建筑外墙外保温系统的防火之道
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2015年5月29日下午,张家口西坝岗“紫金苑”在建楼盘外墙外保温着火,14人重伤。火灾不久前,2015年5月26日,河南省鲁山县的康乐园老年公寓发生火灾,造成38人死亡。在新的国家规范《建筑规划设计防火规范》(GB50016-2014)实施不到一个月的时间里,发生了两起重大火灾,再次把建筑保温材料的燃烧性能推到风头浪尖。
自2008年央视大火和上海胶州教师公寓大火以来,从“46号”文、“65号”文,到“350号令”,和经历多年磨难出台《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,取名也是五花八门: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。
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,要使燃烧发生还一定要满足其他一些条件,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。
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,物体本身就具有防止、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。而防火的对象是别的需要被保护的物体,如通过在钢材表面涂覆一层难燃涂层以此来实现钢材的防火。
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,最大的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。
聚苯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没办法燃烧(也有一定的可能燃烧),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,随着燃烧范围的逐步扩大,很多杂物都可能会成为灯芯。火势慢慢的变大,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仅能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)的热量维持的时间有限,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非间接接触,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,从百度的搜索出来的结果来看,就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度全方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来说还是比较大时,需要覆盖层有足够的稳定性才能持续一段时间有有效,因此对抹灰层有厚度的要求。这正是宏观上的防火构造。
除了从构造上充分的利用燃烧三要素,把火灾风险降到最低外;在材料的运输、存放、施工和成品保护所有的环节,也能够最终靠加强管理降低火灾风险。
以北京市区域标准《外墙外保温工程项目施工防火安全作业规程》(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。
笔者认为该管理办法简单实用、可操作强、接地气、符合燃烧的基础原理,值得推广采用。遗憾的是,国家和行业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。
上述提到的张家口西坝岗“紫金苑”在建楼盘外墙外保温着火,从视频资料看,建筑从底层到顶层全部贴完保温板,但没有及时抹灰覆盖!如果合理设计实施工程的方案、做好工序之间的衔接、及时抹灰,把保温材料的面积控制在小范围内,可以极大降低火灾风险,即使若发生火宅,也可以把损失降低。
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础原理出发,对材料、构造和施工管理等每个方面综合考评,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、技术和社会持续健康发展水平等因素综合决定,别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。
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)通过种种燃烧试验,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一样的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,很多外因(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根本原因。所以,更实际的防火试验需要检验总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测试,需要从5个方面做检查并记录,从9个方面的现象判定试样的防火性能。假如慢慢的出现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。