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建筑保温业应从系统防火性出发评价保温防火

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建筑保温业应从系统防火性出发评价保温防火

发布日期:2016-08-04 作者: 点击:

中国建材网】从经历多年磨难出台《建筑防火设计规范》,我们对外墙保温火灾的讨论大多局限于保温材料的燃烧分级。近年来出现了各种各样的新材料,取名也是五花八:阻燃板、防火板、A级板、真金板等等,让人眼花缭乱,但是由于建筑行业以及建筑保温从业者对材料燃烧的基本知识的缺乏,并没有根本上减少火宅的发生。保温行业混乱呈现不健康发展。

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什么是燃烧?
  要想研究如何防止建筑外墙外保温火灾事故,首先要知道什么是“燃烧”?
  燃烧是自然界十分普遍的一种化学现象,是指可燃物与氧化剂作用发生的放热反应。燃烧过程通常伴有火焰、发光或发烟现象。
  可燃物、助燃物和火源通常被称为燃烧的三要素。但是,要使燃烧发生还必须满足其他一些条件,如可燃物和助燃物有一定的数量和浓度,火源要有一定的温度和足够的热量等。
  由此可见,要杜绝“燃烧”,只要隔绝燃烧三要素中的其中任何一个即可。例如最常见的用水扑灭火焰,即隔绝燃烧物与氧气。
  因此,简单来说,用难燃或不燃的涂料将可燃物表面(保温材料)封闭起来,避免可燃物直接与空气的接触,也可以使其呈现出难燃或不燃的特征。
  阻燃和防火并非一回事
  对于材料本身,人们一直试图提高材料的阻燃性能,进而减少火灾风险的可能性。
  材料的阻燃是指可燃物体通过特殊方法处理后,物体本身具有防止、减缓或终止燃烧的性能。物体的防火则是通过某种方法,使可燃物体在受到火焰侵袭时不会快速升温而遭到破坏。
  可见,阻燃的对象是材料本身。而防火的对象是其他需要被保护的物体,如通过在钢材表面涂覆一层难燃涂层从而实现钢材的防火。
  由此可见,阻燃和防火两者并不是一回事。
  构造防火——从微观、中观、宏观构造出发改善保温系统防火性
  阻燃剂在燃烧过程通过发挥下列作用而使物体达到阻燃:
  (1)捕捉自由基;
  (2)吸收热量;
  (3)覆盖作用;
  (4)稀释作用;
  (5)脱水碳化作用。
  溴系阻燃剂是目前世界上产量最大的阻燃剂之一,主要作用机理是在火灾初期较低温度下迅速分解,然后快速捕捉燃烧反应中的自由基H+和HO-,因而具有较高的阻燃效率。
  聚乙烯泡沫塑料一般添加溴类阻燃剂,这类阻燃剂分解温度在200度左右,泡沫板在最初的火源作用下,由于阻燃剂的作用可能无法燃烧(也有可能燃烧),但是熔化生成的油状物后,其中的阻燃剂已经消耗殆尽,不具有阻燃性能。
  聚苯乙烯的燃烧热为40.18kJ/g,属于燃烧热比较高的物质,火焰温度高达2210度,温度和热量不断把火焰周围的聚苯乙烯加工成燃料,随着燃烧范围的不断扩大,很多杂物都有可能成为芯。火势越来越大,逐步演变成大火。
  热固性改性EPS是采用防火物质包裹单颗EPS颗粒,并成型为块状板材。热固性改性EPS在受到外部火源攻击后,首先EPS颗粒也会熔化甚至燃烧,但是每个颗粒熔化在自己的颗粒空间里,体积约是原来的1/50,被包裹它的防火物质吸收,不会形成大量的油状物,也就无法引起火焰的传播。更重要的是,产生的蜂窝状的无机物不但可以阻止火焰和热量传播,还阻止空气和相邻泡沫的接触,外部有限火源影响到一定的深度后,由于没有足够的温度和氧气,燃烧无法进一步进行下去。
  综上所述,热固性EPS在有限外部火源的作用下,产生一定厚度的蜂窝状无机物,隔绝了空气和外部火源,从而结束了燃烧反应。这是一个典型的从微观结构层面上的防火构造。
  从微观上看,绝大多数可燃物质的燃烧并不是物质本身在燃烧,而是物质受热分解出的气体或液体的蒸汽在气相中的燃烧。如果物体具有防火功能,例如复合板,热源(例如电焊火花或焊渣)的热量持续时间有限,不能快速的透过无机物加热可燃物达到分解的温度,也就不能引起燃烧。
  从氧化剂的角度看,复合板无机材料层有效地隔绝了空气。例如1200mm*600mm*30mm的复合保温板,覆盖面积达1.44平方米,占表面积的93%,包裹后的有机保温板面几乎不跟空气直接接触,在电焊等小火源的作用下,燃烧几乎不可进行。
  作为一种特殊的复合板,保温装饰一体化系统占外墙保温系统的5%,已具有十几年的工程应用经验,从百度的搜索结果来看,几乎没有发生火灾的报道。说明复合板的防火构造是有效的。这是一个典型的中观防火构造的成功案例。
  中华人民共和国新的《建筑防火设计规范》中,要求当使用B1级保温材料时首层抹灰厚度达到15mm,其它层要求不低于5mm,并且要求每层做交圈的防火隔离带。通过抹灰层、无机的防火隔离带以及无机的基层墙体,360度全面覆盖了有机保温板表面,隔绝了空气和保温板的接触,让燃烧不能继续。当然在外部火源相对比较大时,需要覆盖层有足够的稳定性才能持续一定时间有有效,因此对抹灰层有厚度的要求。这正是宏观上的防火构造。
  防火——从施工管理出发减少燃烧可能
  除了从构造上充分利用燃烧三要素,把火灾风险降到最低外;在材料的运输、存放、施工和成品保护各个环节,也可以通过加强管理降低火灾风险。
  以北京市地方标准《外墙外保温工程施工防火安全技术规程》(DB11/729-2010)为例,除了规定保温材料的燃烧性能外,它着重强调了施工防火。从施工准备、材料堆放、施工防火要点、成品保护四个过程做出了具体防火管理要求,用简单的管理手段降低火灾风险。
  该管理办法简单实用、可操作强、接地气、符合燃烧的基本原理,值得推广采用。遗憾的是,国家和行业以及其他省市并没有规模化效仿北京市,推出相应的管理规定。
  综上所述,单纯地从保温材料燃烧性能分级的角度,来确定外墙外保温系统的防火性能并不是完全合理的,现实的工程实践和市场反应也走入了死胡同。
  建筑防火应该从燃烧的基本原理出发,对材料、构造和施工管理等各个方面综合考评,而不是仅仅围绕材料(可燃物)一个要素研究。
  防火的措施多种多样,具体选择哪种措施,需要结合现实的经济、技术和社会发展水平等因素综合决定,不要一味地追求所谓的材料先进性,很多基本的技术和施工管理手段也相对更容易推广使用。
  防火评价方法——从系统防火性出发评价建筑保温防火
  中华人民共和国国家标准《建筑材料和制品燃烧性能分析方法》(GB8624-2012)通过各种燃烧试验,对各种保温材料的燃烧性能进行分类。
  然而这种燃烧分级仅仅表明不同材料在相同的特定条件下对火(清洁火源)的反应,实验结果并不能完全表明真实火灾中的行为。因为在所规定的试验条件下,很多环境因素(通风、热效应、周边可燃物体、不同物体相对位置、几何因素等)没有定量考虑,为了包括这些影响,建议进行大型试验,以便能更接近实际地评估材料的火灾危险性。
  当然,材料肯定对系统的耐火性是有影响的,但在某些情况下,系统中的一种材料可能会保护另一种材料;而在另一些情况下,系统中的一种材料则可能点燃另一种材料。例如,一种阻燃性很好的地毯,如果在它下面衬以可燃的橡胶垫,则后者将是点燃地毯的主要原因。所以,更实际的防火试验需要检验整个系统对一定火源的耐火性。
  《建筑外墙外保温系统的防火性能测试方法》(GB/T29416-2012)提供了目前为止外墙外保温领域内最大型的系统防火性能测试方法。本标准适用于安装在建筑外墙上的非承载外保温的防火性能试验,需要从5个方面进行检查并记录,从9个方面的现象判定试样的防火性能。如果出现9个现象中的任意一个,则判定该试样防火性能不合格,否则判定合格。
  外墙外保温是一个系统工程,不能用单一保温材料的燃烧性能分级判定系统的防火性能,GB/T29416-2012的出台,是基本理论的重大实践,它实际模拟了系统在外部火源的反应。
  遗憾的是,绝大多数有多年保温行业从业经历的人,仍然着眼于保温材料的燃烧性能分级,并没有把视野拓展到综合的系统防火性能上去。


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