建筑外墙外保温系统防火性能试验

建筑外墙外保温系统防火性能试验建筑外墙外保温系统防火性能试验 外墙外保温防火先行外墙外保温防火先行 建筑外墙保温是建筑节能的重要内容之一 其核心是保温 材料 不同类型材料的导热系数差异较大 导热系数越小 其 保温隔热性能越好 一般来说 有机保温材料热工性能要优于 一般无机保温材料 与世界各国一样 目前我国保温材料大多采用有机高分子 发泡保温材料 如模塑聚苯板 eps 挤塑聚苯板 xps 硬质发泡聚氨酯等 虽然相应的产品标准都对其阻燃性能提出 了要求 但限于目前应用的技术水平和技术条件 其本质上仍 属可燃材料 材料自身的阻燃性能指标尚不能完全满足建筑防 火安全的要求 外墙外保温系统 是指依附于建筑外墙上 位于建筑主体 结构外墙外侧的系统 对建筑起保温作用 外墙外保温系统又 可采用粘贴 喷涂 浇注和机械锚固等多种施工方法 但保温 材料是直接附着在基层墙体上的 外部的装饰材料可以是涂料 面砖 石材 金属板材等 也可以做成带龙骨的幕墙保温系统 系统都是有基层墙体作为支撑的 没有基层墙体的全幕墙系统 暂未列入研究内容 根据国外的先进经验 针对不同类型的外 墙外保温系统采取科学适度的防火构造措施 例如设置防火隔 离带 加厚防火保护层 可以满足建筑成品整体构造防火安全 的要求 确保建筑物在火灾发生时火情不会蔓延 因此 完善外保温系统的整体构造应作为提高我国建筑外 墙外保温系统防火安全性能的重要途径 防火评价试验先行防火评价试验先行 对外保温系统进行防火安全性能评价是以试验为基础的 采用的试验模型应能够表征系统在实际火灾中的状态 试验结 果应客观地反映外保温系统的防火安全性能 只有选择正确的 试验方法 才能客观 科学地评价外保温系统防火安全性能 从试样尺度划分试验方法的类别 包括小尺寸试件试验 中尺寸试件试验和大尺寸模型火试验 小尺寸试验主要是对保 温材料的燃烧性能进行检验 中尺寸试验可以对保温材料的燃 烧性能进行检验 也可以针对具有某种构造的外保温系统进行 检验 但所涵盖的系统构造往往十分有限 大尺寸试验可以对 整个外保温系统的所有构造进行检验 对于外保温系统整体构造的防火安全性能或火焰传播性 主要采用大尺寸模型火试验进行检验 目前在我国有试验基础 的大尺寸试验方法有两个 一是美国的 ul1040 2000 标准 目 前国内通称为 墙角火试验 二是英国的 bs8414 1 2002 标准 目前国内通称为 窗口火试验 也是国际上采用的针对外保温 系统的防火试验方法 墙角火试验以美国的 ul1040 为代表 试验时火源位于试验 模型的墙角 试验模型和试验结果更适用于内保温 窗口火试 验以英国的 bs8414 为代表 试验时火源位于试验模型底部模拟 窗口的燃烧室内 试验模型和试验结果更适用于外保温 为了将 bs8414 1 2002 标准转化为适合我国外墙外保温系 统应用的试验和评价方法 2008 年 中国建筑科学研究院建筑 防火研究所申请了住房和城乡建设部建工行业标准 建筑外墙 外保温系统防火试验方法 的编制任务 经过几十次大比例窗 口火的试验研究 确立了非等效采用英国 bs8414 1 2002 的编 制原则 目前已进入报批阶段 在 建筑外墙外保温系统防火 试验方法 规定的窗口火试验中 试验模型模拟垂直的建筑面 由主墙和与之垂直的副墙构成 外保温系统安装在建筑面上 试验模型底部燃烧室的开口模拟实际建筑中楼层的窗口或洞口 点燃的木材或燃气的火焰从窗口溢出 模拟房间内发生轰燃后 的火焰从窗口或洞口溢出时对外保温系统的攻击 检验外保温 系统的受损程度 并对其火焰传播性进行判定 试验用火源采 用约 400kg 的木材 30 分钟内释放的总热量约为 4500mj 热释 放速率峰值约为 3 0 5 mw 比正常使用条件下建筑内可燃烧物 的量要大很多 试验条件非常苛刻 从实际火灾对建筑物的攻击概率来看 中国建筑科学研究 院建筑防火研究所与相关科研团队一起 选择了窗口火试验这 一具有普遍意义的方法 从 2006 年 3 月开始至 2011 年 11 月 研究团队针对不同构造的外墙外保温系统 先后进行了 56 次外 保温系统的大尺寸模型火试验 其中 墙角火试验 10 次 窗口 火试验 46 次 试验结果试验结果 1 eps 外墙外保温系统 1 对于采取岩棉防火隔离带的 eps 薄抹灰系统 试验后 判定系统火焰传播性较低 20cm 的岩棉防火隔离带有效地阻止 了火焰垂直向上的蔓延作用 特别是试验的 eps 板的厚度达到 20cm 具有足够的可燃物质 因此可以分析得出 在窗口火试 验条件下 系统中设置 20cm 的岩棉防火隔离带足以起到抑制 火焰蔓延的作用 2 对于采取了岩棉挡火梁的 eps 薄抹灰系统 试验后判 定系统火焰传播性较低 可见岩棉挡火梁也具有一定的阻止火 焰垂直向上蔓延的作用 3 对于采用聚氨酯复合构造作为防火隔离带的 eps 薄抹 灰系统 试验后判定系统火焰传播性较低 30cm 的聚氨酯复合 构造防火隔离带有效地阻止了火焰垂直向上的蔓延作用 将火 焰传播范围限制在第一条防火隔离带以下 作用比较突出 但 如果系统自身的质量存在较大问题时 防火隔离带的阻火作用 有限 如试验 10 表现为具有火焰传播性 原因与施工质量有关 在试验 10 进行至点火开始后 17 分 20 秒时 抹面胶浆中的玻璃 纤维网格布发生了斜向断裂 点火开始后 17 分 55 秒时 悬空 的面层自边缘上部开始被点燃 11 秒后发生轰燃 因此可以认 为 防火隔离带的阻火作用是相对的 它有效阻止火焰传播的 前提应是 eps 薄抹灰外保温系统的质量满足相关标准的要求 4 对于酚醛保温复合板防火隔离带 eps 薄抹灰系统 试 验后判定系统火焰传播性较低 30cm 的酚醛防火复合板隔离带 有效地阻止了火焰垂直向上的蔓延作用 对于泡沫水泥挑沿复 合岩棉防火隔离带的 eps 薄抹灰系统 试验后判定系统火焰传 播性较低 进一步证明了岩棉防火隔离带的阻火作用 对于胶 粉聚苯颗粒贴砌聚苯板薄抹灰外墙外保温系统 试验后判定系 统火焰传播性较低 5 对于对 eps 采用厚保护层的保护方式 包括胶粉聚苯 颗粒保温浆料 膨胀玻化微珠保温防火砂浆 钢丝网瓷砖饰面 以及玻纤网瓷砖饰面等试验 结果表明 已经做过试验的厚保 护层系统 在试验状态下火焰传播性较低 2 硬泡聚氨酯外墙外保温系统 1 对于没有采取任何构造措施的硬泡聚氨酯薄抹灰系统 试验后判定系统火焰传播性较低 可以认为 在窗口火试验条 件下 硬泡聚氨酯薄抹灰系统火灾风险较小 可以不必设置防 火隔离带 2 对于采用厚保护层的硬泡聚氨酯系统 共进行了 5 次 试验 包括喷涂聚氨酯硬泡外墙外保温系统 高强耐火植物纤 维复合保温板现场浇注发泡聚氨酯外墙外保温系统 喷涂聚氨 酯硬泡加岩棉带封堵空腔幕墙保温系统 8cm 硬泡聚氨酯板材 2cm 膨胀珍珠岩砂浆抹面等 在 5 次试验中 系统火焰传播性 均较低 表现出良好的对火反应性能 可以认为 硬泡聚氨酯 采用厚保护层时火灾风险较小 3 xps 外墙外保温系统 xps 外墙外保温系统共进行 3 次试验 包括挤塑聚苯板薄 抹灰外墙外保温系统 岩棉板防火隔离带 胶粉聚苯颗粒贴砌 xps 板抹面系统 挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统 本试验 采用 b1 级挤塑聚苯板 其中 采用岩棉防火隔离带的系统 火焰传播性较低 采 用胶粉聚苯颗粒厚保护层的系统 火焰传播性较低 分析认为 使用 b1 级 xps 板又不设置防火隔离带时 保证 系统具有足够的防火安全性能具有一定难度 4 酚醛 铝单板幕墙系统 对于酚醛 铝单板幕墙系统共进行 2 次试验 试验 27 和试 验 29 试验 27 采用酚醛薄抹灰复合铝单板幕墙系统 7cm 的酚醛 保温板 点框粘的粘结方式 粘结面积 40 系统内部未采 取其它的防火构造方式 在试验状态下破坏较为严重 具有一 定的火焰传播性 试验 29 采用贴砌法粘贴酚醛保温板的施工方 式 满粘 粘结面积 100 在保温板内部进行分仓 表面抹 1cm 胶粉聚苯颗粒 并在幕墙龙骨处用胶粉聚苯颗粒进行封堵 在试验状态表现出了很好的防火安全性能 火焰传播性较低 试验结论与建议试验结论与建议 课题组综合试验结果及对各种外保温材料系统类型的防火 性能分析 初步得出以下结论 1 外保温系统的防火性能 1 b2 级的 eps 板 薄抹灰系统具有一定的抗火能力 在 系统中设置防火隔离带 也可设置挡火梁 后 可以使系统整 体的防火安全性能进一步提高 传播火焰的风险降低 2 20cm 的岩棉防火隔离带可以满足防火隔离的需要 具有足够的阻火能力 3 b2 级的硬泡聚氨酯板薄抹灰系统火焰传播性较低 可不设置防火隔离带 4 采用厚保护层的外墙外保温系统火焰传播性较低 在 系统内可不设置防火隔离带 5 外保温系统中 保温层外部如存在空腔 必须进行有 效的封堵以减小火灾蔓延的风险 2 施工质量对外保温系统防火性能的影响 外保温系统防护层的施工质量对于系统的防火性能至关重 要 2008 年 10 月 21 日进行的膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系 统 聚氨酯硬泡保温板防火隔离带试验和 2009 年 3 月 18 日进行 的膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统 挑沿试验 在试验过程中 都出现了防护面层瞬间大面积掀开的现象 导致系统内部保温 材料外露在空气中 进而产生急剧的燃烧 增加了系统火焰传 播的风险 因此 施工过程中必须严格按照相关标准进行施工操作 避免增强网干搭接 施工最好遵循自上而下或自下而上的顺序 方式 以保证外保温系统内的连接部位不存在大的缝隙 从而 减少在火灾条件下产生破坏的风险 3 对保温材料的基本要求 应用于外墙外保温的保温材料的燃烧性能不应低于 b2 级 并严格按照相关材料的产品标准要求进行现场见证取样检验 对于硬泡聚氨酯 燃烧性能要求 b2 级加氧指数 26 对于 eps 燃烧性能要求 b2 级加氧指数 30 对于 xps 燃烧性能 要求为 b2 级 在现有的生产技术水平能够达到的条件下 建议对 xps 增 加氧指数的要求 以控制材料的燃烧性能 其技术指标可规定 为 氧指数 26 在设计和施工时采取有效的防火构造措施 通过大比例窗 口火试验检验构造措施的有效性 并结合对保温材料燃烧性能 等级不得低于 b2 级和对材料氧指数的限制 来保证建筑围护结 构的防火安全 是一条简便易行的新途径 在我国具有广泛的 应用研究前景 4 防火试验的意义 外墙外保温系统的墙角火试验和窗口火试验 尤其是窗口 火试验可以同时模拟建筑室内 外火灾对建筑物的攻击 模型 尺寸能够涵盖包括防火隔断在内的所有系统构造 试验状态能 够充分反应外墙外保温系统在实际火灾中的抗火能力 能够用 于评价外墙外保温系统整体的引燃性和传播性 从实际火灾