外墻保溫材料對建筑火災(zāi)的影響及防火策略

摘要：鑒于建筑外墻保溫材料火災(zāi)的危險特性，根據(jù)外墻保溫材料的類型與應(yīng)用現(xiàn)狀，分析其對建筑火災(zāi)的影響，從消防安全監(jiān)管、防火技術(shù)兩個層面探究科學(xué)防火策略，旨在提高建筑外墻保溫材料火災(zāi)防范能力，減輕火災(zāi)對建筑結(jié)構(gòu)與外墻保溫系統(tǒng)的破壞，提升建筑消防安全能效。

關(guān)鍵詞：建筑火災(zāi)；外墻保溫材料；影響；防火策略

建筑外墻保溫系統(tǒng)是為提高建筑節(jié)能保溫效果采取的重要技術(shù)措施，目前應(yīng)用較為廣泛的保溫材料多具有易燃可燃性，耐火能力差。從大量建筑火災(zāi)事故調(diào)查分析中發(fā)現(xiàn)，外墻保溫材料是火場的重要“助燃劑”，火勢會沿著外墻迅速蔓延，快速形成立體火災(zāi)，增加救援與疏散工作難度，造成不可估量的損失與影響。因此，必須高度重視外墻保溫材料為建筑帶來的火災(zāi)危險，并積極采取科學(xué)有效的防火策略，保障建筑消防安全。

1 外墻保溫材料概述

1.1" 外墻保溫材料類型

1.1.1" 有機高分子保溫材料

常見的有機高分子保溫材料有模塑聚苯乙烯板、擠塑聚苯乙烯板、聚氨酯硬泡板、酚醛泡沫板等，多由樹脂、橡膠等高分子材料制成，具有隔熱效果好、生產(chǎn)成本低、制造工藝簡單、安裝方便、質(zhì)量輕等優(yōu)勢，但均具有易燃可燃性。具體性能見表1。

1.1.2" 無機保溫材料

常見的無機保溫材料有膨脹珍珠巖、巖棉、玻璃棉等，均屬于不燃材料，在建筑外墻保溫系統(tǒng)中應(yīng)用可以降低火災(zāi)危險性。但與有機高分子保溫材料相比，其綜合保溫性能較差，使用中會散發(fā)細小顆?；蚍蹓m，對人體刺激性較大。以巖棉為例，其具有吸水性較強、抗拉強度較低等特點，處于干燥狀態(tài)的巖棉纖維較細，侵入皮膚與呼吸系統(tǒng)容易引發(fā)過敏、皮疹、哮喘等刺激性反應(yīng)。

1.1.3" 復(fù)合保溫材料

常見的復(fù)合保溫材料主要由膠粉聚苯顆粒加工而成的保溫砂漿，具有難燃性，即使燃燒產(chǎn)生的煙量也較少，且無滴落物。

1.2" 外墻保溫材料應(yīng)用現(xiàn)狀

從建筑消防安全角度來看，無機材料是相對理想的保溫材料，但由于其保溫性與環(huán)保性較差、成本偏高，在建筑外墻保溫系統(tǒng)中的應(yīng)用并不多。而有機高分子保溫材料保溫性能好、成本低，在建筑工程領(lǐng)域更受歡迎。但有機高分子保溫材料防火性能差，由于技術(shù)層面的限制，難以在不影響其保溫性能前提下提升阻燃性能。復(fù)合保溫材料成本高，廣泛應(yīng)用會大幅提高建筑工程成本。因此，綜合來看，因技術(shù)、成本等多方面因素的限制，無法選擇同時兼顧環(huán)保性、低成本、高保溫性、高耐火性的外墻保溫材料，這就需要采取有效的防火策略，降低外墻保溫材料火災(zāi)發(fā)生概率。

2 外墻保溫材料對建筑火災(zāi)的影響

2.1" 產(chǎn)生大量有毒有害氣體

就目前建筑工程領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的有機高分子保溫材料來講，其以發(fā)泡劑為介質(zhì)，利用混合發(fā)泡工藝使樹脂、橡膠等材料成孔，進而使材料中含有大量具有極高化學(xué)反應(yīng)性的不飽和基。如具有極高的絕熱性，其內(nèi)部積聚熱量后不易散發(fā)，從而導(dǎo)致溫度快速上升，并在發(fā)生降解、分離反應(yīng)過程中伴隨大量可燃性氣體出現(xiàn)。當(dāng)可燃性氣體與氧氣接觸后，則會快速燃燒，引發(fā)火災(zāi)。而材料生產(chǎn)過程中加入的阻燃劑、發(fā)泡劑均會在不完全燃燒狀態(tài)下產(chǎn)生有毒、有害氣體，危及被困人員安全。以模塑聚苯乙烯板為例，利用汽油引燃規(guī)格為200cm×100cm×4cm（長×寬×高）的長方體模塑聚苯乙烯板，燃燒期間會釋放大量含有一氧化碳、二氧化碳、醇、酸等成分的煙氣，加速了氧氣消耗，而一氧化碳進入人體后會造成器官組織缺氧；同時，在煙霧繚繞的火場，煙氣是干擾救援人員、逃生人員視線的重要因素，增加救援與疏散工作難度[1]。

2.2" 保溫材料燃燒隱匿、難以察覺

在建筑外墻結(jié)構(gòu)中，保溫材料通常填充在夾層內(nèi)，封閉性較好。當(dāng)保溫材料被引燃后，如果氧濃度較低，燃燒初期通常為陰燃，外部人員難以發(fā)現(xiàn)。大部分有機高分子保溫材料燃燒后發(fā)煙量大，容易影響救援人員的判斷，使救援人員到達火場后無法第一時間確定著火點，而在發(fā)現(xiàn)明火時通常已錯過最佳救援時機，增加火勢控制難度。

2.3" 燃燒猛烈、蔓延迅速

選用未經(jīng)過阻燃處理的易燃可燃材料作為建筑外墻保溫材料，在發(fā)生火災(zāi)后，火勢蔓延迅速，可快速形成立體火災(zāi)；同時燃燒期間受風(fēng)力、火場小氣候等多方面因素的作用，也會通過熱輻射、飛火等加速火災(zāi)蔓延。同樣以模塑聚苯乙烯板為例，通過汽油引燃規(guī)格為200cm×100cm×4cm（長×寬×高）的長方體模塑聚苯乙烯板，30s板材達到全面燃燒狀態(tài)，100s后火焰上升至板材最頂部，經(jīng)計算分析確定豎向火焰蔓延速度為2cm/s[2]。而在燃燒期間，最大熱釋放速度達到170kW，且伴隨大量熔融滴落物產(chǎn)生，有些滴落物攜帶火焰，滴落后將下方可燃物引燃。此外，保溫材料燃燒后，隨著溫度的升高，滴落物、飛火增多，火勢蔓延速度更快；而當(dāng)燃燒溫度達到1000℃左右時，遭受高溫襲擊的被困人員可瞬間失去意識、死亡，危害極大。

2.4" 增加救援難度

通過總結(jié)火災(zāi)處置與應(yīng)急救援經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，外墻保溫材料救火難度系數(shù)明顯高于建筑物其他部位火災(zāi)，主要存在以下難點：

保溫材料外層覆蓋防水層。多數(shù)保溫材料強度低，為預(yù)防脫落，提高建筑外立面美觀性，會在保溫材料外增設(shè)防水性好的瓷磚、石材等裝飾面層，這就導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)后消防水流無法與燃燒材料有效接觸，嚴重影響滅火效果。

保溫材料燃燒中產(chǎn)生大量燃燒滴落物?；馂?zāi)發(fā)生后，在超高溫條件下，易燃可燃的保溫材料會持續(xù)產(chǎn)生可以獨立燃燒一段時間的滴落物，從而引發(fā)二次火災(zāi)，擴大火勢蔓延范圍，提升救援難度。

容易使室內(nèi)形成火橋。外墻保溫材料燃燒后，明火會沿著門窗進入室內(nèi)，與易燃可燃物接觸后出現(xiàn)新的著火點；也容易在多個防火分區(qū)內(nèi)形成著火點，影響防火分區(qū)功能的發(fā)揮，使火勢在建筑內(nèi)部快速擴散[3]。

容易形成立體火災(zāi)。外墻保溫材料著火后，著火點四周溫度極高，形成的熱壓差可以對氣流與明火進行引導(dǎo)，實現(xiàn)火勢的豎向蔓延，且蔓延速度極快，從而引起多點著火。

2.5" 破壞建筑結(jié)構(gòu)

建筑工程結(jié)構(gòu)有多種形式，如鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等，當(dāng)外墻保溫材料發(fā)生火災(zāi)后，著火點四周溫度迅速升高，溫度的上升會破壞建筑的整體強度，最終因不具備承擔(dān)荷載能力而倒塌。以鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為例，當(dāng)溫度升至300～400℃時鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強度以及彈性模量下降，當(dāng)溫度超過600℃以后鋼構(gòu)件將不具備強度，從而出現(xiàn)軟化脫落現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，變形數(shù)量越多、結(jié)構(gòu)承載力下降越快，直至坍塌[4]。

3 外墻保溫材料火災(zāi)預(yù)防策略

3.1" 加強外墻保溫材料消防安全監(jiān)管

3.1.1" 完善建筑外墻保溫材料防火規(guī)范

建筑外墻保溫材料著火的根本原因在于缺少健全、有效的防火規(guī)范。目前，外墻保溫材料的分級標準、使用標準、防火規(guī)范內(nèi)容精細度不足，導(dǎo)致消防安全監(jiān)管中缺少可靠依據(jù)，影響消防安全監(jiān)管工作實效。通過大量建筑火災(zāi)事故調(diào)查結(jié)果可以確定，在建筑火災(zāi)中，外墻保溫材料是最大的風(fēng)險點，應(yīng)結(jié)合我國建筑火災(zāi)的特點、外墻保溫材料性能與應(yīng)用情況以及國外成功經(jīng)驗，及時完善防火規(guī)范內(nèi)容。如對有機高分子保溫材料的適用性進行規(guī)定，只能在建筑高度不足22m的外墻保溫系統(tǒng)中應(yīng)用，超過22m部分應(yīng)選擇無機保溫材料；并對外墻保溫材料阻燃處理、燃燒承受溫度范圍等作出具體要求，以明確的規(guī)范為基礎(chǔ)，保證消防安全監(jiān)管工作嚴格落實，為建筑工程筑牢消防安全“防火墻”。

3.1.2" 加強外墻保溫材料應(yīng)用過程監(jiān)管

貫徹落實建筑節(jié)能全過程監(jiān)管工作實施要求，使監(jiān)管部門認真履行職責(zé)，參建方提高對建筑外墻保溫材料防火的重視；遵循“誰審批、誰負責(zé)”原則，確保事前、事中、事后監(jiān)管工作主體責(zé)任明確。在事前，要求新建建筑方認真做好“事前承諾”，按照承諾內(nèi)容使用外墻保溫材料。監(jiān)管人員應(yīng)在外墻保溫材料未使用前進行審查，判斷是否與事前承諾內(nèi)容相符，從而加強源頭把控，確保建筑節(jié)能事中嚴格執(zhí)行強制性標準規(guī)范內(nèi)容；并要對建筑節(jié)能專項審查意見、設(shè)計計算書等資料進行分析，明確對保溫材料性能的要求，公示材料燃燒性能與保溫性能，以便督促責(zé)任主體履行承諾。在事中，建立保溫材料使用過程責(zé)任制度，建筑項目建設(shè)期間，消防安全監(jiān)督檢查工作不少于三次，其間需要加強外墻保溫材料的審查，認真履行工作職責(zé)，準確、詳細填寫檢查表，反復(fù)核查保溫材料的燃燒性能、保溫性能，切實保障建筑具有良好的抵抗消防風(fēng)險的能力，有效預(yù)防火災(zāi)事故[5]。檢查中發(fā)現(xiàn)不符合防火等級規(guī)范要求的材料應(yīng)禁止驗收；因材料燃燒性能不達標在施工期間發(fā)生火災(zāi)的，需要立即追究各方責(zé)任，生產(chǎn)、銷售、應(yīng)用等多個環(huán)節(jié)的責(zé)任人均要接受處罰。在事后，及時公示追責(zé)進展，并總結(jié)經(jīng)驗，確定消防安全監(jiān)管中的漏洞，及時優(yōu)化監(jiān)管方案與方法。

3.1.3" 加強外墻保溫材料動火管理

按照消防安全管理要求，可燃B1級及以下外墻保溫材料“禁止動火”，但因特殊情況需要動火作業(yè)的應(yīng)執(zhí)行特殊動火作業(yè)管理要求，將其視為危險化學(xué)品重大危險源動火作業(yè)，采取有效監(jiān)管措施，預(yù)防外墻保溫材料火災(zāi)。管理過程中，應(yīng)控制動火點與可燃B1級及以下保溫材料的水平間隔距離在10m以上；防火距離無法滿足上述要求的場所，需要在動火作業(yè)期間將地面、空間內(nèi)的可燃物以及能夠引燃的保溫材料清除，保證動火點與可燃物之間的水平間隔距離在10m以上、與無法拆除外墻保溫材料之間的距離在10m以上；動火作業(yè)前，要求安全員對現(xiàn)場安全條件進行確認，并委派專職監(jiān)護人員監(jiān)督控制動火作業(yè)全過程；且要求動火作業(yè)前按照消防安全管理要求準備滅火器材，全方位辨識風(fēng)險，保證作業(yè)人員掌握避險常識；嚴禁出現(xiàn)在B1級及以下保溫材料墻體穿越電源線情況；動火作業(yè)結(jié)束后必須對現(xiàn)場進行確認，判斷是否殘留火種，未確認前禁止監(jiān)護人員離開作業(yè)現(xiàn)場。

3.1.4" 做好外墻保溫材料消防安全宣傳引導(dǎo)工作

消防安全監(jiān)管部門要高度重視轄區(qū)內(nèi)發(fā)生的典型的因外墻保溫材料燃燒而引發(fā)火災(zāi)案例，積極利用廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)、電梯廣告、宣傳欄等宣傳媒介，對火災(zāi)風(fēng)險進行廣泛宣傳，提高全民對外墻保溫材料消防安全的重視，并自覺監(jiān)督、舉報違法違規(guī)使用外墻保溫材料、不按規(guī)定動火作業(yè)等危險行為。同時，深入建筑行業(yè)、建筑勞務(wù)市場展開宣傳，發(fā)放宣傳單、進行消防安全培訓(xùn)、播放警示片，使從業(yè)人員對外墻保溫材料燃燒性能不達標、不規(guī)范動火作業(yè)的危害、后果有準確了解，督促從業(yè)人員不斷增強消防安全意識，在作業(yè)中主動辨識風(fēng)險，嚴格執(zhí)行管控程序，及時將風(fēng)險消除。

3.2" 規(guī)范落實外墻保溫材料防火技術(shù)措施

3.2.1" 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)保溫材料，提高新型材料研發(fā)速度

在建筑工程中，常用的三類外墻保溫材料在燃燒特點、阻燃效果上有著明顯差異，應(yīng)明確不同類型材料在消防安全方面產(chǎn)生的積極作用與消極作用。單純從燃燒性能上來看，無機保溫材料與復(fù)合保溫材料均有一定優(yōu)勢，在建筑火災(zāi)持續(xù)期間材料基本不會出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，可以阻隔火勢蔓延，避免火勢大范圍擴散，與有機高分子保溫材料相比，產(chǎn)生的有毒煙氣量也較少，應(yīng)作為優(yōu)選對象。例如，應(yīng)用巖棉板、閉孔珍珠巖、玻璃棉等無機保溫材料時，其生產(chǎn)原料為石屑與工業(yè)廢渣，均具有良好的防火阻燃效果，可以使建筑外墻保溫系統(tǒng)防火等級達到A級，既可以發(fā)揮保溫作用，也可以起到防火阻燃作用。

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，對建筑外墻保溫材料燃燒性能的要求也日益嚴格，為保障保溫材料燃燒性能始終滿足技術(shù)要求，應(yīng)加速新型阻燃或不燃保溫材料研發(fā)速度，不斷提升保溫材料自身的耐火能力，加強火災(zāi)防范。目前外墻保溫材料的研究方向是加入抑制燃燒的阻燃劑、固化劑，如酚醛樹脂材料，添加阻燃劑與固化劑后耐熱性大幅提高，在1700℃的火焰下僅在表面有輕微碳化痕跡，整體質(zhì)量受損較小；經(jīng)過測試燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣量低，對被困人員生命安全的威脅小，也降低了對救援與逃生人員視線的干擾，可以同時在防火、火災(zāi)處置等多個方面發(fā)揮積極作用。由此可見，加強新型保溫材料的研發(fā)，并在建筑領(lǐng)域快速推廣，對預(yù)防外墻保溫材料火災(zāi)意義重大。但要嚴格控制成本，避免因成本偏高使推廣受限。

3.2.2" 增設(shè)阻燃防火的裝飾面層

目前大部分建筑外墻保溫材料會在高溫作用下出現(xiàn)燃燒、熔化、灼燒現(xiàn)象，并釋放大量有毒煙氣。雖然使用不燃的無機保溫材料或難燃的復(fù)合保溫材料可以預(yù)防以上問題，但也會產(chǎn)生少量煙氣或燒毀、損害保溫材料。因此，從提高外墻保溫系統(tǒng)燃燒性能、節(jié)約建筑施工成本等角度考慮，應(yīng)在保溫層外加裝具有阻燃效果好的裝飾面層。該面層可以阻隔保溫材料與明火直接接觸；并形成物理隔離屏障，避免內(nèi)部保溫材料溫度上升。從充分實現(xiàn)裝飾面層阻燃防火效果角度來講，應(yīng)先于外墻保溫層涂抹聚合物黏結(jié)膠漿層，并將具有分散溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力功能的耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布置入膠漿層內(nèi)，預(yù)防高溫作用下裝飾面層出現(xiàn)變形、裂縫，使阻燃防火效果被削弱。同時，需要保證裝置面層具有一定厚度才能發(fā)揮實際作用，通常情況下增設(shè)在漿料類外墻保溫系統(tǒng)外的阻燃防火裝飾面層厚度應(yīng)控制在8mm以上，板材類外墻保溫系統(tǒng)外阻燃防火裝飾面層由多層組成，首層厚度應(yīng)控制在6 mm以上、其他層厚度應(yīng)控制在4mm以上[6]。

3.2.3" 合理設(shè)置防火隔離帶與防火分區(qū)

設(shè)置防火隔離帶可以對外墻保溫材料燃燒范圍加以控制，避免大面積延燒。防火隔離帶由黏結(jié)層、保溫層、抹面層組成，目前在建筑外墻中應(yīng)用最廣泛的防火隔離帶有兩種：第一種為巖棉防火隔離帶，其主要材料為具有良好憎水性的巖棉板，設(shè)置過程中先將外墻基層清理干凈，利用膠粘或打螺釘方式對巖棉板保溫層進行固定，隨后將膠漿均勻涂刷在保溫層表面，膠漿中置入玻纖網(wǎng)，外部涂刷具有阻隔防火效果的裝飾砂漿飾面層。第二種為泡沫混凝土防火隔離帶，與巖棉防火隔離帶相比，其設(shè)置過程更為復(fù)雜，需要先準備水泥、利用泡沫劑制備泡沫，經(jīng)攪拌混合、養(yǎng)護后形成具有多孔特點的防火保溫板，通常情況下此類保溫板的燃燒性能可以達到A1級別，導(dǎo)熱系數(shù)也可以控制在0.05～0.058W/m·k[7]。為了降低施工復(fù)雜性，也可以直接應(yīng)用HT泡沫混凝土板，板材的芯層為低密度發(fā)泡水泥、兩側(cè)為高密度泡沫混凝土，由于閉孔結(jié)構(gòu)可以控制熱量傳遞，板材即使在1000℃高溫環(huán)境下也能維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

設(shè)置防火分區(qū)可以將火災(zāi)控制在單一區(qū)域或少數(shù)區(qū)域內(nèi)，預(yù)防火勢蔓延、擴散。在建筑外墻保溫材料防火中同樣可以利用防火分區(qū)阻隔火勢，外墻保溫系統(tǒng)中使用的不燃材料發(fā)揮分隔作用，將面積較大的外墻保溫系統(tǒng)分隔成若干個區(qū)域，即使某個區(qū)域出現(xiàn)陰燃或燃燒時，也可以避免火勢向其他區(qū)域蔓延。同時，建筑外墻結(jié)構(gòu)上也有外窗洞口，火災(zāi)期間外窗玻璃在高溫作用下炸裂，加之外部通風(fēng)條件良好，會加速火勢從外部擴散至建筑內(nèi)，設(shè)置外墻保溫系統(tǒng)防火分區(qū)、室內(nèi)防火分區(qū)，可有效阻隔明火進入室內(nèi)，防止火災(zāi)范圍擴大。

3.2.4" 規(guī)范進行保溫材料阻燃處理

為防止建筑外墻保溫材料引發(fā)火災(zāi)，應(yīng)采取有效的阻燃技術(shù)對材料進行處理，提高保溫材料本身的防火性能。經(jīng)過阻燃處理后，即使材料處于高溫環(huán)境下也不會熔融、燃燒、釋放煙氣。例如，在擠塑聚苯板阻燃處理過程中，按照一定順序完成板材打毛、去皮處理，使板材表面干燥、潔凈，并于表面涂刷阻燃劑或含有阻燃劑的處理劑。在聚苯乙烯泡沫塑料阻燃處理過程中，應(yīng)采取浸漬阻燃與包裹阻燃方式，其中浸漬阻燃是將板材直接放在含有阻燃劑與發(fā)泡劑的水懸浮液中，浸泡后塑料粒子內(nèi)會滲入阻燃劑，從而實現(xiàn)板材的阻燃效果；包裹阻燃是指將樹脂、硅酸鹽等材料制作成含有阻燃劑的黏結(jié)劑涂刷在板材表面，形成阻燃防護層，完全包裹板材。

4 結(jié)束語

由于建筑外墻保溫面積大、保溫材料用量大，為避免保溫材料引發(fā)火災(zāi)，加強外墻保溫材料的防火性能具有必要性與迫切性。應(yīng)正確認識外墻保溫材料消防危險性以及對建筑火災(zāi)的影響，并通過有效的消防安全監(jiān)管策略、科學(xué)的防火技術(shù)策略預(yù)防火災(zāi)，克服外墻保溫材料在消防安全性能上存在的不足，為建筑施工、使用安全以及群眾的生命財產(chǎn)安全提供堅實、有力的保障。

參考文獻

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