黃振利1 居世寶1 季廣其2 殷宜初3
(1.北京振利高新技術(shù)有限公司，北京 100073； 2中國建筑科學(xué)研究院建筑防火研究所，北京 100013；3上海市合成樹脂研究所，上海 201103)
【摘 要】 酚醛泡沫作為防火保溫材料，其性能指標(biāo)滿足外墻外保溫系統(tǒng)的各項(xiàng)要求，考察防火等級為B1難燃級的酚醛泡沫應(yīng)用于最苛刻的鋁單板幕墻系統(tǒng)窗口火試驗(yàn)中保溫材料的破損情況以及火焰在系統(tǒng)表面和內(nèi)部傳播的范圍和狀態(tài)，分析該材料在有無防火構(gòu)造措施情況下的燃燒性能。通過試驗(yàn)研究，充分論證了防火隔離帶、防火保護(hù)層、無空腔構(gòu)造措施的可行性和有效性，抓住防火的關(guān)鍵要素——熱釋放速率和火焰?zhèn)鞑蓚�(gè)指標(biāo)，明確外保溫防火實(shí)驗(yàn)方法、防火分級標(biāo)準(zhǔn)和適用高度，才更有利于保障外墻外保溫系統(tǒng)防火的安全性和工程質(zhì)量的長期穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】 防火保溫材料 防火構(gòu)造措施 酚醛泡沫 實(shí)驗(yàn)方法 防火分級標(biāo)準(zhǔn)
前言
酚醛泡沫(Phenolic Foam，簡稱PF)是新型有機(jī)高分子保溫材料，被譽(yù)為保溫之王。酚醛泡沫不僅導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫性能好，還具有難燃、熱穩(wěn)定性好、質(zhì)輕、低煙、低毒、耐熱、力學(xué)強(qiáng)度高、隔音、抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，酚醛泡沫塑料原料來源豐富，價(jià)格低廉，而且生產(chǎn)加工簡單，它可以現(xiàn)場澆注發(fā)泡、可模制、也可機(jī)械加工，可制成板材、管殼及各種異型產(chǎn)品。它克服了傳統(tǒng)泡沫塑料型有機(jī)高分子保溫材料易燃、多煙有毒、遇熱變形等缺點(diǎn)，保留了傳統(tǒng)泡沫塑料型保溫材料質(zhì)輕、施工方便等特點(diǎn)。由于其本身特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定：酚醛樹脂分子主鏈上含有大量的芳基，熱解殘?zhí)剂扛�，燃燒的炭化層迅速覆蓋在燃燒著的復(fù)合物表面，從而使火焰熄滅。酚醛樹脂所具有的這些優(yōu)良性能，為將它用于外墻外保溫防火保溫材料提供了可能性。
1、酚醛泡沫優(yōu)異的防火性能
酚醛泡沫無需加入任何阻燃劑，氧指數(shù)即可高達(dá)40，屬B1級難燃材料。添加無機(jī)填料的高密度酚醛泡沫塑料氧指數(shù)可達(dá)60～70，燃燒等級可達(dá)到A級，酚醛樹脂分子結(jié)構(gòu)中碳原子比例高，苯酚分子是良好的自由基吸收劑，在高溫分解過程中，由斷裂的甲撐橋生成的自由基迅速被苯酚分子吸收，組織反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，泡沫遇見火時(shí)表面能形成結(jié)構(gòu)碳的“石墨泡沫”層，有效地保護(hù)了層內(nèi)的泡沫結(jié)構(gòu)，在材料一側(cè)著火燃燒時(shí)，另一側(cè)的溫度不會升得較高，也不擴(kuò)散，當(dāng)火焰撤除后，火自動熄滅。由于石墨層的存在，表面無滴落物、無卷曲、無熔化現(xiàn)象、不具有火焰?zhèn)鞑バ�，燃燒時(shí)的最大煙密度(SDR)不超過5，酚醛分子中只有氫、碳和氧分子，在高溫分解時(shí)，只能產(chǎn)生氫、碳和氧構(gòu)成的產(chǎn)物，除少量CO外，沒有任何其它有毒氣體，所以發(fā)生火災(zāi)時(shí)也便于消防員救援。
最終固化的酚醛泡沫具有包括數(shù)個(gè)苯酚環(huán)并有甲撐橋連接的結(jié)構(gòu)，由熱力學(xué)可知，甲撐橋是有機(jī)物連接中受溫度影響最小最為穩(wěn)定的連接之一，這使得酚醛泡沫具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，可在150℃長期使用，短時(shí)間耐熱200℃。經(jīng)測定酚醛泡沫在1000℃火焰溫度下，抗火焰能力可達(dá)120分鐘，因此在耐火板材中得到應(yīng)用，可制成酚醛泡沫防火墻。利用酚醛泡沫塑料的絕熱、抗化學(xué)腐蝕性制成的保溫材料，廣泛用于石油化工、食品、交通運(yùn)輸、賓館、公寓、醫(yī)院等高級建筑物的外墻外保溫板等行業(yè)，節(jié)能效果極其明顯。
2、外墻外保溫系統(tǒng)的構(gòu)造防火研究
外墻外保溫系統(tǒng)是否具有防火安全性，要考慮點(diǎn)火性和傳播性兩個(gè)方面的問題。點(diǎn)火性是指在火源或火種的條件下，系統(tǒng)是否能夠被點(diǎn)燃或引起燃燒的產(chǎn)生，即系統(tǒng)自身的燃燒性能要求。傳播性是指當(dāng)有燃燒或火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)是否具有傳播火焰的能力，即系統(tǒng)對外部火源攻擊的抵抗力或抗火性能要求。
從防火安全性的角度來看，外保溫系統(tǒng)大致分為兩類：一類是采用不燃保溫材料的外保溫系統(tǒng)，系統(tǒng)自身構(gòu)造具有良好的防火安全性能；另一類是采用有機(jī)高分子保溫材料的外保溫系統(tǒng)，系統(tǒng)自身構(gòu)造不能完全滿足防火安全性要求，或具有較大的火災(zāi)危險(xiǎn)性，應(yīng)采取有效的防火構(gòu)造措施。當(dāng)外保溫系統(tǒng)的保溫材料采用不燃性材料或不具有傳播火焰的難燃性材料時(shí)，外保溫系統(tǒng)幾乎不存在防火安全性問題。但是，在中國目前的技術(shù)條件下，聚苯乙烯泡沫(EPS、XPS)聚氨酯泡沫(PU)等可燃有機(jī)高分子保溫材料在建筑外保溫系統(tǒng)中的使用最為廣泛，這是產(chǎn)生外保溫系統(tǒng)防火安全性問題的起因，而隨著節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)逐步提高，膠粉聚苯顆粒、膨脹珍珠巖等漿料保溫材料因?yàn)槠鋵?dǎo)熱系數(shù)高，無法滿足較高節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，逐漸被限制和禁止使用。自 2005年至今，因?yàn)楸夭牧弦l(fā)的火災(zāi)越來越多，2009年比較典型的火災(zāi)有央視新址園區(qū)在建的文化中心樓、中央美院宿舍樓、中國科技館新館、濟(jì)南全運(yùn)會場館火災(zāi)、南京中環(huán)國際大廈又是一場大火等。面對外墻外保溫材料引發(fā)火災(zāi)事故的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)，市場對提高保溫材料防火性能的呼聲也越來越高。觸目驚心的火災(zāi)案例給我們以足夠的警示，因此，高層建筑的外保溫防火安全性問題必須提上日程。
2.1 外墻外保溫防火技術(shù)現(xiàn)狀
2007年由北京振利高新技術(shù)有限公司、中國建筑科學(xué)研究院防火研究所、 北京六建公司、清華大學(xué)、北京建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)院、建設(shè)部發(fā)展促進(jìn)中心、中國建筑材料科學(xué)研究院、北京市消防產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)測站八家單位共同完成了目前全國唯一一個(gè)國家科研成果“外墻保溫體系防火試驗(yàn)方法、防火等級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及建筑應(yīng)用范圍的技術(shù)研究”，與 2007年9月正式通過專家驗(yàn)收，并明確將外墻外保溫系統(tǒng)防火試驗(yàn)方法、防火分級及適用高度列入標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)建設(shè)部正式批準(zhǔn)后成為《建設(shè)部2006年科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目計(jì)劃》研究開發(fā)項(xiàng)目編號：06-K5-35。
在保溫材料燃燒性能等級滿足基本要求的條件下，以熱釋放速率峰值和火焰?zhèn)鞑バ缘募夹g(shù)指標(biāo)對外保溫系統(tǒng)整體構(gòu)造的防火性能進(jìn)行分級(熱釋放速率峰值和總放熱量是評價(jià)外保溫系統(tǒng)抗火能力的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，與其火焰?zhèn)鞑バ跃哂幸欢ǖ膬?nèi)在對應(yīng)關(guān)系。從本質(zhì)上講，熱釋放速率的大小與保護(hù)層的厚度直接相關(guān)，而保護(hù)層厚度是影響外保溫防火性能的關(guān)鍵要素之一，因此，熱釋放速率峰值是評價(jià)外保溫系統(tǒng)整體防火安全性能的主要技術(shù)參數(shù))，并確定不同等級外保溫系統(tǒng)的適用建筑高度，是解決我國外保溫防火問題的必由之路。
外保溫系統(tǒng)防火等級劃分是提高防火安全性的有效途徑。
表一 非幕墻式居住建筑外墻外保溫系統(tǒng)對火反應(yīng)性能
外保溫系統(tǒng)防火級別 對火反應(yīng)性能
熱釋放速率峰值
(kW/m2) 窗口火試驗(yàn)
水平準(zhǔn)位線溫度(℃) 燒損面積(m2)
J-Ⅰ ≤5 T2≤200且T1≤300或T2≤300(當(dāng)選用保溫燃燒性能等級為A級時(shí)) ≤5
J-Ⅱ ≤10 T2≤200且T1≤500 ≤10
J-Ⅲ ≤25 T2≤300 ≤20
J-Ⅳ ≤100 T2≤500 ≤40
表二 非幕墻式公共建筑外墻外保溫系統(tǒng)對火反應(yīng)性能
外保溫系統(tǒng)防火級別 對火反應(yīng)性能
熱釋放速率峰值
(kW/m2) 窗口火試驗(yàn) 墻角火試驗(yàn)
水平準(zhǔn)位線溫度(℃) 燒損面積(m2) 橫向火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x 燒損面積(m2)
G-Ⅰ ≤5 T2≤200且T1≤300或T2≤300(當(dāng)選用保溫燃燒性能等級為A級時(shí)) ≤5 ≤1.52 ≤10
G-Ⅱ ≤10 T2≤200且T1≤500 ≤10 ≤3.04 ≤20
G-Ⅲ ≤25 T2≤300 ≤20 ≤5.49 ≤40
表三 幕墻式建筑外墻外保溫系統(tǒng)對火反應(yīng)性能要求
外保溫系統(tǒng)防火級別 對火反應(yīng)性能
熱釋放速率峰值
(kW/m2) 窗口火試驗(yàn) 墻角火試驗(yàn)
水平準(zhǔn)位線溫度(℃) 燒損面積(m2) 橫向火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x 燒損面積(m2)
M-Ⅰ ≤5 T2≤200且T1≤300或T2≤300(當(dāng)選用保溫燃燒性能等級為A級時(shí)) ≤5 ≤1.52 ≤10
M-Ⅱ ≤10 T2≤200且T1≤500 ≤10 ≤3.04 ≤20
2.2 外保溫系統(tǒng)防火試驗(yàn)方法
對外保溫系統(tǒng)進(jìn)行防火安全性能評價(jià)是以試驗(yàn)為基礎(chǔ)的，試驗(yàn)方法所采用的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛻?yīng)能夠表征系統(tǒng)在實(shí)際火災(zāi)中的狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)客觀地反映外保溫系統(tǒng)的防火安全性能。只有選擇正確的試驗(yàn)方法，才能客觀、科學(xué)地評價(jià)外保溫系統(tǒng)防火安全性能。從試樣尺度劃分試驗(yàn)方法的類別，包括小尺寸試件試驗(yàn)、中尺寸試件試驗(yàn)和大尺寸模型火試驗(yàn)。
表四 外保溫系統(tǒng)的防火安全性試驗(yàn)方法表
不同比例模型火試驗(yàn) 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)核心
小比例的模型火試驗(yàn) 錐型量熱計(jì)試驗(yàn)ISO5660 針對局部構(gòu)造或單一材料
可燃性試驗(yàn)GB/T8626 針對單一材料
氧指數(shù)試驗(yàn)GB/T2406 針對單一材料
泡沫垂直燃燒GB/T8333 針對單一材料
中比例的模型火試驗(yàn) SBI試驗(yàn)EN13823 針對局部構(gòu)造或單一材料
燃燒豎爐試驗(yàn)GB/T8625 針對局部構(gòu)造或單一材料
大比例的模型火試驗(yàn) 墻角火試驗(yàn)UL1040 針對整個(gè)構(gòu)造系統(tǒng)
窗口火試驗(yàn)BS 8414－1 針對整個(gè)構(gòu)造系統(tǒng)
2.3 外墻外保溫防火構(gòu)造三種形式
熱量傳遞的三種基本方式：熱輻射、熱傳導(dǎo)、熱對流；與外保溫系統(tǒng)整體防火構(gòu)造三種形式具有一定的內(nèi)在對應(yīng)關(guān)系：
保 護(hù) 層：包括防護(hù)層和飾面層。防護(hù)層以抹面漿料為主，其厚度和質(zhì)量穩(wěn)定性，決定系統(tǒng)層面構(gòu)造的抗火能力。不同的保護(hù)層材質(zhì)和構(gòu)造，不同的施工質(zhì)量，其抗火能力是不同的。防火保護(hù)層的存在能有效減少熱釋放速率峰值，并改善火焰?zhèn)鞑バ�，提高系統(tǒng)防火等級。
防火分隔：系統(tǒng)防火分隔構(gòu)造或分倉構(gòu)造的存在，能夠有效地阻止火焰的蔓延。防火分隔包括建筑層的防火隔離帶、門窗洞口的隔火構(gòu)造、系統(tǒng)自身的分倉構(gòu)造等。作為防火隔離帶和擋火梁的保溫材料，要求在火災(zāi)條件下，具有阻隔火焰和熱量傳播的能力，并在高溫火焰條件下仍具有良好的尺寸穩(wěn)定性。
空腔構(gòu)造：空腔構(gòu)造的存在可能為系統(tǒng)中保溫材料的燃燒及火焰的蔓延提供充足的氧。外保溫系統(tǒng)中貫通的空腔構(gòu)造和封閉的空腔構(gòu)造對系統(tǒng)的防火安全性能的影響程度是不同的。特別指出的是，在火災(zāi)條件下，由于系統(tǒng)中熱塑性保溫材料受火后的收縮、熔化甚至燃燒，可能導(dǎo)致空腔的形成或封閉空腔的貫通，有空腔的系統(tǒng)會有利于火焰?zhèn)鞑�，對系統(tǒng)的阻火性產(chǎn)生不利的影響。
3、大尺寸模型火試驗(yàn)簡介——窗口火試驗(yàn)BS 8414
3.1 試驗(yàn)?zāi)康?BR>
模擬外墻外保溫系統(tǒng)在窗口火試驗(yàn)下的受火狀態(tài)，確定外墻外保溫構(gòu)造系統(tǒng)阻止火焰蔓延的能力，以及在火作用下構(gòu)造系統(tǒng)中保溫材料的破損狀態(tài)。
3.2 試驗(yàn)依據(jù)
英國BS 8414-1:2002 Fire Performance of External Cladding Systems–– Part 1：Test method for Non– Load Bearing External Cladding Systems Applied to the Face of the Building(《外部包覆系統(tǒng)的防火性能－第1部分：建筑外部非承載包覆系統(tǒng)試驗(yàn)方法》)。
3.3試驗(yàn)?zāi)Ｐ?見圖1所示)
<1> 試驗(yàn)裝置應(yīng)代表建筑的墻面，由砌筑體或砌筑填充物構(gòu)成，具有垂直的主試驗(yàn)墻和在其一面并與之成90°角的回轉(zhuǎn)墻(副墻)，主墻應(yīng)提供符合條件的燃燒室。試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)持久耐用，不影響試驗(yàn)進(jìn)程，設(shè)備自身不要出現(xiàn)不適當(dāng)?shù)膿p壞和失真。
<2> 主試驗(yàn)墻垂直并至少高出燃燒室頂部6000mm，最小寬度為2600mm。
<3> 回轉(zhuǎn)墻(副墻)垂直并與主試驗(yàn)墻高度相同，最小寬度為1500mm；副墻應(yīng)與主墻垂直建造，距燃燒室開口邊緣(250±10)mm。
<4> 燃燒室位于主垂直試驗(yàn)墻的底部，火焰能夠從其開口噴出。開口尺寸高為(2000±100) mm、寬為(2000±100) mm；燃燒室應(yīng)至少 4.275 m3，內(nèi)部尺寸至少寬為1900 mm、深為1000mm、高為2250mm。將符合規(guī)定的合適熱源放置在燃燒室內(nèi)。
圖1 窗口火試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D 圖2-1測點(diǎn)位置示意圖 圖2-2構(gòu)造測溫布點(diǎn)示意圖
3.4 試驗(yàn)方案
表五 第1輪試驗(yàn)選用點(diǎn)框粘酚醛泡沫板薄抹灰鋁單板幕墻系統(tǒng)窗口火試驗(yàn)窗的試驗(yàn)方案：
基層墻體
① 系統(tǒng)的基本構(gòu)造 構(gòu)造示意圖
粘結(jié)層
② 保溫層
③ 抗裂防護(hù)層
④和⑤ 飾面層
⑥
砌體墻 酚醛泡沫板粘結(jié)砂漿 70mm厚酚醛泡沫板(600*1200) 5mm抹面砂漿復(fù)合耐堿網(wǎng)布(用塑料錨栓⑦與基層固定) 2.5mm鋁單板
<1> 系統(tǒng)用點(diǎn)框法粘貼，粘貼面積大于40%，保溫板與基層墻體的粘貼(保溫板之間相互貼實(shí))有空腔構(gòu)造，在非火災(zāi)條件下，空腔是不貫通的，系統(tǒng)無分倉防火構(gòu)造。
<2> 試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛪w的邊角部位玻璃纖維網(wǎng)格布翻包加強(qiáng)。系統(tǒng)內(nèi)部未設(shè)置防火隔離帶。
<3> 酚醛泡沫板面抹5mm抗裂砂漿作防火保護(hù)層。
表六 第2輪試驗(yàn)選用膠粉聚苯顆粒貼砌酚醛泡沫板鋁單板幕墻系統(tǒng)窗口火試驗(yàn)窗的試驗(yàn)方案：
基層墻體
① 系統(tǒng)的基本構(gòu)造 構(gòu)造示意圖
粘結(jié)層
② 保溫層
③ 找平層
④ 飾面層
⑤
砌體墻 基層界面砂漿+15mm膠粉聚苯顆粒貼砌漿料 經(jīng)防火界面劑處理70mm酚醛泡沫板(600*400) 20mm膠粉聚苯貼砌漿料找平層 抹面砂漿復(fù)合耐堿網(wǎng)布+2.5mm鋁單板飾面
施工時(shí)每根龍骨后面的空腔用膠粉聚苯顆粒貼砌漿料封堵，窗口上檐20cm和側(cè)邊10cm均抹膠粉聚苯顆粒貼砌漿料做防火隔離帶，飾面層統(tǒng)一做，墻體上下和側(cè)邊用鋁單板全部覆蓋
3.5 試驗(yàn)條件
<1> 試驗(yàn)開始時(shí)的環(huán)境溫度應(yīng)在(20±15) ℃的范圍內(nèi)，霧天或時(shí)間倉促時(shí)不能進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)前任何方向的空氣流速不得大于2 m/s。
<2> 試驗(yàn)火源：試驗(yàn)用火源為規(guī)則碼放的方木條，碼放后的尺寸為1.5 m×1.0 m×1.0 m。點(diǎn)火采用經(jīng)石油溶劑油浸泡后的纖維板條，點(diǎn)燃堆積的木材(云杉、松木、杉木等)。
<3> 溫度測點(diǎn)：根據(jù)BS 8414-1，水平線1、2分別設(shè)有8個(gè)測點(diǎn)，如上圖2-1所示。對于每個(gè)測溫點(diǎn)位置有3個(gè)熱電偶，分別位于保溫層中心(編號I)、保護(hù)層中心(編號M)、整體構(gòu)造外部(編號E)，如上圖2-2所示。另外在燃燒室的窗口及內(nèi)部分別設(shè)置了6個(gè)熱電偶，環(huán)境設(shè)置了2個(gè)熱電偶。溫度測點(diǎn)總數(shù)為 56個(gè)。
<4> 試驗(yàn)監(jiān)測：試驗(yàn)過程中，除溫度測點(diǎn)外，還從3個(gè)不同的方位對火源和墻體的受火面進(jìn)行了攝像。
3.6試驗(yàn)結(jié)果
<1> 試驗(yàn)進(jìn)程與觀察現(xiàn)象
點(diǎn)火開始后，數(shù)據(jù)采集與觀測約40分鐘。點(diǎn)框粘酚醛泡沫板薄抹灰鋁單板幕墻系統(tǒng)(主墻龍骨處空腔厚度為11cm,副墻為17cm)，燃燒10分鐘時(shí)，部分酚醛泡沫板碳化，靠火焰部位酚醛泡沫板被陰燃，熱對流通過龍骨空腔部位迅速向豎直方向上竄，空腔結(jié)構(gòu)在受火攻擊后很容易開裂，火焰直接攻擊，火焰的溫度很高(這是燃燒條件之一——達(dá)到有機(jī)物燃點(diǎn))，而空腔中有空氣(這是燃燒條件之二——供氧)，因此有機(jī)保溫材料酚醛泡沫板就會燃燒。當(dāng)空腔的空氣受熱迅速膨脹，在空腔中風(fēng)速會很大，會增大熱對流速度，導(dǎo)致有機(jī)保溫材料溫度上升快，到達(dá)著火點(diǎn)后燃燒。熱量積聚到一定程度，致使鋁板開始融化。對膠粉聚苯顆粒貼砌酚醛泡沫板鋁單板幕墻系統(tǒng)(主墻空腔厚度為7cm,副墻為13cm)，燃燒15分鐘時(shí)，部分酚醛泡沫板泡沫碳化，靠火場部位直接受火焰攻擊、高溫?zé)彷椛渥饔娩X板開始融化，試驗(yàn)過程中墻體表面出現(xiàn)少量火焰，但未見蔓延，也未發(fā)現(xiàn)其它異常現(xiàn)象。
<2> 環(huán)境溫度曲線——環(huán)境溫度測點(diǎn)曲線見下圖：
(圖3-1是點(diǎn)框粘酚醛泡沫板薄抹灰系統(tǒng)； 圖4-1膠粉聚苯顆粒貼砌酚醛泡沫板系統(tǒng))
圖7-1環(huán)境溫度曲線 圖8-1環(huán)境溫度曲線
根據(jù)上圖得知：兩次實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度都滿足實(shí)驗(yàn)要求。
<3> 墻體溫度曲線——墻體水平線1的測點(diǎn)溫度曲線見下圖
(圖3-11～圖3-13是點(diǎn)框粘酚醛泡沫板薄抹灰系統(tǒng)；圖4-11～圖4-13膠粉聚苯顆粒貼砌酚醛泡沫板系統(tǒng))
圖3-11 level1鋁板外部溫度曲線 圖4-11 level1鋁板外部溫度曲線
根據(jù)上圖得知：通過兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，鋁板外表面在火焰的作用下處于850℃以上的高溫，保溫層內(nèi)部酚醛材料均出現(xiàn)了劇烈燃燒，鋁板自身具有蓄熱性、傳熱性、散熱性極強(qiáng)的金屬材料，使金屬表面溫度快速上升，因右圖采取了厚的保護(hù)層構(gòu)造，有效阻擋了火焰對保溫材料的直接攻擊，抵消部分熱量傳遞。
圖3-12 level1方鋼龍骨空腔溫度曲線 圖4-12 level1方鋼龍骨空腔溫度曲線
根據(jù)上圖得知：通過兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，左圖900℃以的上高溫，進(jìn)一步證實(shí)了系統(tǒng)內(nèi)部保溫材料酚醛出現(xiàn)了劇烈燃燒，加上系統(tǒng)采用點(diǎn)框粘做法系統(tǒng)內(nèi)部空腔加速了熱對流的速度，加速了系統(tǒng)其它部位的酚醛材料進(jìn)一步燃燒，右圖由于采取了雙分倉構(gòu)造，空腔內(nèi)部溫度在150℃左右，有效的控制了火焰在系統(tǒng)內(nèi)部傳播的范圍，即使在火焰高溫?zé)彷椛錀l件下，使得部分酚醛材料陰燃后也不會快速產(chǎn)生較高的熱量，雙分倉構(gòu)造有效的阻斷了熱量傳遞、控制了火災(zāi)的蔓延。
圖3-13 level1保溫層溫度曲線 圖4-13 level1保溫層溫度曲線
根據(jù)上圖得知：通過兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，左圖測點(diǎn)溫度900℃以上， 5mm厚的抗裂砂漿無法抵擋火焰直接攻擊及高溫?zé)彷椛�，使得火焰迅速滲透到系統(tǒng)內(nèi)部，使得酚醛材料出現(xiàn)了劇烈的燃燒，右圖由于采取了20mm厚膠粉聚苯顆粒保溫漿料作為防火保護(hù)層，保溫層內(nèi)部溫度在150℃左右，在門窗洞口的四周及在門窗洞口上邊緣的設(shè)置擋水梁防火構(gòu)造。防火性能也隨著保護(hù)層厚度增加而增強(qiáng)，具有良好的抗火性能。設(shè)置擋火梁可以免受火源對系統(tǒng)的直接攻擊，具有較好的隔火作用。
——墻體水平線2的測點(diǎn)溫度曲線見下圖：
(圖3-21～3-23是點(diǎn)框粘酚醛泡沫板薄抹灰系統(tǒng)；圖4-21～4-23膠粉聚苯顆粒貼砌酚醛泡沫板系統(tǒng))
圖3-21 level2鋁板外部溫度曲線 圖4-21 level2鋁板外部溫度曲線
根據(jù)上圖得知：由于水平線2的測點(diǎn)位置遠(yuǎn)離水平線1的測點(diǎn)位置，鋁板外部溫度：左圖600℃以的上高溫、右圖400℃左右。水平線1的測點(diǎn)位置離火源比較近，測得的溫度數(shù)據(jù)普遍高于水平線2的溫度。
圖3-22 level2方鋼龍骨空腔溫度曲線 圖4-22 level2方鋼龍骨空腔溫度曲線
根據(jù)上圖得知：盡管水平線2空腔部位在火焰的作用下處于高溫，左圖空腔溫度在800℃以的上，右圖由于采取了雙分倉構(gòu)造，層內(nèi)各測點(diǎn)的溫度均低于200℃
圖3-23 level2保溫層溫度曲線 圖4-23 level2保溫層溫度曲線
根據(jù)上圖得知：盡管水平線2的保溫層在火焰的作用下處于高溫，溫度達(dá)900℃以上，右圖由于采取膠粉聚苯顆粒保溫漿料作為外保溫系統(tǒng)防火保護(hù)層和擋火梁防火層，使得層內(nèi)各測點(diǎn)的溫度均低于120℃
<4> 試驗(yàn)后觀察
試驗(yàn)后，對點(diǎn)框粘酚醛泡沫板薄抹灰鋁單板幕墻系統(tǒng)保溫層的損壞程度進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)受火部位的保溫材料基本被燒光，燃燒高度為8米，燒損面積為 25m2，僅靠提高保溫材料燃燒等級是無法滿足幕墻系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)防火等級要求，并不能阻止大型火災(zāi)試驗(yàn)狀態(tài)下的火焰?zhèn)鞑? 不符合標(biāo)準(zhǔn)判定條件。
對膠粉聚苯顆粒貼砌酚醛泡沫鋁單板幕墻系統(tǒng)保溫層的損壞程度進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)只有系統(tǒng)表面墻體受火部位的酚醛泡沫板被燒損后炭化，其它部位的酚醛泡沫板完好。燃燒高度為2米，燒損面積約為4m2，滿足幕墻式建筑外墻外保溫系統(tǒng)對火反應(yīng)性能要求。
防火構(gòu)造的措施：
1)關(guān)鍵措施——增加保護(hù)層厚度
根據(jù)豎爐試驗(yàn)結(jié)果，防火性能也隨著保護(hù)層厚度增加而增強(qiáng)，各測點(diǎn)溫度隨保護(hù)層厚度的增加而減少；點(diǎn)框粘酚醛泡沫板薄抹灰鋁單板幕墻系統(tǒng)保護(hù)層只有5mm厚的抗裂砂漿，難以抵擋火焰對系統(tǒng)的熱輻射作用。對于膠粉聚苯顆粒貼砌酚醛泡沫板鋁單板幕墻系統(tǒng)保護(hù)層是20mm膠粉聚苯顆粒漿料，膠粉聚苯顆粒漿料導(dǎo)熱系數(shù)較水泥砂漿低很多，在遇火及熱作用時(shí)，向內(nèi)部傳遞熱量少且慢，熱量集中在聚苯顆粒保溫漿料層表面，對內(nèi)部酚醛泡沫板保溫層的防火保護(hù)作用較水泥砂漿等剛性材料更加顯著。
現(xiàn)用膠粉聚苯顆粒保溫漿料作為外保溫系統(tǒng)防火保護(hù)層，膠粉聚苯顆粒保溫漿料是一種有機(jī)無機(jī)復(fù)合的保溫隔熱材料，聚苯顆粒的體積大約在80%左右，導(dǎo)熱系數(shù)0.06(w/m•k)。膠粉聚苯顆粒在受熱時(shí)，通常包含的聚苯顆粒會軟化和熔化，但不會發(fā)生燃燒。在長期受火作用時(shí)，由于聚苯顆粒被無機(jī)料包裹，其中被包裹的有機(jī)聚苯顆粒熔融后將形成封閉的空腔，無機(jī)膠凝材料作為支撐骨架，此時(shí)該保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)會更低，可以大大延緩熱量由外向內(nèi)的傳遞，對建筑結(jié)構(gòu)墻體起到很好的熱保護(hù)作用。
2)避免貫通的空腔構(gòu)造
采用燃燒等級為B1膠粉聚苯顆粒貼砌漿料滿粘酚醛泡沫板，雙面覆合防火性能較好的貼砌保溫漿料找平，系統(tǒng)防火性能達(dá)到A2級(不燃)。與條粘或點(diǎn)框粘酚醛泡沫板相比阻斷了火焰的蔓延，同時(shí)也分擔(dān)了部分溫度的壓力，緩解了高溫對酚醛泡沫板熱輻射影響。因此形成復(fù)合保溫層后有利于提高保溫層的耐火性能及高溫輻射穩(wěn)定性，適用于防火等級要求更高的鋁幕墻體系建筑的使用。
一般條粘或點(diǎn)框粘酚醛泡沫板做法存在空腔，易留下從下往上的火道，產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，增大了防火隱患。采取膠粉聚苯顆粒貼砌漿料滿粘酚醛泡沫板可有效地控制火災(zāi)蔓延、熱輻射和次生煙塵災(zāi)害。系統(tǒng)無空腔作法杜絕引火通道，進(jìn)一步提高了高層建筑外保溫層的安全性。
3)金屬幕墻系統(tǒng)防火措施——雙分倉構(gòu)造
外保溫系統(tǒng)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是火焰?zhèn)鞑ィ瑢τ诓痪哂凶柚够馂?zāi)蔓延的外保溫系統(tǒng)，采取防火分隔措施是十分必要的，并且這種防火分隔措施一定要合理，才能保證措施的有效性。不燃或難燃材料制作的擋火梁和隔離帶等防火構(gòu)造措施能起到減少火焰?zhèn)鞑シ秶淖饔谩?BR>
雙分倉防火隔離帶：
在建筑外墻外保溫系統(tǒng)中，水平或垂直設(shè)置的能阻止火焰蔓延的帶狀防火構(gòu)造。采用雙分倉構(gòu)造防火措施，各自分擔(dān)了兩個(gè)系統(tǒng)防火任務(wù)，有效的阻止了火災(zāi)條件下火焰通過外保溫系統(tǒng)自身傳播。在進(jìn)行最苛刻鋁單板幕墻系統(tǒng)窗口火試驗(yàn)中，點(diǎn)框粘酚醛泡沫板薄抹灰鋁單板幕墻系統(tǒng)無任何防火隔離帶措施。
膠粉聚苯顆粒貼砌酚醛泡沫板鋁單板幕墻系統(tǒng)根據(jù)橫縱向龍骨面積大小、龍骨空腔大小、外飾面材鋁單板，對各龍骨間進(jìn)行分倉防火構(gòu)造，由于鋁單板是個(gè)蓄熱性、傳熱性、散熱性極強(qiáng)的金屬材料，對保溫材料抗熱輻射能力提出了更高的要求。用膠粉聚苯顆粒對龍骨進(jìn)行分倉，能夠有效地阻止火焰向相鄰龍骨倉蔓延，保證了每個(gè)龍骨倉之間的相互獨(dú)立性，有效阻滯了火災(zāi)蔓延；對相鄰保溫層進(jìn)行分倉防火構(gòu)造，有效的控制了火焰在系統(tǒng)內(nèi)部水平方向與垂直方向的傳播范圍和保溫材料的破損面積，阻斷了因保溫材料陰燃后產(chǎn)生的熱量傳遞。通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了，可以通過改變分倉面積的大小，采用雙分倉構(gòu)造，來進(jìn)一步地提高有機(jī)保溫材料的防火性能。
3.7 結(jié)論
<1> 試驗(yàn)結(jié)果表明，施工質(zhì)量對于防火構(gòu)造的效果極為關(guān)鍵，良好的技術(shù)節(jié)點(diǎn)處理可避免不同的保溫材料間的連接處出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，阻隔外界空氣的進(jìn)入，使可燃有機(jī)保溫材料即使達(dá)到燃點(diǎn)也只會熔融而不會發(fā)生燃燒，不燃或難燃有機(jī)保溫材料如酚醛泡沫表面僅有碳化不會發(fā)生燃燒�？扇夹杂袡C(jī)保溫材料的燃燒特點(diǎn)是燃燒劇烈傳播迅速，對于不同構(gòu)造的建筑保溫層厚度是有區(qū)別的，發(fā)生火災(zāi)后由于可燃性有機(jī)保溫材料燃燒對建筑承重構(gòu)件耐火極限的影響、產(chǎn)生的熱量和有毒煙氣進(jìn)入室內(nèi)的比例及在整個(gè)火災(zāi)所造成的破壞和損失所占份額也是不同的，需要具體分析并根據(jù)不同情況，采用不同的解決方案和措施。
<2> 根據(jù)公安部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布了《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾暫行規(guī)定》(簡稱“46號文件”)文件內(nèi)容，第五條——幕墻式建筑應(yīng)符合下列規(guī)定：建筑高度大于等于24m時(shí)，保溫材料的燃燒性能應(yīng)為A級�，F(xiàn)在我們采用B1級有機(jī)保溫材料酚醛泡沫板加上采取合理有效的防火構(gòu)造措施(保護(hù)層、防火分隔、空腔構(gòu)造)，也可以滿足金屬鋁單板、石材等非透明幕墻結(jié)構(gòu)建筑的高標(biāo)準(zhǔn)防火等級要求，對原46號文件內(nèi)容技術(shù)規(guī)定的一種有效補(bǔ)充與擴(kuò)展。
<3> 通過這兩次防火實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，認(rèn)識到要保證外保溫系統(tǒng)防火安全性，堅(jiān)決控制外保溫的熱釋放速率和火焰?zhèn)鞑蓚�(gè)指標(biāo)，這樣就可抓住防火的關(guān)鍵要素。
<4> 我國地域廣，南北溫差大。應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)、不同氣候條件對外保溫的技術(shù)要求不同，相應(yīng)采取科學(xué)適度有效的防火構(gòu)造措施和采用高效隔熱難燃有機(jī)保溫材料，這決定了我國外保溫系統(tǒng)的種類必然是多樣化。
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