建筑物外墻保溫材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性與防火措施*

袁 崟

(中國聯(lián)合工程有限公司 杭州 310000)

1 建筑物外墻保溫材料的火災(zāi)危險(xiǎn)特性

1.1 救火困難

從火勢撲滅與救援搶險(xiǎn)角度來看,相比于建筑物其他部位,外墻保溫層救火難度系數(shù)較高,具體存在外側(cè)覆蓋防水層、形成燃燒滴落物、室內(nèi)形成火橋、形成立體火災(zāi)四項(xiàng)難點(diǎn),導(dǎo)致建筑火災(zāi)事故危害程度明顯提高。第一,外側(cè)覆蓋防水層難點(diǎn),為預(yù)防外墻保溫層脫落、提高建筑室內(nèi)或外立面造型美觀度,普遍選擇在墻體保溫層外側(cè)鋪設(shè)石材或是瓷磚等裝飾材料,如果直接向外墻上噴射水柱,裝飾層會(huì)阻隔消防水流與內(nèi)部著火保溫材料相互接觸,實(shí)際滅火效果較差。第二,形成燃燒滴落物難點(diǎn),在使用可燃性保溫材料時(shí),材料受到明火侵蝕或是處于超高溫條件下,會(huì)持續(xù)產(chǎn)生滴落物,這類滴落物可以獨(dú)立燃燒一段時(shí)間,如果滴落物掉在未著火位置,有較高可能會(huì)形成二次火災(zāi),導(dǎo)致火勢蔓延范圍擴(kuò)大。第三,室內(nèi)形成火橋難點(diǎn),如果在建筑火災(zāi)持續(xù)期間未關(guān)閉外窗時(shí),在風(fēng)力作用下,部分明火進(jìn)入室內(nèi)空間,接觸可燃物品后形成新的著火點(diǎn),并有一定可能在多處室內(nèi)防火分區(qū)中形成著火點(diǎn),導(dǎo)致防火分區(qū)功能發(fā)揮受限,嚴(yán)重削弱火勢阻隔效果,最終導(dǎo)致火勢在建筑室內(nèi)快速擴(kuò)散。第四,形成立體火災(zāi)難點(diǎn),當(dāng)建筑外墻出現(xiàn)火災(zāi)時(shí),由于著火點(diǎn)及周圍部位溫度較高,在熱壓差作用到引導(dǎo)氣流與明火豎向蔓延,火災(zāi)蔓延速度遠(yuǎn)超過室內(nèi)著火點(diǎn),這將在極短時(shí)間內(nèi)形成涵蓋建筑物大部分外立面的立體火災(zāi)。

1.2 燃燒速度快

在早期工業(yè)建筑工程中,普遍選用聚苯乙烯泡沫塑料作為外墻保溫材料,相比于其他種類材料,聚苯乙烯泡沫塑料的熱變形溫度在70～98℃區(qū)間內(nèi),如果周邊環(huán)境溫度較高或是形成明火,將迅速引燃聚苯乙烯泡沫塑料,這類材料有著燃燒速度快、火焰溫度高和釋放大量燃燒熱能的特征。同時(shí),由于多數(shù)工業(yè)建筑采取外墻外保溫構(gòu)造形式,保溫層鋪貼在外墻外側(cè),自然通風(fēng)條件良好,當(dāng)保溫層著火燃燒時(shí),因充分接觸氧氣而導(dǎo)致燃燒速度進(jìn)一步提高。此外,聚苯乙烯泡沫塑料材料的氧指數(shù)較低,在燃燒期間會(huì)釋放較多煙氣,進(jìn)而出現(xiàn)收縮、熔化現(xiàn)象,在內(nèi)部形成空腔,最終出現(xiàn)劇烈燃燒現(xiàn)象。

1.3 煙霧、毒氣危害大

目前來看,在工業(yè)建筑工程中,所使用保溫材料多為有機(jī)高分子材料,且部分保溫材料在生產(chǎn)期間會(huì)摻加適量鹵系阻燃劑。如此,在建筑外墻保溫材料燃燒期間,基本不會(huì)出現(xiàn)完全燃燒現(xiàn)象,在熱解作用下持續(xù)釋放大量有毒煙氣與煙塵,煙氣成分包括CO、HCN 等。室內(nèi)受災(zāi)人員吸入過量有毒煙氣時(shí)會(huì)出現(xiàn)昏厥、意識(shí)模糊等身體健康問題,并在煙塵遮擋視線情況下出現(xiàn)錯(cuò)誤選擇逃生路線問題,嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)人員傷亡,在建筑火災(zāi)事故中,因吸入過量有毒煙氣而產(chǎn)生的死亡事故占比約為80%。

1.4 破壞建筑主體結(jié)構(gòu)

為控制造價(jià)成本與縮短工期時(shí)間,在現(xiàn)代工業(yè)建筑工程中,普遍采取鋼結(jié)構(gòu)型式,主體結(jié)構(gòu)由鋼梁、鋼柱、鋼屋頂?shù)阮A(yù)制鋼構(gòu)件拼裝組成,并在建筑物外層設(shè)置外圍護(hù)結(jié)構(gòu)與外保溫系統(tǒng)。相比于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言,鋼結(jié)構(gòu)耐火性能較差,當(dāng)鋼構(gòu)件溫度升高至300～400℃時(shí),鋼構(gòu)件強(qiáng)度與彈性模量會(huì)明顯下降,在溫度升高至600 ℃以上后基本不具備強(qiáng)度,最終出現(xiàn)構(gòu)件軟化脫落、主體結(jié)構(gòu)變形、建筑物坍塌的安全事故,造成更為嚴(yán)重的損失。

2 建筑物外墻保溫材料的有效防火措施

2.1 優(yōu)選外墻保溫材料

工業(yè)建筑工程中,常用的外墻保溫材料主要分為有機(jī)高分子類、無機(jī)類與有機(jī)無機(jī)復(fù)合類三種,各類保溫材料阻燃效果、燃燒特點(diǎn)存在明顯差異。其中,有機(jī)類保溫材料包括聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯,有著易燃特征,熱塑性較高,當(dāng)溫度提升至70℃與202℃以上時(shí),聚苯乙烯和聚氨酯材料分別出現(xiàn)熱變形、點(diǎn)燃情況,并在燃燒期間釋放大量有毒煙氣。無機(jī)類保溫材料包括巖棉板、膨脹玻化微珠砂漿等,這類保溫材料具備不燃特性,并不存在火災(zāi)危險(xiǎn)系數(shù),但是會(huì)在使用期間產(chǎn)生少量細(xì)小纖維與粉塵,對(duì)周邊環(huán)境造成一定程度的影響。而有機(jī)無機(jī)復(fù)合類保溫材料包括酚醛樹脂、膠粉聚苯顆粒保溫砂漿等,具備難燃燒特性,在建筑火災(zāi)持續(xù)期間基本不會(huì)在外墻部位出現(xiàn)大面積燃燒現(xiàn)象,但會(huì)出現(xiàn)顆粒熔化與局部灼燒情況,向外釋放少量有毒煙氣。例如,酚醛樹脂在400℃以上高溫條件下出現(xiàn)灼燒、持續(xù)陰燃現(xiàn)象。

根據(jù)各類保溫材料對(duì)比情況來看,為保證建筑物使用安全、增強(qiáng)外墻部位防火性能,需要在工業(yè)建筑中優(yōu)先使用無機(jī)類保溫材料或是有機(jī)無機(jī)復(fù)合類保溫材料,這類材料在建筑火災(zāi)持續(xù)期間基本不會(huì)出現(xiàn)燃燒情況,起到阻隔火勢蔓延、控制燃燒速度、減少有毒煙氣釋放量的作用。以無機(jī)保溫材料為例,具體可選用閉孔珍珠巖、巖棉板、膨脹珍珠巖、玻璃棉等材料,由石屑、工業(yè)廢渣等原料制成,有著十分優(yōu)異的防火阻燃效果,防火等級(jí)達(dá)到A 級(jí),既可以用作建筑外墻保溫材料,同時(shí),也可使用這類保溫材料來制作防火隔離帶。

2.2 覆蓋防護(hù)層

考慮到外墻保溫材料在高溫條件下普遍會(huì)出現(xiàn)熔化、燃燒、灼燒等現(xiàn)象,導(dǎo)致火勢迅速蔓延、釋放過量有毒煙氣,對(duì)無機(jī)類與有機(jī)無機(jī)復(fù)合類保溫材料的使用,雖然可以預(yù)防保溫材料燃燒問題出現(xiàn),但仍舊會(huì)與火焰接觸期間產(chǎn)生一些反應(yīng),釋放少量煙氣,并導(dǎo)致保溫材料燒損。對(duì)此,需要在建筑外墻保溫層表面加鋪一層具備阻燃防火使用功能的裝飾面層,由裝飾面層阻隔外部明火與內(nèi)部保溫材料直接接觸,并通過物理隔離方式來控制保溫材料溫度。一般情況下,在外墻保溫層表面涂抹聚合物粘結(jié)膠漿層,在層內(nèi)包裹耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布,起到分散溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力作用,避免裝飾面層在高溫條件下形成裂縫、削弱防火保護(hù)效果。同時(shí),嚴(yán)格控制防護(hù)層厚度,要求漿料類外墻外保溫系統(tǒng)的防護(hù)層厚度在8 mm 及以上,板材類外墻外保溫系統(tǒng)的首層與其他層厚度分別在6 mm 及以上和4 mm 及以上,如果防護(hù)層厚度未達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn),將無法保證在建筑火災(zāi)持續(xù)期間始終發(fā)揮出穩(wěn)定的防火防護(hù)效果。

2.3 設(shè)置防火隔離帶

為控制外墻保溫層燃燒范圍,避免出現(xiàn)大面積延燒現(xiàn)象,需要在建筑外墻部位設(shè)置防火隔離帶,構(gòu)造體系由粘結(jié)層、保溫層以及抹面層組成?，F(xiàn)代建筑工程中,外墻防火隔離帶分為巖棉防火隔離帶、泡沫混凝土防火隔離帶兩種,具體如下:①巖棉防火隔離帶。選用憎水型巖棉板材料,清理外墻基層上的灰塵污漬,在墻體基層上采取膠粘或是打入螺釘方式來固定鋪設(shè)巖棉板保溫層。隨后,在保溫層表面依次涂刷抹面膠漿、設(shè)置玻纖網(wǎng)和涂刷具備防火性能的裝飾砂漿飾面層。這類防火隔離帶有著極高燃燒性能級(jí)別,除建筑外墻外保溫系統(tǒng)外,同樣適用于非透明幕墻保溫系統(tǒng)。②泡沫混凝土防火隔離帶。使用泡沫劑制備泡沫和水泥材料經(jīng)過攪拌、養(yǎng)護(hù)后制成多孔防火保溫板,這類材料的燃燒性能達(dá)到A1級(jí)別、導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.05～0.058 W/m·k,具備十分優(yōu)異的保溫隔熱與防火阻燃性能。同時(shí),為簡化工藝流程,還可以選用HT泡沫混凝土板,這類板材采取夾芯結(jié)構(gòu),兩側(cè)面層由高密度泡沫混凝土材料組成,在中間部位使用低密度發(fā)泡水泥作為芯層,可以在1 000℃以下高溫環(huán)境中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài),憑借閉孔結(jié)構(gòu)來減少熱量傳遞。

2.4 保溫材料阻燃處理

為抵制建筑火勢燃燒,需要對(duì)外墻保溫材料進(jìn)行阻燃處理,增強(qiáng)保溫材料自身的防火性能,使保溫材料在高溫條件下不會(huì)出現(xiàn)燃燒、釋放過多有毒煙氣等問題。同時(shí),根據(jù)保溫材料種類、施工方式來針對(duì)性選取阻燃處理方法。例如,在使用擠塑聚苯板作為保溫材料時(shí),施工人員提前對(duì)擠塑聚苯板依次開展打毛、去皮操作,保持板面潔凈、干燥狀態(tài),在板面上直接涂刷阻燃劑,或是在表面噴涂含有阻燃劑的界面處理劑。在選用EPS聚苯乙烯泡沫塑料作為保溫材料時(shí),可采取包裹阻燃或是浸漬阻燃方式。包裹阻燃是在板材表面均勻涂刷由樹脂、硅酸鹽等材料制成的黏結(jié)劑,在黏結(jié)劑中摻加適量阻燃劑,從而在表面形成一層完全包裹的阻燃防護(hù)層。浸漬阻燃是把板材放入含有適量發(fā)泡劑和阻燃劑的水懸浮液中浸泡一段時(shí)間,阻燃劑持續(xù)滲入到聚苯乙烯泡沫塑料材料粒子當(dāng)中,可以額外采取加溫加壓措施來縮短浸泡時(shí)間。

2.5 防火分區(qū)

防火分區(qū)是在邊界處設(shè)置防火分隔構(gòu)件來形成若干獨(dú)立防火區(qū)域的一種手段,可以在一定時(shí)間內(nèi)把建筑火勢控制在單一或少數(shù)區(qū)域內(nèi),避免因火勢迅速蔓延而造成嚴(yán)重?fù)p失,最初僅用于建筑內(nèi)部防火。從建筑外墻保溫材料防火角度來看,同樣可以采取防火分區(qū)手段,在外墻保溫系統(tǒng)中使用不燃材料進(jìn)行分隔處理,由分隔構(gòu)件把大面積外墻保溫層分解為若干節(jié)塊,當(dāng)保溫材料燃燒或是陰燃時(shí),可以有效控制著火范圍。同時(shí),考慮到外墻上設(shè)置若干外窗,如果在建筑火災(zāi)持續(xù)期間打開外窗或是玻璃炸裂,都有可能使火勢蔓延范圍由室內(nèi)擴(kuò)散到外墻保溫系統(tǒng),因而需要同步設(shè)置室內(nèi)防火分區(qū)與外墻保溫系統(tǒng)防火分區(qū),避免火勢通過點(diǎn)燃外墻保溫層、明火進(jìn)入室內(nèi)的方式蔓延到其他室內(nèi)防火分區(qū)當(dāng)中。

綜上所述,在建筑外墻保溫系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用推廣的工程背景下,對(duì)外墻保溫材料防火措施的落實(shí),是消除火災(zāi)安全隱患、減輕火災(zāi)事故受損程度的重中之重。建筑企業(yè)必須認(rèn)識(shí)到外墻保溫材料的火災(zāi)危險(xiǎn)特性,積極落實(shí)優(yōu)選外墻保溫材料、覆蓋防護(hù)層、設(shè)置防火隔離帶、保溫材料阻燃處理、外墻保溫防火分區(qū)、安裝消防設(shè)施等防火措施,為建筑使用安全、人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全提供有力保障。