提升建筑節(jié)能外墻保溫材料防火性能的研究

劉 博 山西一建集團(tuán)有限公司

1 前言

科技改變生活，也改變了建筑施工工藝。傳統(tǒng)的外墻保溫技術(shù)是通過(guò)加厚墻體來(lái)實(shí)現(xiàn)保溫效果的，它提高了建筑成本，而保溫效果卻非常有限。如今，這種技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足節(jié)能環(huán)保的需求，它在建筑行業(yè)中面臨淘汰。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展、施工技術(shù)的進(jìn)步、節(jié)能要求的提高，積極推廣應(yīng)用建筑外墻保溫節(jié)能技術(shù)成為建筑行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。應(yīng)用外墻保溫節(jié)能技術(shù)，能夠在降低建筑能耗的同時(shí)，提高建筑物室內(nèi)環(huán)境的舒適性。

2 建筑物外墻保溫材料防火的意義

目前，我國(guó)建筑市場(chǎng)中使用的建筑外墻保溫材料分為有機(jī)材質(zhì)的保溫材料、無(wú)機(jī)材質(zhì)的保溫材料。有機(jī)材質(zhì)的絕熱保溫材料常見(jiàn)的有聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板、擠塑聚苯乙烯泡沫板等，這些材料具有質(zhì)量輕、隔音、隔熱、保溫性能良好的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)生產(chǎn)工藝十分簡(jiǎn)單，適合廣泛應(yīng)用。但是，在對(duì)這些材料使用期間，還需要重視其防火安全性能。對(duì)于無(wú)機(jī)材料，市場(chǎng)上以巖棉、玻璃棉等為主，其金屬氧化物相對(duì)穩(wěn)定且不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，火災(zāi)發(fā)生率不高，防火性能理想。但是，此種材料如果出現(xiàn)污染空氣的粉塵、纖維等很容易滋生大量細(xì)菌，從而給人們身體健康帶來(lái)不利影響。所以，在建筑行業(yè)中無(wú)機(jī)材質(zhì)保溫材料的應(yīng)用受到限制，為增強(qiáng)外墻保溫性能，多在墻體外增加保溫層。有機(jī)外墻保溫材料本身防火性能差，如果出現(xiàn)火災(zāi)，火勢(shì)會(huì)迅速蔓延，實(shí)際燃燒中不僅會(huì)釋放大量熱量，也會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，從而給人體帶來(lái)危害。并且該材質(zhì)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，如果出現(xiàn)明火或者高溫情況很容易點(diǎn)燃，火災(zāi)發(fā)生率顯著提高。加之我國(guó)消防供水、救火設(shè)施有待完善，僅利用滅火器無(wú)法對(duì)整個(gè)火勢(shì)有效控制，撲救難度大，容易造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

此外，如果建筑物墻體表面未應(yīng)用不燃材質(zhì)，內(nèi)部保溫材料會(huì)受高溫條件影響而導(dǎo)致保溫層整體脫落，且保溫材料會(huì)被點(diǎn)燃，從而引起火災(zāi)。所以說(shuō)，對(duì)外墻保溫材料進(jìn)行防火處理是非常必要的。

3 外墻保溫節(jié)能的分類(lèi)

3.1 熱塑性節(jié)能保溫材料

熱塑性節(jié)能保溫材料主要指達(dá)到一定溫度具備可塑性，冷卻后形成固化效果的保溫材料。如今國(guó)內(nèi)使用的熱塑性墻體保溫材料基本普遍處于B1燃燒等級(jí)，一些特殊類(lèi)型的保溫材料達(dá)到B2即可投入施工使用。隨著實(shí)際施工環(huán)境條件的變化，熱塑性墻體保溫材料的防火等級(jí)也存在差異，尤其是涂抹砂漿施工工序完成后，外墻保溫材料可升至燃燒等級(jí)A級(jí)。這類(lèi)情形材料具有較嚴(yán)格的溫度要求，應(yīng)避免超過(guò)80℃門(mén)限值，以免因高溫導(dǎo)致保溫材料燃燒。聚苯乙烯泡沫塑料是一類(lèi)建筑外墻施工應(yīng)用范圍較廣的熱塑性保溫材料，其主要通過(guò)將苯乙烯聚合加工形成，具有輕質(zhì)量、高硬度、耐高溫等優(yōu)勢(shì)，熱導(dǎo)系數(shù)為0.04W（m·K）。隨著材料研發(fā)技術(shù)的提高，國(guó)內(nèi)熱塑性墻體保溫材料的性能也提升迅速，XPS型板材遇熱軟化門(mén)限溫度值可達(dá)到110℃，相較于聚苯乙烯板材料更具阻燃優(yōu)勢(shì)。

3.2 無(wú)機(jī)防火保溫板

此種保溫板通過(guò)無(wú)機(jī)材料制作而成，它的特性是不易燃、節(jié)能、隔音強(qiáng)等。由珍珠巖保溫板、發(fā)泡玻璃保溫板、泡沫混凝土保溫板等組成。其生產(chǎn)過(guò)程具有典型的節(jié)能特征，有助于保護(hù)環(huán)境，而且運(yùn)輸材料、儲(chǔ)存時(shí)的安全性較高。它的主要原料是粉塵灰和水泥，具備不燃的特性，這也意味著無(wú)機(jī)防火保溫板能夠在保證保溫效果的基礎(chǔ)上，滿(mǎn)足建筑物的防火需要。

3.3 無(wú)機(jī)節(jié)能保溫材料

無(wú)機(jī)節(jié)能保溫材料是為了達(dá)到設(shè)計(jì)的保溫隔熱效果，將玻璃、石塊等無(wú)機(jī)材料經(jīng)過(guò)一系列加工處理形成的保溫材料。無(wú)機(jī)保溫材料在經(jīng)過(guò)良好的磨面砂漿處理后，可實(shí)現(xiàn)較好的隔熱保溫效果。當(dāng)前應(yīng)用于建筑外墻節(jié)能保溫的無(wú)機(jī)材料，主要有?；⒅楸厣皾{、膨脹珍珠巖和巖棉等。玻化微珠保溫砂漿是將膨脹玻璃微珠加工處理后形成的，具有較好的隔熱保溫節(jié)能效果。

由于材料中摻入了膠凝添加劑和抗裂添加劑，因此還兼具較好的抗老化性能和防火性能。膨脹珍珠巖的特點(diǎn)是熱導(dǎo)系數(shù)低，可應(yīng)用于各類(lèi)復(fù)雜地理環(huán)境及惡劣的氣候環(huán)境。巖棉無(wú)機(jī)材料除具有較低的熱導(dǎo)系數(shù)，還兼具較好的耐酸堿腐蝕性和阻燃效果。同時(shí)由于巖棉自身材質(zhì)柔軟，也便于保溫施工的操作。

3.4 巖棉板

巖棉材料自身的性能出眾，早期主要用于外墻的保溫層建設(shè)。巖棉材料主要由輝綠巖和玄武巖構(gòu)成，加工制作過(guò)程中可以根據(jù)制作性能、指標(biāo)的不同而額外添加其他材料，并給予加壓強(qiáng)吹后創(chuàng)造纖維狀態(tài)。隨著生產(chǎn)工藝的不斷進(jìn)步，巖棉材料近年來(lái)呈現(xiàn)出了多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，能夠滿(mǎn)足不同的建設(shè)需求。需要注意的是，巖棉材料對(duì)于酸度系數(shù)有著較高的要求，若巖棉材料自身的酸度系數(shù)較低，則其機(jī)械強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求，且較低的酸度系數(shù)會(huì)在材料老化之后進(jìn)一步影響到材料的強(qiáng)度。

3.5 泡沫玻璃

泡沫玻璃是常見(jiàn)的建筑外墻無(wú)機(jī)保溫材料，其是一種多孔玻璃材料，但因其成本較高，所以常被應(yīng)用于工業(yè)保溫隔熱工程中。具體而言，工作人員在制作泡沫玻璃的時(shí)候會(huì)用到非金屬礦、廢玻璃、粉煤灰等原料，并在這些原料中加入一些改性劑、穩(wěn)泡劑、助溶劑等，然后通過(guò)粉碎、混合制作成配合料。之后，工作人員會(huì)將混合料放入模具中進(jìn)行加熱。最后，可形成一種內(nèi)部具有較為均勻的氣泡的多孔玻璃材料。

泡沫玻璃最早出現(xiàn)于20世紀(jì)40年代的法國(guó)，主要原料為玻璃，發(fā)泡劑為碳酸鈣，一開(kāi)始制作泡沫玻璃時(shí)，相關(guān)工作人員使用了耐火模具進(jìn)行加熱發(fā)泡，最終制作出了輕石狀材料。泡沫玻璃的特點(diǎn)在于生產(chǎn)成本較高，所以常被應(yīng)用于工業(yè)保溫隔熱工程中，很少被應(yīng)用于高層民用建筑外墻建設(shè)中。所以，降低成本、提高其成品率成為了相關(guān)學(xué)者、專(zhuān)家需要解決的問(wèn)題，如此，才可使泡沫玻璃被廣泛應(yīng)用于高層民用建筑外墻中，才可將其效用最大限度地發(fā)揮出來(lái)。

4 外墻保溫材料的火災(zāi)危害

第一，由于外墻保溫材料自身就具有一定的燃燒性能，在外墻保溫材料與外界熱源接觸后，熱量不易散發(fā)導(dǎo)致溫度迅速上升，溫度較高就會(huì)引發(fā)有機(jī)保溫材料出現(xiàn)分解反應(yīng)或者降解反應(yīng)，隨后會(huì)排出大量的可燃燒氣體，與空氣中的氧氣混合后就會(huì)引起燃燒。除此之外，保溫材料的燃燒屬于不完全燃燒，會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體，這對(duì)于人體的健康危害是非常重大的。

第二，外墻保溫材料大多都是粘貼在建筑外墻上的，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢(shì)就會(huì)迅速蔓延導(dǎo)致建筑物整體起火。

第三，目前我國(guó)雖然對(duì)外墻保溫材料的防火設(shè)計(jì)提出了一定要求，但是沒(méi)有明確在發(fā)生火災(zāi)時(shí)應(yīng)該用怎樣的方式來(lái)避免火勢(shì)再次蔓延，而外墻保溫材料受高溫的影響，整個(gè)表面會(huì)出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致墻體保溫材料中的有毒氣體散播出去，逃生人員一旦吸入就會(huì)對(duì)身體健康造成一定的危害。

與此同時(shí)，有機(jī)保溫材料在出現(xiàn)熱熔縮變形等現(xiàn)象的過(guò)程中，也會(huì)導(dǎo)致面磚發(fā)生掉落，這也會(huì)對(duì)逃生者以及救助人員的生命安全造成一定的威脅。

第四，建筑室內(nèi)的自動(dòng)消防設(shè)施不能覆蓋到外墻。特別是高層建筑外墻的保溫材料著火后，由于建筑高度過(guò)高，現(xiàn)有消防裝備難以滿(mǎn)足外部滅火救援的條件，所以消防救援難度大。

5 高層建筑外墻保溫系統(tǒng)防火措施

5.1 加強(qiáng)源頭監(jiān)督

根據(jù)《建筑工程消防監(jiān)督管理規(guī)定》，我國(guó)已經(jīng)將外墻保溫材料納入到消防設(shè)計(jì)審查、驗(yàn)收工作中，對(duì)建筑外墻保溫材料源頭檢查的不足問(wèn)題給予了必要關(guān)注。在對(duì)外墻保溫材料進(jìn)行審核、驗(yàn)收和檢驗(yàn)期間，建設(shè)部門(mén)、監(jiān)理部門(mén)和消防部門(mén)需要做好各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)督工作。同時(shí)，也要關(guān)注外墻保溫材料的消防安全隱患，結(jié)合實(shí)際情況組織工作人員展開(kāi)消防安全整治工作，這樣才能杜絕違法行為的發(fā)生，避免違法活動(dòng)的出現(xiàn)。不僅如此，施工單位也要構(gòu)建完善的消防安全責(zé)任制度，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況詳細(xì)監(jiān)督，對(duì)消防救援準(zhǔn)備工作積極引導(dǎo)，使消防水源、消防設(shè)施更完善。

5.2 保溫材料選擇

實(shí)際過(guò)程中，可以采用箱體材料保溫、復(fù)合夾心保溫材料或者A級(jí)保溫材料等等，通過(guò)建筑外墻保溫材料自身的防火性能。箱體保溫材料的防火關(guān)鍵就是其外殼結(jié)構(gòu)，通過(guò)石膏板、輕質(zhì)水泥墻共同構(gòu)成，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)保溫材料的防火保護(hù)，保溫材料則處于外殼的保護(hù)之中，以此實(shí)現(xiàn)其防火性能的全面提升；復(fù)合夾心保溫材料上下層為水泥漿，保溫材料位于水泥漿中心，主要是酚醛板不易燃，具有低溫防火、耐高溫不變形的基本優(yōu)點(diǎn)；A級(jí)保溫材料主要就是巖棉防火板或者防火條、礦棉、玻璃絲綿等，其本身屬于不燃性材料，并且保溫效果也相對(duì)較好，但是其成本相對(duì)較高，工藝也較為復(fù)雜。

5.3 合理選擇供水方式

供水渠道的暢通與否關(guān)系到滅火戰(zhàn)斗的成敗。若現(xiàn)場(chǎng)火勢(shì)不大，應(yīng)立即使用室內(nèi)消火栓、輕便水龍進(jìn)行滅火，并向消防控制室偵查人員確認(rèn)消防水泵是否已經(jīng)啟動(dòng)。當(dāng)水泵出現(xiàn)無(wú)法啟動(dòng)或故障等情況時(shí)，指揮員應(yīng)迅速?zèng)Q定使用水泵接合器向樓內(nèi)供水，但必須提前明確供水區(qū)域與水泵接合器的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)消防泵、水泵接合器等固定消防設(shè)施都不能正常使用或不能滿(mǎn)足滅火用水需求時(shí)，還可酌情采用手抬機(jī)動(dòng)泵供水。

5.4 使用先進(jìn)施工技術(shù)

建筑外墻施工方法主要包括防火隔離帶法和防火保護(hù)層法。防火隔離帶法主要是利用不燃、無(wú)法燃燒的材料，在水平、豎直方向的建筑層之間增加防火隔斷，且要求材料間不能留任何空隙。

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，該方法能夠避免火勢(shì)向窗外延伸。防火保護(hù)層和防火隔離帶的方法是不同的，防火保護(hù)層主要覆蓋于可燃材料的表面，能夠避免火災(zāi)的蔓延。經(jīng)過(guò)實(shí)踐分析，發(fā)現(xiàn)在火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，為增強(qiáng)內(nèi)部的保溫材料保護(hù)能力，也需綜合考量保護(hù)層的厚度和質(zhì)量，通常防火保護(hù)層厚度要達(dá)到3mm以上。

5.5 選擇節(jié)能材料

保溫材料的節(jié)能性與外墻保溫效果密切相關(guān)。工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適的材料。另外，工作人員不僅需要保證所選擇的材料符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，還需要保證材料的兼容性。外墻保溫材料包括苯板、聚苯板、聚苯顆粒等。其中，苯板和聚苯板的抗裂性較好。在不同種類(lèi)的加強(qiáng)網(wǎng)中，玻璃纖維網(wǎng)格布的抗裂性和耐堿性最好，它能夠起到增強(qiáng)保溫結(jié)構(gòu)的抗拉性能、抗裂性能等作用。黏結(jié)砂漿一般分為單組分砂漿、雙組分砂漿兩類(lèi)。其中，雙組分砂漿需要在施工現(xiàn)場(chǎng)摻入水泥后使用，而水泥的摻入量往往難以掌控，使得施工更加復(fù)雜化。相比之下，單組分砂漿使用更加方便，在使用前，加水?dāng)嚢韬蠹纯墒褂?。使用單組分砂漿，能夠最大限度地避免砂漿材料不合格等問(wèn)題的出現(xiàn)。傳統(tǒng)的水泥砂漿在遇到溫差時(shí)，更容易開(kāi)裂脫落，存在一定的安全隱患。因此，工作人員需要在砂漿中添加適量的纖維和鋼絲，從而提高抗裂性能。

5.6 施工前的控制和監(jiān)督

高層建筑保溫節(jié)能，要關(guān)注施工的質(zhì)量、材料的質(zhì)量、施工工序和方法。

在制定高層建筑外墻保溫節(jié)能的施工方案時(shí)，難免會(huì)遇到設(shè)計(jì)方案與實(shí)際情況不匹配、建筑方案不標(biāo)準(zhǔn)以及針對(duì)性差等情況。具體表現(xiàn)為在施工過(guò)程中施工的處理不夠規(guī)范、建材的復(fù)驗(yàn)過(guò)程不夠具體、檢測(cè)方案沒(méi)有原則性等情況。這就要求在施工前加強(qiáng)對(duì)施工方案設(shè)計(jì)的控制與監(jiān)督，確保施工方案具有可行性。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，建筑外墻保溫材料隨著時(shí)代的發(fā)展而變化，節(jié)能環(huán)保是當(dāng)前社會(huì)的主旋律，所以建筑行業(yè)響應(yīng)號(hào)召研發(fā)出了具有環(huán)保性能的外墻保溫材料。但在選購(gòu)這些材料的時(shí)候，需要考慮到多方面的因素，比如:溫度環(huán)境、導(dǎo)熱系數(shù)、穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、產(chǎn)品品牌、重量、防火防水性能等。只有這樣，才可以使外墻保溫材料發(fā)揮出效用，才可為高層民用建筑具有較高質(zhì)量、較強(qiáng)保溫性能，為建筑行業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。但就目前的保溫材料而言，還存在一些問(wèn)題，所以相關(guān)工作人員仍需基于當(dāng)前保溫材料中的問(wèn)題進(jìn)行探究、實(shí)踐，直至研發(fā)出更佳的外墻保溫材料。此外，相關(guān)工作人員還需樹(shù)立起創(chuàng)新意識(shí)，為中國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)而努力工作。