程的堆放场地等集中堆放时，其火灾风险也很高。因此建议：
① 在建筑外保温工程中慎用遇火熔融滴落物燃烧现象严重的 EPS 聚苯板、XPS 挤塑板产品。
② 在生产、运输、存储、使用 EPS 聚苯板和XPS 挤塑板等有机外保温材料的过程中，注意必要的保护和区域的分隔，尽量远离火源，减少火灾发生的风险。
（4）生产企业应积极开展材料的改性探索研究，降低外墙外保温材料烟气毒性和燃烧滴落物的危害。（图表略）
参考文献：
[1] 陆津龙，姚玉梅。建筑外墙保温工程火灾频发的反思[J].上海城市发展，2011（5）：29-31.
[2] 沈丽华，姚玉梅，何一鸣。建筑外墙有机保温材料防火性能技术改进措施探索[J].上海化工，2012（10）：20-23.
[3] Building Code of the City of New York. Plus Reference Stan-dards and Selected Rules and Regulations of the Departmentof Buildings[S].
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