外墙保温材料的燃烧特性及防火策略

1、安徽建筑大学毕 业 设 计 (论 文)专 业 安全工程 班 级 09安全工程(1)班 学生姓名 xxx 学 号 xxxxxxxxxxx 课 题 外墙保温材料的燃烧特性及防火策略 指导教师 xxx 2013 年 06 月 08 日3安徽建筑大学毕 业 设 计 (论 文)论文题目：外墙保温材料的燃烧特性及防火策略专业班级：09安全工程（1）班作者姓名：xxx指导教师：xxx 教授完成时间：2013年6月anhui jianzhu universitya dissertation for bachelors degreecombustion characteristics of wall insul

2、ation and fire policyspeciality: safety engineeringauthors name: xxxsupervisor:x xxxfinished time: june 2013摘 要摘 要在我国，建筑节能的概念已经越来越被人们所接受，新建建筑的节能设计与施工正在如火如荼的进行中，然而，近年来连续发生的北京央视火灾、济南在建的全运场馆火灾、南京中环国际广场火灾，等等，让建筑外墙保温材料成为了人们关注的焦点。建筑外墙保温材料防火的重要性已经提到议程上来，如何提高建筑外墙保温材料的防火性能已成为一个重要的课题。根据我对历年来屡屡发生外墙保温材料引起的事故分析，

3、我根据国内现状，提出了几点外墙保温防火的建议，有保温构造改善，又有酚醛材料的应用和施工组织管理提升，并用fds软件证实本人的观点。关键词：酚醛保温防火材料；fds。ii安徽建筑大学本科毕业论文 - ii -abstractabstractin our country, the concept of building energy efficiency has been more and more accepted by people, energy-saving design of new buildings and the construction is in full swing in p

4、rogress, however, in recent years continuous fire at the cctv in beijing, jinan in the whole venue fire, nanjing international square, central, and so on, for building exterior wall thermal insulation material has become the focus of attention. building exterior wall thermal insulation materials age

5、nda already mentioned the importance of fire prevention, how to improve the fire performance of building external wall thermal insulation material has become an important topic. according to my accident caused by taking place repeatedly over the outer wall heat preservation material analysis, i acco

6、rding to the domestic status quo, of exterior wall thermal insulation fireproof puts forward several suggestions, improved thermal insulation structure, and applications of phenolic materials and construction organization and management, and use the fds software confirmed that my point of view. key

7、words: phenolic insulation fireproof material, fds.目 录目 录摘要iabstractii第一章 绪论11.1 国内保温材料发展现状11.2 我国外墙外保温材料防火安全性存在的问题11.3 保温材料和系统的防火性能研究31.3.1 火灾的危险性31.4 国内外外保温材料防火技术现状41.4.1 国内外墙保温材料防火技术现状41.4.2 国外外墙保温材料防火技术现状6第二章 外墙保温材料的种类及燃烧特性82.1 建筑外墙保温材料防火的重要性82.1.1 外墙外保温材料燃烧的严重后果82.1.2 国内外外墙外保温材料的设计标准92.2 提高施工时的

8、防火意识92.3 外墙保温板的种类及特性102.3.1 聚苯板（eps或xps）102.3.2 聚氨脂硬泡材料(pu)112.3.3 聚氨酯发泡材料。112.3.4 岩棉板112.3.5 挤塑聚苯板(xps板)。132.3.6 胶粉聚苯颗粒保温浆料132.3.7 珍珠岩等浆料13第三章 酚醛泡沫保温板143.1 酚醛泡沫保温板的发展历程143.1.1 酚醛国际发展143.1.2 酚醛国内发展现状143.2 酚醛泡沫的组成及制备143.2.1 酚醛泡沫的组成143.2.2 酚醛树脂泡沬的应用163.2.3 酚醛泡沫的制备16第四章 基于fds的建筑外墙保温材料火灾中烟气特性的模拟研究184.1

9、fds（fire dynamics simulator）的简介184.2 fds理论基础184.2.1 流体动力学模型194.2.2 燃烧模型204.2.3 混合分数燃烧模型的扩充224.3 建立模型234.4.2 火灾烟气蔓延效果图30第五章 外保温材料的防火策略325.1 外保温系统防火安全性的检验325.2 影响外墙外保温系统的防火安全的构造措施325.2.1 构造措施是外墙外保温系统防火的关键要素325.2.2 影响外墙外保温系统防火安全的构造措施355.2.3 对材料浆料的防火处理365.2.4 构建防火隔断385.3 雨淋管设置位置405.3.1 单独设置雨淋系统405.3.2 与

10、室内消火栓合用415.3.3 设计举例425.4 雨淋系统控制方式435.5 提高施工管理445.5.1 政策445.5.2 提高施工管理的措施445.5.3 国内外保温材料管理的差异及现状455.6 选择合适的保温材料46参考文献47致谢49iii安徽建筑大学本科毕业论文 - iii -第一章 绪 论第一章 绪 论1.1 国内保温材料发展现状 我国大陆除青藏高原外大部分区域属于夏热冬冷地区和夏热冬暖地区，这些地区大部分属于东亚季风气候，冬季严寒，夏季炎热且夏季较长，夏热冬冷地区和夏热冬暖地区的冬季采暖耗能、夏季隔热耗能是建筑能耗的主体部分，因此实施建筑节能对我国大部分地区来说主要是要做好建筑

11、围护结构保温隔热，从而改善室内热环境。目前建筑节能市场土的外墙复合保温体系常见做法主要有：外墙内保温系统即在建筑外墙的内侧使用苯板、保温砂浆等材料，以实现保温隔热的施工技术。但该系统产生较多的“热桥效应”会造成墙体构造结点处结露发霉，热损失较大、占用室内使用空间，不便于既有建筑节能改造等缺陷限制了该做法的应用；外墙夹芯保温系统即在同一外墙的内叶、外叶墙之间填置保温隔热材料，以实现保温隔热的施工技术。但该系统保温层两侧叶墙之间需有较一般墙体复杂的构造连接，外围护结构的“热桥效应”较多、材料的蓄热性能得不到充分的利用等缺陷极大地制约了其应用；外墙外保温系统即在外墙外侧悬挂保温隔热系统，以实现保温隔

12、热的施工技术。该系统包覆除外门、窗洞口外的整个建筑物外表面，不仅能够充分发挥保温材料高效的蓄热性能，有效阻止室内外的热交换，而且外墙结构层完全被包覆在内侧，自然环境中温度、湿度、紫外线等对主体结构的影响微弱，可以减少结构墙体的温度应力。另外该保温系统几乎不会产生“热桥效应”，不占用室内使用空间，便于丰富外立面且便于旧房节能改造等。从几种外墙保温系统能否消除“热桥效应”、保温材料蓄热性能利用率高低、适用范围以及对结构的安全性等综合效应来看，外墙外保温技术都表现出很大的优越性，已经成为外墙保温节能做法的主流趋势，在中国节能技术政策大纲中也明确将其列为重点推广保温系统。11.2 我国外墙外保温材料防

13、火安全性存在的问题 欧美等主要发达国家建筑节能事业经过半个世纪的发展，外墙外保温技术己经日臻完善，在理论探索、试验研究和工程实践应用等领域均取得了成熟的技术成果我国外墙外保温技术经过三十年来的发展，在自主创新的基础上，通过借鉴吸收国外先进技术，现在己经形成了十几种成熟且拥有自主知识产权的外墙外保温系统，而且基本形成了相应的图集、标准、施工方法和技术规程。虽然各国的外墙外保温技术发展水平参差不齐，但是对外墙外保温系统的原则性要求都是相同的，即安全性、耐久性和有效性。我国通过参考吸收国外先进技术和自主研发对耐久性和有效性均已经形成一定的测试和评判标准，然而相关的标准和规范尚未充分体现安全性，特别是

14、在外墙外保温系统防火安全性方面，一直都暗藏着巨大的安全隐患，近年来保温材料和外墙外保温系统火灾事故常有发生。2009年2月9日晚21时左右，在建的中央电视台新台址园区文化中心发生特大火灾事故，如图1-1所示。其过火面积多达8490m，造成了16383万元的直接经济损失，6名消防公安人员不同程度受伤和1名消防公安队员牺牲，不可否认可燃的保温材料在火灾顷刻大面积蔓延中起到了推波助澜的作用；2009年4月19日10时20分左右，南京中环国际广场发生火灾，过火面积超过400m.，燃烧物主要图1-1 中央电视台附属楼大火是空调井壁的有机材料保温层；2010年7月6日14时7分左右，位于上海市静安区胶州路

15、的一栋28层住宅楼在进行节能保温改造施工时发生特大火灾造成多达58人死亡，70多人受伤，其中17人重伤的巨大人员伤亡，火灾事故结果调查显示大楼外立面上的大量聚氨酷泡沫保温材料在火灾时迅速被点燃并产生剧毒氰化氢气体，是导致多人死亡的主要原因。频发的建筑保温火灾事故不仅造成了巨大的经济损失和环境污染，还严重威胁了人民的生命财产安全。我国城市人口密度大，建筑在经济发达地区以高层甚至超高层或密集型建筑群为主，而我国建筑外墙外保温系统现在以及未来一定时期内仍将大量采用可燃的聚苯乙烯泡沫和聚氨酷泡沫等有机保温材料，防火安全问题特别突出。1.3 保温材料和系统的防火性能研究1.3.1 火灾的危险性从建筑的整

16、体结构来看，外墙外保温系统是依附于建筑外墙的非承重构造，它包覆于建筑的整体外墙上，跨越了建筑物层与层之间的防火分区，所面临的火灾风险主要有2：相邻建筑物燃烧产生的热辐射；由靠近建筑物表面的物体燃烧引起的外墙燃烧；从建筑物内部门窗洞口蔓延出来的燃烧，如图1-2所示。目前欧洲普遍认为第三种火灾是最危险的，因此英国、德国和iso国际组织开发的外保温系统火灾试验模型基本上都是模拟第三种情况开发的，即英国bs84141采用的大尺寸窗口火试验的火灾场景模型。我国的外保温系统防火试验研究也是参照英国标准进行的窗口火试验。 针对外保温系统防火问题的定位在于：不管由于哪一种情况引发的外保温火灾，都不应出现由于外

17、保温系统的燃烧而使火焰蔓延到其它楼层，并通过其它楼层的窗口或洞口将火焰引入而导致其它楼层失火的情况。德国对此问题的理解是，在建筑外墙上火焰传播和蔓延都是通过窗户向上一层室内蔓延的，不管外墙用的是可燃的还是不燃的材料，这个问题都会发生。原则上，德国的规定是在发生火灾以后，在消防人员到达之前，火焰最多往上蔓延两层，不可以蔓延得更高，这样火是可以扑灭的。但如果外墙是可燃的，着火楼层以上四、五层也能由于蔓延起火，这样的火灾是不大可能被扑灭的。图1-3给出了火灾沿外墙蔓延的示意图，右边的有限蔓延是可以接受的，左边的现象是不被接受的。现在我国关于保温材料和外保温系统的防火指标要求都是对保温材料燃烧性能等级

18、的限定，这一要求从保证施工过程防火安全的角度讲是合理的。但忽略了重要的一点，即外保温系统在最终的使用状态都是以系统的形式应用的。而国外的先进经验是对保温材料和外保温系统同时进行要求和测试，对保温材料的燃烧性能提出基本的要求，以满足施工过程中的防火要求，然后还要按制品的最终应用形式进行测试，即对系统的测试。在评价外保温系统的防火安全性时，考虑到外保温系统的保温材料通常都是被无机材料包覆在系统内部，将保温材料、防护层以及防火构造作为一个整体来进行测试和评价。如果保温材料的防火性能好的话，则对保护层和构造措施的要求可以相对低一些；如果保温材料的防火性能差，则要采用好的构造措施，对保护层的要求相对也高

19、一些，总体上两者应该是平衡的。 a.在临近建筑火灾 b.靠近建筑表面的火灾 c.建筑物内的火灾图1-2 外保温火灾火源的接触类型 基于这一思想，目前解决我国外保温防火安全的主要途径也应是采取构造防火的形式，这是国外的先进经验，也是适应我国国情和外保温应用现状的一种有效的技术手段。特别是对于我国北方取暖地区的墙体保温来说，应该把解决外保温防火问题的着力点转移到提高外保温系统整体构造防火性能和根据建筑高度增加防火构造措施上来，而不能一味地片面要求提高保温材料的燃烧性能，从而导致产生其他严重问题。1.4 国内外外保温材料防火技术现状1.4.1 国内外墙保温材料防火技术现状现阶段国内对外墙外保温系统防

20、火安全技术的科研投入和重视程度，已经由外墙保温技术发展初期的几乎完全空白到目前全行业的普遍关注，但研究和重视程度还远远不能满足现实需求，对外墙外保温系统的研究侧重应用，理论研究比较薄弱。多数外墙外保温系统技术标准和产品说明书中涉及的内容都仅限于保温系统采用保温材料的抗火性能要求，外墙外保温行业标准涉及有机保温材料的内容也仅局限于氧指数指标和可燃性试验指标。我国现行的高层民用建筑设计防火规范和建筑设计防火规范中还缺少具体针对外墙外保温系统的防火设图1-3 火焰从沿窗口沿外保温体系传播计内容，也缺少对不同外保温系统的防火分级标准和适用建筑高度范围界定，外墙外保温防火技术尚缺少国家或行业标准及规范。

21、外墙外保温工程技术规程(jgj144一2004)推荐的五种外墙外保温系统有：eps板薄抹面外保温系统、胶粉eps颗粒保温浆料外保温系统!现浇混凝土复合无网eps板外保温系统、现浇混凝土复合eps钢丝网架板外保温系统和机械固定eps钢丝网架板外保温系统，其中聚苯板薄抹灰外保温系统对市场占有主导地位，但该系统仍存在诸多问题尤其是耐燃烧性能不能满足现实要求3。因为聚苯板薄抹灰系统防火安全危险性高，欧美等发达国家有关法规严格界定了其应用范围，但国内还没有法规划定其应用范围。我国部分外保温系统生产企业缺乏社会责任感，对聚苯板薄抹灰外保温系统的火灾安全隐患置之度外，产品说明书中通常缺少防火性能指标有些进驻

22、中国市场的国际著名外保温系统生产企业，没有表现出对中国社会及人民生命财产负责的企业责任，而是利用我国外保温市场还不成熟，相关法规制度不完善的现状，对它本国有关规范或标准因聚苯板薄抹灰外保温系统耐燃烧性能指标达不到建筑消防安全要求而限定其应用范围的规定置若惘然，在我国的高层甚至超高层建筑上在无任何防火构造措施的情况下，依然采用该保温系统这种置我国人民生命财产安全于不顾的行为，在我国还没有完全被有关部门高度重视。聚苯板薄抹灰网格布粘贴面砖的外墙外保温系统在我国也较多应用于高层、超高层建筑，这种做法潜存着巨大的消防安全隐患：万一保温系统被点燃，不仅聚苯板迅速燃烧产生的火焰、大量含毒烟气会给居民生命财

23、产带来很大威胁，而且网格布受热折断还会导致面砖失去支撑而坠落，给逃生人员和救援人员产生潜在的致命危险。1.4.2 国外外墙保温材料防火技术现状外墙外保温系统在发达国家几十年的发展历程充分表明外保温技术应用的必要条件是外保温系统整体的耐燃烧性能必须满足要求。在国外外墙外保温应用技术相对成熟的国家，对外墙外保温系统在公共建筑、居住建筑、高层建筑上的使用均有严格的防火安全等级要求，不同保温材料和外保温系统分别制定有相应的防火试验方法和分级标准，相关标准还充分涵盖了保温材料燃烧时产生烟气和毒气的可能性，同时一也严格限定了不同防火等级的外墙外保温系统的应用范围。如欧洲标准e一tag0045有抹面层的外墙

24、外保温复合系统欧洲技术标准认证中规定，对外保温防火性的测试方法要按照cen分级文件en13501一15建筑产品或组件的燃烧性能分级第1部分一使用火反应实验数据分级6进行阻燃等级al一e的测试外保温系统防火等级的测定和与之相关的试验测试需分两次实施：一次是测评保温材料，另一次是测评整个系统，试验时需要考虑火焰可能在外保温系统保温层中发生扩散，所以外保温系统生产企业应提供一种阻断火焰扩散的构造措施欧美各国严格依据法律、法规和有关建筑物最终用途的管理条例来核定外墙外保温系统的防火安全性能要求。例如德国有关法律法规中明确规定可燃的聚苯板保温板材严禁应用在超过22m的建筑物上，纵使在不超过22m的多层建

25、筑中使用聚苯板时如果聚苯板厚度在100mm以上则需要采用防火隔断来隔断火灾扩一散蔓延；日本政府制定的有关法规把抗火性能良好且产烟量少的酚醛泡沫定为公共建筑的标准耐燃物，在公共建筑上不允许采用抗火性能低于酚醛泡沫的保温材料;英国政府制定的法规规定不准许在超过18m的建筑物上使用聚苯板薄抹灰外保温系统，超过18米的建筑物必须采用按英国标准o级或者欧洲标准b级以上的保温材料，即只能采用不燃或难燃的保温材料。而由岩棉等不燃材料构成的外墙保温系统则可以广泛应用于各种类型的建筑，该系统己经成为目前世界上应用范围最广的外墙外保温系统做法之一。安徽建筑大学本科毕业论文 -49-第二章 外墙保温材料的种类及燃烧

26、特性第二章 外墙保温材料的种类及燃烧特性 目前，我国建筑外墙保温材料主要采用以下两大类4：1、有机保温材料：聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯乙烯泡沫板和聚氨酯泡沫等。有机材料质轻、隔音、隔热、保温性好，但其耐热差、易燃烧，而且在燃烧时释放大量热量和有毒烟气，不仅会加速火势蔓延，而且容易造成人员伤亡。无机保温材料：岩棉、玻璃棉、膨胀玻化微珠保温浆料等。2、无机材料属不燃性材料：自身不存在防火安全问题，但是纤维保温材料有粉尘和细小纤维，既污染空气又易滋生细菌，会危害人们的健康，而且保温隔热性能有限，所以使用上受到一些限制。综上所述，这些材料普遍存在节能与防火不能兼顾的缺点。2.1 建筑外墙保温材料防火的重

27、要性2.1.1 外墙外保温材料燃烧的严重后果外墙保温材料的火灾危险性现在，城市新建公共建筑和居住建筑的外墙保温多数采用墙体外加有机保温层的做法，即：采用粘接砂浆或者专用的固定件，将挤塑板或泡沫板固定在外墙上，然后抹聚合物抗裂砂浆，压入玻璃纤维网格布形成保护层，最后外做装饰面层。外墙保温所采用的有机保温材料，防火安全性差，特别是普通的泡沫板、挤塑板，在80就熔融变形滴落，一旦起火，火势蔓延速度特别快，而且会产生大量有毒烟气，致使建筑物存在很大的火灾危险性。建筑物在施工阶段，由于外墙保温材料容易被施工明火或高温点燃，所以这些材料进入施工现场后和贴墙施工时极易发生火灾。而且由于施工现场一般消防供水、

28、消火栓等扑救设施尚未安装到位，起火后单凭灭火器难以控制，加之施工现场情况比较复杂，疏散通道、出口不明，特别是贴在外墙上的保温材料向上燃烧蔓延很快，一般消防车到场后也难以及时发挥作用，所以灭火扑救难度大，往往会造成很大的经济损失和人员伤亡。建筑物投入使用后，建筑墙体虽然是不燃材料，但采用上述有机保温材料后，仍存在较大的火灾危险性。因为保温材料外面有饰面层保护一般不会燃烧起火，但是发生火灾时，由于受高温的作用，保护层容易龟裂乃至脱落，保温材料很快会被引燃，同时，外墙保温材料着火之后，由于室内的自动喷淋灭火设施不能覆盖外墙，无法阻止火势蔓延。这种情况对建筑内人员的是非常不安全的，严重影响楼内人员的疏

29、散以及灭火救援工作。发生在北京的央视火灾，除了违规燃放烟花爆竹的人为原因外，就是因为大楼使用的新型保温材料遇火快速燃烧，致使火势迅速蔓延，被专家称为新中国成立以来建筑物燃烧最快的一例，造成重大经济损失和负面影响。2.1.2 国内外外墙外保温材料的设计标准国外和国内外墙保温防火的要求外墙外保温系统在发达国家几十年的发展历程充分表明外保温技术应用的必要条件是外保温系统整体的耐燃烧性能必须满足要求。在国外外墙外保温应用技术相对成熟的国家，对外墙外保温系统在公共建筑、居住建筑、高层建筑上的使用均有严格的防火安全等级要求，不同保温材料和外保温系统分别制定有相应的防火试验方法和分级标准，相关标准还充分涵盖

30、了保温材料燃烧时产生烟气和毒气的可能性，同时一也严格限定了不同防火等级的外墙外保温系统的应用范围如欧洲标准e一tag0045有抹面层的外墙外保温复合系统欧洲技术标准认证中规定5，对外保温防火性的测试方法要按照cen分级文件en13501一15建筑产品或组件的燃烧性能分级第1部分一使用火反应实验数据分级6进行阻燃等级al一e的测试。外保温系统防火等级的测定和与之相关的试验测试需分两次实施：一次是测评保温材料，另一次是测评整个系统，试验时需要考虑火焰可能在外保温系统保温层中发生扩散，所以外保温系统生产企业应提供一种阻断火焰扩散的构造措施。欧美各国严格依据法律、法规和有关建筑物最终用途的管理条例来核

31、定外墙外保温系统的防火安全性能要求。例如德国有关法律法规中明确规定可燃的聚苯板保温板材严禁应用在超过22m的建筑物上，纵使在不超过22m的多层建筑中使用聚苯板时如果聚苯板厚度在10omm以上则需要采用防火隔断来隔断火灾扩一散蔓延;日本政府制定的有关法规把抗火性能良好且产烟量少的酚醛泡沫定为公共建筑的标准耐燃物，在公共建筑上不允许采用抗火性能低于酚醛泡沫的保温材料；英国政府制定的法规规定不准许在超过18m的建筑物上使用聚苯板薄抹灰外保温系统，超过18米的建筑物必须采用按英国标准o级或者欧洲标准b级以上的保温材料，即只能采用不燃或难燃的保温材料。而由岩棉等不燃材料构成的外墙保温系统则可以广泛应用于

32、各种类型的建筑，该系统己经成为目前世界上应用范围最广的外墙外保温系统做法之一。2.2 提高施工时的防火意识对六起典型案例及见诸报端的火灾案例进行分析，可以看出大多数与外保温有关的火灾事故都是发生在施工过程中。而且，北京市的调查结果也表明，施工中发生的外保温火灾要占到外保温火灾整体件数的90%以上。也就是说，外保温的火灾大多数是发生在施工过程中，即发生在保温板在施工现场的码放阶段和保温板上墙以后表面未作面层处理的时候。这一方面是由于外墙外保温的施工是在一个多工种、立体交叉作业的建筑工地上进行的，在外墙外保温施工过程中存在着较大的火灾隐患，如果管理措施不到位，就难免遇到被明火或溅落的火花引燃有机保

33、温材料的现象。另一方面，某些工程使用的保温材料不符合相关产品标准的要求也是引发保温材料燃烧的原因之一。但这一阶段的火灾完全可以通过加强工地现场的监管来实现。具体来说，首先保证进入施工现场的保温材料都是达标产品，如果产品不符合标准要求，我们再提高其他的要求都是没有用的，这可以通过进场见证取样检验和打火机简易试验来实现。其次，是要保证工程的施工质量，再好的系统做不好也会出问题，这需要施工企业的自律和监理单位的认真监督来实现。第三，就是在建筑施工过程中，需要总包单位和监理单位总体协调施工进度和施工工序，保证外保温系统施工不被其他工种施工破坏和干扰。保证以上三点基本要求得到具体实施，就能够在施工过程中

34、避免和控制与外保温有关的火灾事故发生。至于外保温系统在使用过程中的防火安全则需要通过对国外防火技术的借鉴，针对我国外保温系统应用现状提出合理的防火技术措施来实现。2.3 外墙保温板的种类及特性2.3.1 聚苯板（eps或xps） 聚苯乙烯泡沫塑料又分为模塑聚苯乙烯泡沫塑料(eps)、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(xps)，其中eps价格由于相对便宜，目前应用最为广泛。然而这些材料虽然均要求其为阻燃型，但其材料本身的燃烧性能仍属b2级可燃产品，材料无法做到不燃烧、不爆裂、不蔓延、不流淌、无毒气，因此存在明显的火灾隐患。其危险性在于6： （1）聚苯板受热是发生熔融和滴落，并沿着墙根形成一条熔融带，遇到明火

35、就会燃烧，燃烧会沿着这条熔融带迅速蔓延，造成火势增大； （2）一旦火灾发生，有机保温材料燃烧会产生大量的有毒气体和烟雾会给逃生者带来巨大危险。毒气和烟雾，一直被消防界称为“火灾头号杀手”。在我国以往火灾中，近八成的伤亡是因建筑材料燃烧释放的有毒气体和浓烟所致； （3）因聚苯板受热产生的热熔缩变形以及网格布过热折断而导致瓷砖坠落，会造成人员伤亡以及救援人员不易展开内攻和搜救； （4）当墙体保温材料表面砂浆龟裂、脱落后，也很快会引燃保温材料，火灾迅速向大范围蔓延； （5）外墙着火之后，由于室内的自动消防设施不能覆盖外墙，特别是当高层建筑外墙外保温材料着火后，更是无计可施。2.3.2 聚氨脂硬泡材料

36、(pu)pu是目前世界公认的最佳保温绝热材料，导热系数仅为0.0180.023w/mk。聚氨酯泡沫塑料毕竟是一种有机高分子可燃材料，在生产、储存以及使用过程中都有可能引发火灾事故。然而生产单位对火灾隐患视而不见，利用国家外墙保温市场不规范和标准不健全的现状，仍然在一些场合使用不达标的聚氨脂硬泡材料。其具有危险性在于：（1）硬质聚氨酯泡沫成品是多孔性的固体，导热性极差，容易造成热量积聚，一旦着火，材料的燃烧速度非常快;（2）聚氨酯泡沫塑料在燃烧时多为不完全燃烧，这种不完全燃烧在火灾中表现为很浓很黑的烟气，包括大量的co、co，并释放出大量的高温和有毒气体，包括剧毒气体氰化氢、氰化苯;（3）大量的

37、浓烟造成火场中的消防人员视线受到影响，不容易观察到火点，以及无法进行人员搜救。0.041w/(mk)，保温效果好，价格便宜，强度稍差。2.3.3 聚氨酯发泡材料。 导热系数0.0250.028w/(mk)，防水性好，保温效果好，强度高，价格较贵。2.3.4 岩棉板岩棉保温板是以玄武岩及其他天然矿石等为主要原料，经高温熔融后用摆锤法生产的纤维，再加入适量黏结剂，固化加工而制成的憎水型保温隔热板。一般采用粘、钉结合工艺与基层墙体连接固定，并由抹面胶浆和增强玻纤网布复合而成的抹面层以及装饰砂浆饰面层或涂料构成的a级不燃型建筑节能保温系统。可应用于新建、扩建、改建的居住建筑和公共建筑外墙的节能保温工程

38、，包括外墙外保温、非透明幕墙保温和eps外保温系统的防火隔离带。 系统用岩棉应具有以下特点7： （1）导热系数0.0410.045w/(mk)，防火、阻燃、吸湿性大、保温效果差。岩棉板薄抹灰系统选择岩棉板为高强憎水岩棉板，岩棉板各项性能指标均能满足最新国家对外墙保温用岩棉板要求，经过憎水处理的岩棉板水珠在其表面会呈现荷叶效应，垂直于板面抗拉强度超过国家标准平均能达到1113kpa。 （2）保温性能。由于岩棉是一种多孔的纤维状材料，其本身具有非常好的保温绝热性能，按照国家标准gbt19686和en13162，岩棉板导热系数（25）应不大于0.040/(mk)有标称值时还应该不大于其标称值，岩棉在

39、25的热容量为0.84j/(kgk)。由此可见，岩棉具有良好的保温性能，采用岩棉板作为建筑外墙保温材料可以达到节能的目的。 （3）岩棉的熔点高，抗高温收缩，应用于建筑结构中可形成有效的防火屏障，阻止火势蔓延。它既不燃烧，也不会产生有毒烟气，是“”级（或“1”级）的防火建筑材料在以钢板为基层的单层屋面系统中，对于内部或外部火源，岩棉都可起到分隔热流的作用，防止背火面温度升高，引起其它易燃材料燃烧。按iso834标准所载的火灾温升时间曲线进行试验，在建筑构造中使用岩棉保温材料，可以达到14耐火极限岩棉的最高使用温度为650以上，其熔点超过1000在遇到火灾时，岩棉保温板不会引发烟雾或造成火星，也不

40、会滴落，造成火势蔓延，即使在高温状态下也不会释放出对环境和人体不利或有害的气体因此，岩棉作为建筑外墙的保温材料，其防火性能也是非常的优越。 （4）但是相对聚苯板系统或其他保温系统，岩棉板的抗剥离强度还是偏低，岩棉板面层上的纤维很容易脱落，而且岩棉板面层所能承受的负荷也很小。施工方法：在采用胶粘剂将岩棉板固定在墙体上外，另外采用了一定数量的锚栓穿过第一层网布将岩棉板固定在基层墙体上，以提高系统的抗风压、抗自重荷载的能力。施工过程中也会采取岩棉板面批涂薄层胶浆的方式来固定面层纤维并提高其与胶粘剂或抹面胶浆的黏结性。岩棉板薄抹灰外墙外保温系统抹面层采用三胶两布，以提高系统的抗冲击性能，而岩棉板保温系

41、统专用抹面胶浆除测试与岩棉板拉伸黏结强度外宜另加强与水泥砂浆块的拉拔强度，另外也为饰面工程提供高平整度的施工面。 岩棉板薄抹灰外墙外保温系统相比钢丝网架岩棉板外墙外保温系统抗裂性能更好、自重更轻，减轻了建筑物荷载及保温系统自重带来的剪切力，故更安全可靠，施工性强，施工较简便。 （5）尽管使用岩棉板薄抹灰外墙外保温系统，但矿岩棉制品的耐水性和耐潮湿性能是应用于建筑墙体的主要障碍，其性能不足时，岩棉制品在湿气作用下强度下降，形成自然下坠，工程表现俗称为“垮裤腰”。2.3.5 挤塑聚苯板(xps板)。 导热系数0.0280.03w/(mk)，保温效果更好，强度高，耐潮湿，价格贵，施工时表面需要处理。

42、2.3.6 胶粉聚苯颗粒保温浆料 导热系数0.0570.06w/(mk)，阻燃性好，废品易回收，保温效果不理想，对施工要求高。2.3.7 珍珠岩等浆料 其导热系数0.070.09w/(mk)，防火性好，耐高温，保温效果差，吸水性高。第三章 酚醛泡沫保温板第三章 酚醛泡沫保温板3.1 酚醛泡沫保温板的发展历程3.1.1 酚醛国际发展20世纪40年代，随着酚酸树脂工业化生产的逐渐成熟，欧美、日本研究与开发了酚醛树脂泡沫材料的生产工艺，并将其作为保温、隔音材料大量应用于建筑工业和交通工业。1905年，美国科学家巴克兰(backeland)第一次投入生产了酚酸泡沫塑料化但之后几十年内酚醛树脂泡沫塑料的

43、发展速度较慢，发展状况却远远不如聚苯乙烯、聚乙烯，聚氨酯等泡沫塑料。直至20世纪80年代之后，由于建筑业的飞速发展，高层建筑不断普及，各种电气设备的广泛应用，人们对隔音、耐热又阻燃轻质材料的需要迅速上升，因此，耐热、阻燃性优良的酚醛泡沫塑料作为首选应用于此领域，大大推动了酚酸泡沫塑料的发展8。3.1.2 酚醛国内发展现状20世纪80年代以前，我国对酚酸树脂塑料的研制技术不够成熟，许多年来都未有什么进展。90年代后，随着经济的快速发展，建筑业及花卉业的蓬勃兴起，酚醛树脂泡沫塑料的开发引起了高度的重视。国内先后引进国外酚醛泡沫塑料的生产技术，建立了许多家酚醛树脂泡沬生产厂家，同时国内不少大专院校、

44、科研院所、工厂企业也都开展了酚酸树脂泡沫的研制和开发工作。近几十年来，国内己经基本掌握了酚醛树脂泡沬的生产发泡技术及固定生产线相关的设备制造与装配技术。目前，随着建筑节能的大力推广和近几年国内重大火灾事故的不断发生，国内对高阻燃性保温节能材料酚醛塑料泡沬的需求越来越紧迫。所以，酚酸泡沫塑料作为最重要的阻燃保温节能材料有望于取代聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫等。并预计不久的将来，酚酸泡沫塑料将成为中国建筑、空调、汽车及相关行业保温节能材料发展的重点。3.2 酚醛泡沫的组成及制备3.2.1 酚醛泡沫的组成 （1）酚醛树脂酚醛树脂是酚酸泡沫的主要原料，酚醛树脂有热塑性树脂和热固性树脂，热固性树脂是在碱性条

45、件下苯酚与甲酸经过加成缩聚形成活性羟甲基苯酚及衍生物，即可发甲阶酚酸树脂，常温下为液体，易于和其他组分充分混合均勾，便于充模，所以一般采取热固性酚醛树脂用于泡沫材料的制备。 （2）固化剂当用甲阶酚醛树脂来制备酚醛泡沬材料时一般采用酸作固化剂，它不仅是酚酸树脂发生交联反应的催化剂，固化交联过程中引发放热效应促使发泡剂发泡。常用的无机酸有硫酸、盐酸、磷酸，硼酸等，采用无机酸作固化剂，固化诱导时间短、发泡速度快、固化比较彻底、不易发生踏泡或尺寸不稳定等现象，且价格便宜。但缺点是，会对生产设备造成强烈的腐烛，造成设备使用期减短，并对人体健康也带来很大的危害。常用的有机酸有苯磺酸、对甲苯磺酸、醋酸，萘磺

46、酸等。采用有机酸的优缺点正好与无机酸相反。所以，现在工业生产中，多采用有机酸和无机酸相混合，来互相弥补其优缺点。如草酸和硼酸混合使用可提高泡沫的阻燃性能。用线型酚醛树脂制备酚醛泡沫采用乌洛托品作为固化剂。目前，国内外基本均采用甲阶酚醛树脂来制备酚酸泡沫材料9。 （3）发泡剂按发泡动力来源，发泡方法可分为三种：机械发泡、物理发泡和化学发泡。机械发泡是利用机械的强力搅拌，使气体均匀地混入树脂中形成气泡。物理发泡是借助于发泡剂在其沸点下，物理状态的变化，溶解在树脂中的发泡剂油液态变成气态蒸发出来，形成大量的气泡。机械法泡和物理发泡都属于物理过程，而化学发泡是在发泡过程中，化学发泡剂发生化学变化，分解

47、产生大量气体，从而进行发泡。发泡剂种类和用量非常重要，它直接影响到泡沫的密度，及泡沫的力学性能。甲阶酹酸树脂的发泡通常采用物理发泡，常用的发泡剂一般为低沸点的烷烃发泡剂，如氟利昂、正戊院、正丁烧、异戊烷、石油醚等。氟利昂发泡效果。 （4）表面活性剂表面活性剂又称匀泡剂、整泡剂，它起到降低酚醛树脂表面张力的作用，可以改善非极性发泡剂和极性酚酸树脂之间的相容性。表面活性剂的用量和种类直接影响到泡沫体的孔结构。表面活性剂用量过多或过少，都不能得到均匀细致的泡孔结构，表面活性剂太少，泡孔不均勾、质量不稳定;太多会导致泡孔破裂。根据对泡沫体结构的不同需求，选择不同种类的表面活性剂所制成的泡沫体泡孔结构不

48、同，如用于花卉泥，可以选择阴离子表面活性剂，可以提高泡沫的开孔率，增加泡沫的吸水性。用于建筑绝热保温酚酸泡沫，则选择非离子表面活性剂，非离子表面活性剂良好的乳化性能可以提高各种物理之间的形容性，可以形成比较均匀细致的泡孔结构，提高闭孔率，降低导热系数。常用的非离子表面活性剂有吐温-60、吐温-80等。表面活性剂的用量很少，仅为树脂总质量的26%。 （5）其他助剂在酚醛泡沫的制备过程中，根据不同需要可以添加不同的改性助剂来改善泡沫的性能。可以分为：增籾剂(如聚氨酯或聚氨酯预聚体)可以克服酚酸泡沫的易粉化、易掉渣现象，引入柔性的聚氨酯可以改善酚酸树脂的脆性；增塑剂(已二醇)，可以调节发泡物理的粘度

49、，改善泡沫体的脆性，提高压縮强度等；润湿剂(花卉泥用)；中和剂(碱性金属化合物，中和残余的酸固化剂)；填料(如二氧化硅)；阻燃剂(如氣氧化铝)；着色剂(颜色需求)等。3.2.2 酚醛树脂泡沬的应用酚醛树脂泡沫作为一种优良的绝热、阻燃材料，它不仅耐热、难燃、自熄、低烟雾，且质轻、刚性大、尺寸稳定性好、耐化学腐蚀、成本低，所以被广泛应用于航天航空、国防军工领域、飞机、船舶、车辆、隧道、油井、矿山等防火要求严格的墙体内外板材、部件等。主要应用于：空调通风管道；建筑保温；现场喷涂特别好，但由于其破坏大气臭氧层，目前国内外都已被限制使用。其他液体发泡剂，易于与树脂混合均勾，可以有效地改善泡孔结构，且发泡

50、效率高，价格低，应用较广。但它们都属于易燃品，所以泡沫制备过程中，在不影响泡沫物理及机械性能的情况下，要尽量减少发泡剂的用量，加强防火防爆意识，做好相应的防火防爆措施10。3.2.3 酚醛泡沫的制备 酚醛泡沫的制备过程就是将一定比例的可发泡性酚醛树脂、发泡剂、表面活性剂、固化剂和其他助剂充分搅拌混合均勾后，倒入模具，在一定温度下进行发泡，固化成型后脱模即得酚酸泡沫体。发泡原理如下： （1）泡沫的形成 酚醛树脂发泡过程中，液体发泡剂被搅拌均匀分散在液体混合液中，在一定温度下，发泡剂达到一定的沸点，逐渐形成大量均匆分布的气泡核，然后气泡核膨胀，形成均匀的泡沫体。泡沬形成过程的关键就是气泡核的形成，

51、泡沫的形成即气泡核的形成。 （2）泡沫的增长气泡核形成后，随着吸收热量的逐渐增多，气泡受热逐渐膨胀，当两个大小不同的气泡靠近时，出现气泡由小到大的合并。随着树脂交联固化放出热量和外部热源提供的热量逐渐增多，气泡核逐渐增大，促进泡沫的增长。 （3）泡沫的稳定及固化成型。随着泡沫的逐渐增长，泡沫的比表面积不断增大，泡壁厚度逐渐减小，如果泡沫没有及时固化，就会造成泡孔破裂。所以在泡沫增大到一定程度，泡沬需要及时固化成型，保证泡沫体的稳定。保证泡沫体稳定，一是可以加入适量的表面活性剂，降低表面张力，有利于形成均勾稳定的小细泡;二是提高树脂聚合物的粘度，保持泡壁一定的厚度，防止泡孔破裂。泡沫的固化成型主

52、要是依靠树脂分子的交联固化，所以，酚酸树脂发泡速度要与树脂固化速度相匹配，即气泡逐渐增长，泡沫逐渐稳定固化。酚醛泡沫是一种新兴保温材料，具有保温、耐热、遇火无滴落，仅在表面形成一层碳化层，低烟雾等优点，有“不燃泡沬塑料”之称，既能解决eis、xps板防火问题，又能解决岩棉等无机保温材料的皮肤刺痒问题，是一种很有前途的建筑材料。但传统的苯酚甲醛所制得的酚酸泡沫，脆性大、掉澄情况严重，严重阻碍了酚醛泡沫的工业化发展。同时，苯酚与甲酸是典型的石油化工产品，近年来价格飞涨。随着石油资源的短缺，其前景更不乐观11。 基于以上两种原因，需对酚醛泡沫进行改性，提高其籾性，降低其生产成本。腰果酚是一种间位带有

53、15个碳的长直碳链的单酚，脂肪族柔性链的引入可以改善酚醛泡沫的脆性，且腰果酚较苯酚廉价、环保，是一种极为丰富的可再生资源，用其全部代替或部分代替苯酚用于酚醛树脂的合成，降低生产成本，提高经济效益。第四章 基于fds的建筑外墙保温材料火灾中烟气特性的模拟研究第四章 基于fds的建筑外墙保温材料火灾中烟气特性的模拟研究4.1 fds（fire dynamics simulator）的简介fds（fire dynamics simulator）是由美国国家标准研究所nist（national institute of standards and technology）建筑火灾研究实验室（buildi

54、ng and fire research laboratory）开发的用于模拟火灾产生的烟雾流动的计算流体动力学软件。该软件发展到现在已经有25年的历史，在90年代中期，les、nist-les、les3d、ifs和aloft等代码统一被整理发展成为fds。fds是一种解决navier-stokes低马赫数流动的燃烧方程组，适用于由低速、热力引起的流动，特别是有火灾产生的烟气和热传导。fds主要用于解决消防工程中的实际问题。同时也是研究活在基本动力学理论和燃烧的工具。通过对物理空间的分化，火场被分割为大量的长方体小单元，每个小单元的内部，气体的速度、温度被假设为一致的，仅随时间发生变化，模拟的

55、精度取决于模拟过程中参与计算的小单元数量。fds是目前国内外公认的最为有效、可靠地火灾烟气运动分析软件，其具体功能主要包括以下几个方面：优化设计尚在设计阶段的消防系统；评估已有的消防系统，查找消防隐患并且提出相应地改进措施；重现发生过的火灾，辅助事故原因的确定；对消防产品虚拟测试以及辅助开发新型的消防产品等。进行fds模拟是为了证明火灾产生的烟雾能够保持在建议的疏散高度上，并且不会威胁到疏散人员的安全，另外还可以对烟雾的层化效应进行计算机模拟。4.2 fds理论基础fds是一个fortune90计算机程序，可以结算流体力学方程。他是一个以火源驱动的计算流体动力学模型。这个模型通过解算一系列navier-stokes方程来得到来自于火源的烟气和热传递。这个方程对低速的、热驱动的流体流动的计算较准确。这种模型运算的基本方程是质量、动量和能量方程，它需要用树枝方式将计算域分成若干三维网络。模型计算每个网络内的物理条件，这些物理条件都是时间的函数。火焰在燃烧过程中诱发周围空气产生流动，在火源上方形成羽流，只有对描述这一过程的质量、动量及能量方程进行简化，才能有效的求解我们感兴趣的问题。通用的流体的动力学方程可以描述丰富的物理现象，但其中许多现象与燃烧过程并无关系，保留一般性会带来巨量的、复杂的计算工作，而这