有機(jī)類(lèi)保溫材料應(yīng)用現(xiàn)狀分析

秦硯瑤，劉軍

（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司綠色建筑技術(shù)中心，重慶400016）

有機(jī)類(lèi)保溫材料應(yīng)用現(xiàn)狀分析

秦硯瑤，劉軍

（中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司綠色建筑技術(shù)中心，重慶400016）

該文分析了現(xiàn)階段保溫材料的燃燒性能與保溫性能的矛盾，并對(duì)有機(jī)類(lèi)熱塑性和熱固性保溫材料進(jìn)行了重點(diǎn)介紹和分析，提出了應(yīng)對(duì)有機(jī)類(lèi)保溫材料的“燃燒過(guò)程”、“燃燒形態(tài)”和“燃燒危害”進(jìn)一步細(xì)化分類(lèi)，使有機(jī)類(lèi)保溫材料做到真正的“既保溫、又安全”。

保溫材料，燃燒性能，熱塑性，熱固性，防火等級(jí)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)各領(lǐng)域的能耗問(wèn)題已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題。建筑能耗已成為我國(guó)能源消耗的重要組成部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國(guó)建筑耗能占社會(huì)總能耗的比例已達(dá)到30%以上。為緩解我國(guó)能源和環(huán)境所面臨的困境，十六大以來(lái)，我國(guó)各級(jí)政府和管理部門(mén)相繼提出發(fā)展低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的理念；國(guó)務(wù)院下發(fā)綠色建筑行動(dòng)計(jì)劃，明確提出綠色建材理念，應(yīng)大力發(fā)展“節(jié)能環(huán)保、安全、耐久性、施工便捷”的建材產(chǎn)品，綠色、低碳已成為我國(guó)建筑發(fā)展的主導(dǎo)方向。

同時(shí)，制約我國(guó)建筑節(jié)能發(fā)展的因素也不容忽視。近年來(lái)，全國(guó)各地陸續(xù)發(fā)生多起由建筑外墻保溫材料引發(fā)的重大火災(zāi)事故，如沈陽(yáng)皇朝萬(wàn)鑫酒店、中國(guó)科技館新館、央視文化中心大樓等火災(zāi)事故，均造成重大人員和財(cái)產(chǎn)損失。這使得我們對(duì)建筑節(jié)能材料有了新的認(rèn)識(shí)，保溫材料除了應(yīng)滿(mǎn)足基本的保溫隔熱性能外，其“安全性”也是建筑領(lǐng)域必須面對(duì)的問(wèn)題。

1 我國(guó)《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)析

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》GB8624作為建筑材料燃燒性能分級(jí)的統(tǒng)一準(zhǔn)則，近幾十年來(lái)，在材料燃燒等級(jí)劃分、指導(dǎo)建筑相關(guān)防火設(shè)計(jì)、政府部門(mén)監(jiān)督管理等方面發(fā)揮了巨大作用。從頒布實(shí)施以來(lái)，該標(biāo)準(zhǔn)共經(jīng)歷了1997、2006、2012三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)版本，在原理、分級(jí)類(lèi)別等方面有較大差異，主要區(qū)別如表1所示。

表1 《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》GB8624三次修訂的主要區(qū)別

2 保溫材料的燃燒性能與保溫性能的矛盾

目前建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫材料中，主要使用的材料分為有機(jī)類(lèi)和無(wú)機(jī)類(lèi)，從使用的實(shí)際情況來(lái)看，我國(guó)北方寒冷地區(qū)和夏熱冬冷地區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)絕大多數(shù)使用的為有機(jī)類(lèi)保溫材料，這主要是由這些地區(qū)氣候條件對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能的要求決定的。一般來(lái)講，從材料的本質(zhì)來(lái)看，有機(jī)材料的保溫性能遠(yuǎn)優(yōu)于無(wú)機(jī)類(lèi)；但從建筑對(duì)防火等級(jí)的要求來(lái)看，采用有機(jī)保溫材料與此存在一定矛盾，造成“保溫性能好的材料不防火、防火性能好的材料不保溫”的局面。

現(xiàn)階段，我國(guó)的城市化進(jìn)程主要以興建高層建筑為主，在建筑施工和建成后的使用過(guò)程中一旦發(fā)生火災(zāi)很難及時(shí)撲滅，這為人們生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)一系列安全隱患。不可否認(rèn)，在建筑保溫領(lǐng)域，有機(jī)材料明顯優(yōu)于無(wú)機(jī)材料，但在安全、環(huán)境保護(hù)方面卻存在較多問(wèn)題。有機(jī)材料具有重量輕，保溫性能好，可加工性好等優(yōu)勢(shì)，但其最大的缺點(diǎn)是防火性能差，穩(wěn)定性差，易老化，同時(shí)，在有明火的情況下，材料在燃燒過(guò)程中容易發(fā)生“溶滴”現(xiàn)象，當(dāng)溫度高于250℃，仍然會(huì)燃燒。在這種情況下，如何更好地對(duì)建筑領(lǐng)域保溫材料的防火性及應(yīng)用進(jìn)行深入研究，在材料的燃燒性和保溫性二者之間實(shí)現(xiàn)較好的平衡，已經(jīng)成為相關(guān)政府管理部門(mén)和科研單位值得思考的問(wèn)題。

目前，對(duì)建筑保溫材料引起的重大火災(zāi)事故的原因已有較多的研究結(jié)果，主要存在以下兩個(gè)方面，一是材料自身的燃燒等級(jí)較差，有機(jī)類(lèi)保溫材料盡管通過(guò)了改性等優(yōu)化措施，但材料仍屬于可燃類(lèi)，遇到明火極易引燃；二是建筑保溫材料施工中的安全管理問(wèn)題。有資料顯示，發(fā)達(dá)國(guó)家（如德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)）可燃類(lèi)建筑保溫材料占建筑保溫材料的應(yīng)用比例均在70%以上，有的甚至達(dá)到90%，這一比例在我國(guó)也一直保持在90%以上。有機(jī)類(lèi)保溫材料優(yōu)異的保溫性能成為建筑保溫領(lǐng)域的首選材料，而我國(guó)之所以經(jīng)常會(huì)發(fā)生由建筑保溫材料引發(fā)的安全事故，與國(guó)內(nèi)眾多施工企業(yè)對(duì)建筑保溫材料的防火安全的管理和重視程度不夠有著直接的關(guān)系。因此，一味強(qiáng)調(diào)使用燃燒等級(jí)為A級(jí)的保溫材料來(lái)確保防火安全仍有待進(jìn)一步探討。

從國(guó)家政策上看，從2011年發(fā)布的“關(guān)于進(jìn)一步明確民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關(guān)要求的通知”規(guī)定“民用建筑外墻保溫材料應(yīng)采用燃燒性能為A級(jí)的材料”到2012年“關(guān)于民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關(guān)事項(xiàng)的通知”規(guī)定“B1級(jí)燃燒等級(jí)的材料也可用于建筑保溫領(lǐng)域”，表明國(guó)家對(duì)建筑保溫采用有機(jī)類(lèi)保溫材料的燃燒等級(jí)放寬了要求，但有機(jī)類(lèi)保溫材料在施工和使用過(guò)程中的安全性仍不可忽視。

3 熱固性與熱塑性保溫材料安全性探討

根據(jù)有機(jī)類(lèi)材料在遇火燃燒后所表現(xiàn)出的熱力學(xué)特點(diǎn)，為便于研究可將其分為兩大類(lèi)：熱塑性和熱固性。重慶市目前常用的保溫材料中，大量使用的難燃型膨脹聚苯板和難燃型擠塑聚苯板屬于熱塑性保溫材料；復(fù)合硬泡聚氨酯板和復(fù)合酚醛泡沫板屬于熱固性保溫材料。大部分有機(jī)類(lèi)保溫材料能過(guò)添加阻燃劑后燃燒性能可達(dá)到B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但由于阻燃劑價(jià)格昂貴，不少企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中為節(jié)約成本，阻燃劑添加量不足，保溫材料的送檢與施工質(zhì)量要求不一致等，造成有機(jī)類(lèi)保溫材料的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況時(shí)有發(fā)生。表2為市面抽樣的難燃型膨脹聚苯板和難燃型擠塑聚苯板燃燒性能試驗(yàn)結(jié)果，表中材料的氧指數(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定環(huán)境下，有機(jī)保溫材料在氧氮混合氣體環(huán)境中維持有焰燃燒所需的最低氧氣濃度指標(biāo)值。

表2 難燃型膨脹聚苯板（EPS）和難燃型擠塑聚苯板（XPS）燃燒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 聚苯乙烯保溫材料燃燒過(guò)程的階段特征

從表3中可知，同為EPS和XPS保溫板，在燃燒等級(jí)相同的情況下，有機(jī)材料的氧指數(shù)即材料的可燃性差異較大，垂直燃燒的高度差異也較大，該結(jié)果反映出有機(jī)類(lèi)保溫材料產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，與市場(chǎng)上聚苯乙烯泡沫類(lèi)保溫材料的實(shí)際情況基本一致。

（1）熱塑性保溫材料

EPS和XPS保溫材料作為熱塑性保溫材料的代表，燃燒過(guò)程可以分為5個(gè)階段：加熱熔化、熱降解和熱分解、材料著火，燃燒和火焰?zhèn)鞑?，各階段的特征如表3所示。只要燃燒能夠自維持，這5個(gè)階段就會(huì)不斷循環(huán)進(jìn)行，越來(lái)越多的材料參與燃燒，熱量不斷累積并反饋。若在燃燒材料周?chē)嬖谄渌扇嘉?，則燃燒規(guī)模將從局部區(qū)域擴(kuò)散到外界體系，發(fā)生群體燃燒，若得不到控制，最終群體燃燒將會(huì)失去控制而發(fā)展為火災(zāi)。

采用熱塑性保溫材料時(shí)，受火區(qū)域的保溫材料收縮熔化，并積聚至系統(tǒng)內(nèi)的底部，熱解氣體使系統(tǒng)內(nèi)形成過(guò)高的壓力，失去依托的保護(hù)面層不足以承載積聚的熔化物或壓力時(shí)，保護(hù)面層變形開(kāi)裂，失去穩(wěn)定性，熱解氣體逸出，熔化狀態(tài)的保溫材料被點(diǎn)燃，造成更大范圍的破壞。同時(shí)，在燃燒過(guò)程中熱塑性保溫材料將產(chǎn)生熔滴和發(fā)煙的現(xiàn)象，產(chǎn)生大量的有毒氣體，這加劇了對(duì)人體的傷害。

（2）熱固性保溫材料

熱固性保溫材料遇火后不會(huì)發(fā)生收縮熔化現(xiàn)象，材料表面首先形成炭化體，該層碳化體具有較好的阻火作用，在材料燒損面積的增加的過(guò)程中，炭化體的面積也隨之增加，在該層炭化體阻火材料的作用下，可有效擬制材料的進(jìn)一步燃燒；而遠(yuǎn)離過(guò)火區(qū)域的保溫材料形態(tài)基本保持原狀，不會(huì)出現(xiàn)明顯的理化性能改變。

在建筑節(jié)能對(duì)材料保溫性能不斷提升的形勢(shì)下，并不能一味強(qiáng)調(diào)燃燒性能達(dá)到A級(jí)才是解決建筑保溫安全性的唯一途徑。在發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)建筑保溫領(lǐng)域材料的燃燒等級(jí)也有明確的規(guī)定，但工程應(yīng)用過(guò)程中，建筑保溫的產(chǎn)品仍以有機(jī)類(lèi)材料為主，對(duì)有機(jī)類(lèi)保溫材料更多的是對(duì)保溫系統(tǒng)的“燃燒過(guò)程”、“燃燒形態(tài)”和“燃燒危害”全面研究和細(xì)化分類(lèi)，充分考慮保溫材料燃燒時(shí)煙氣及毒性對(duì)人體的危害，并依此將保溫材料分為若干等級(jí)，以適應(yīng)不同類(lèi)型建筑的防火要求。

通過(guò)以上分析，控制建筑保溫材料引發(fā)的火災(zāi)事故可從控制保溫材料的可點(diǎn)燃性以及提高材料的燃燒安全性入手，而未必一味強(qiáng)調(diào)使保溫材料達(dá)到A級(jí)不燃狀態(tài)。與熱塑性保溫材料相比，熱固性保溫材料最大的優(yōu)勢(shì)在于保溫層燃燒時(shí)材料表面能迅速形成碳化層，可有效隔絕空氣與保溫材料的接觸，從而有效阻止火勢(shì)的進(jìn)一步蔓延，同時(shí)，熱塑性保溫材料在燃燒過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)熔融滴落現(xiàn)象，產(chǎn)生的有毒煙氣也相對(duì)較少，因此，熱固性保溫材料更適應(yīng)建筑節(jié)能對(duì)保溫材料的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程仍將持續(xù)，可以預(yù)見(jiàn)，有機(jī)類(lèi)保溫材料仍將是建筑節(jié)能領(lǐng)域的主導(dǎo)產(chǎn)品，目前市面上絕大部分有機(jī)類(lèi)保溫材料通過(guò)改性處理燃燒等級(jí)均能達(dá)到B級(jí)以上，但在遇火后的表現(xiàn)相差甚遠(yuǎn)，因此，應(yīng)對(duì)可燃性保溫材料的燃燒等級(jí)進(jìn)一步細(xì)化分類(lèi)，應(yīng)針對(duì)建筑類(lèi)型、建筑高度和使用部位等方面進(jìn)行相關(guān)細(xì)分燃燒等級(jí)及燃燒形態(tài)的規(guī)定。

同時(shí)，在有機(jī)保溫材料的工程應(yīng)用中，政府監(jiān)管部門(mén)要加強(qiáng)材料市場(chǎng)的管理，生產(chǎn)企業(yè)也應(yīng)加強(qiáng)自律，確保材料的性能能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，其次應(yīng)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管、總體協(xié)調(diào)施工進(jìn)度和施工工序、規(guī)范工程施工工序，保證可燃類(lèi)保溫材料的使用安全，真正實(shí)現(xiàn)有機(jī)類(lèi)保溫材料的“既保溫、又安全”。

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責(zé)任編輯：孫蘇

Analysis on Current Application Situation of Organic Insulation Material

The contradiction between the combustion performance and insulation performance of insulation materials are analyzed and organic insulation materials of thermo-plasticity and thermo-setare especially introduced and analyzed.Itis proposed thatorganic insulation materials should be specified and classified in accordance with combustion process,combustion form and combustion damage so thatorganic insulation materials can be really insulated and safe.

insulation materials；combustion performance；thermo-plasticity；thermo-setting；fireproofgrade

TU52

A

1671-9107（2014）10-0044-03

基金論文：該論文為中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新基金“承重節(jié)能型燒結(jié)頁(yè)巖多孔磚成套技術(shù)體系及工程應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：2012MS023）論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.10.044

2014-08-29

秦硯瑤（1982-）女，重慶人，研究生，工程師，主要從事建筑節(jié)能與綠色建筑技術(shù)研究。