典型建筑外墙保温材料的燃烧及火蔓延行为研究

典型建筑外墙保温材料的燃烧及火蔓延行为研究

Summary：高层建筑外墙保温系统是指由保温材料构成的具有保温作用的构造层。墙体保温材料特指用于建筑墙体的一类保温材料，按应用部位可分为外墙保温材料、内墙保温材料以屋面保温材料，按保温材料的内部成分分为无机保温材料和有机化学保温材料。无论是新建高层住宅还是已交付使用的高层建筑，一旦墙体保温材料着火引发火灾，就极易造成重大安全事故。建筑墙体保温材料发生火灾引起的事故，通常是由于火势迅速蔓延所致。外墙空气流动性较快，保温材料防火等级不合格，加上外风力作用、内部纵向管井和管道的“烟囱”效应等因素，使其发展速度快、事故规模大、社会影响大且扑救难度大，极易造成人员伤亡。基于此，本篇文章对典型建筑外墙保温材料的燃烧及火蔓延行为进行研究，以供参考。Keys：典型建筑；外墙保温材料；燃烧；火蔓延行为引言保温材料是高层民用建筑落实节能环保的重要建筑材料，所以国内外的建筑行业对其进行了深入探究，旨在通过保温材料的应用减少建筑能源消耗，进而减少对环境造成的污染。而墙体保温分为内墙体保温与外墙体保温两种，但若是采用内墙体保温的话，室内面积就会减少，而且外观也会受到影响。所以，外墙体保温材料的应用成为了国内外建筑行业研究和应用的重点。1高层建筑外墙保温系统材料概述在建筑外墙中，外墙保温系统不仅需具备良好的保温与隔热效果，还要提高建筑整体的美观性。在保温系统中，保温材料是核心内容，其质量的好坏直接影响建筑的保温与隔热效果。常见的保温材料主要分为4种：第一种为无机保温材料，主要包括矿物棉和玻璃棉，优点是不会燃烧；第二种为有机无机复合保温材料，主要以胶粉聚苯颗粒保温浆料为主，具有不容易燃烧的特点；第三种为有机保温材料，主要包括聚氨酯、酚醛、聚苯板，很容易燃烧；第四种为其他材料，主要以瓷砖和砂浆等材料为主，具有不会燃烧的特点。目前我国建筑行业中，企业积极响应国家提出的节能降耗号召，重视建筑的安全性和可靠性。因此，在完善保温系统功能的同时，需充分考虑保温系统的防火安全。外墙保温系统发生火灾的主要时段包括材料正式入场、行材料上墙操作以及建筑正式投入使用，为了进一步提高保温系统的防火性能，需合理应用防火材料，并制定有效的防火措施。2高层建筑外墙保温系统的消防问题2.1保温材料防火安全特性不合格现阶段，外墙内保温、夹芯保温、外保温的主要成分是聚苯保温板。聚氨酯材料、各种无机保温砂浆、聚乙烯原料以及PC聚碳酸酯都属于新型建筑防火材料的范畴。易燃原料在高温作用下极易着火，同时点燃时会产生有害气体。我国现阶段防火安全的相关标准中对墙体所用岩棉保温板的阻燃功能和阻燃等级没有明确要求，当保温层长时间受高温影响时，会变形、开裂，甚至倒塌，这将威胁到逃离人员和消防指战员的生命安全，并且高层建筑的外墙倒塌会使消防人员灭火救援作战变得异常艰难。2.2整体消防安全设计不科学窗口是高层建筑发生火灾时最常见的火灾扩散通道。当火焰从窗口蔓延开来时，周围的隔热层会暴露在高温辐射源下或立即燃烧。在高温辐射源的作用下，保温层中的保温材料在温度达到沸点时会迅速熔化塌陷，当温度再次升高时会引起火灾。燃烧时，保温层的原材料会迅速点燃并引起火灾，火势快速蔓延不仅会导致隔热层普遍被破坏，而且在焚烧过程中还会不断下落。烧毁脱落的保温层和表面装饰会对建筑物内的人造成安全威胁，因此高层建筑在使用外墙保温时，必须同时设置防火结构或使用阻燃材料，否则火灾事故将威胁到建筑整体安全。3典型建筑外墙保温材料的燃烧及火蔓延行为研究3.1试验设计3.1.1试验材料目前建筑行业主要使用的建筑外墙保温材料有3类，分别选取3种典型建筑外墙保温材料，EPS、XPS及硬PU，其主要特征参数见表1。3.1.2试验内容本试验分别将EPS、XPS及硬PU按照长50.0cm、宽8.0cm、厚1.8cm的方形尺寸截取，每种材料做3次重复试验。试验时，先在室外将建筑外墙保温材料水平放置到变角度支架上，用摄像机拍照留存后，送入低压低氧试验舱里的天平上，用打火机人工汽火引燃后，将所有电灯等照明设备关闭，摄像机、计算机等数据采集仪器实时记录，相关布置情况可参考图1。燃烧结束后，保存温度、辐射热、火焰燃烧情况等数据，并将试验舱内有毒有害气体通过抽压泵抽走，开始下一组试验，如此重复，得出共9组试验工况。图1试验装置布置示意3.2试验结果与分析3.2.1火焰温度试验中按照相同规格长、宽、厚分别为50.0cm、8.0cm、1.8cm的尺寸截取EPS、XPS及硬PU3种建筑外墙保温材料，将用8个K型热电偶组成的阵列放在建筑外墙保温材料沿水平火蔓延方向的中轴线上方，用于测量建筑外墙保温材料燃烧时的表面温度。图53种建筑外墙保温材料水平火蔓延过程中轴线上方温度与时间曲线对于3个燃烧阶段，稳定燃烧阶段峰值温度相对较高，根据图中8个热电偶所测得温度最大值来评估3个区域大致位置。EPS板最高温度由T4测得，XPS及硬PU板的最高温度均由T2测得，可见，随着燃烧的发展，3种材料的热解速率不一致，XPS和硬PU相对易燃。3.2.2辐射热EPS、XPS及硬PU3种建筑外墙保温材料的辐射热与时间的变化曲线如图6所示。图63种建筑外墙保温材料的辐射热与时间的关系曲线3种保温材料在引燃后，硬PU率先在最短时间内到达峰值，EPS次之。因此，从可燃材料燃烧时的辐射热角度来看，3种典型外墙保温材料的火灾危险性由大到小分别为EPS、XPS、硬PU。4加强对无机类保温材料的应用合理选择建筑外墙的保温材料能够减少火灾发生的可能性。具备不燃性能或者阻燃性能的材料通常能够有效抵御火灾，避免火势进一步扩大，从而减少火灾造成的损失。在大部分建筑外墙保温施工中，人们会选择有机高分子保温材料，但这些材料具有可燃性，因此要尽量增加对无机类保温材料的应用，进一步减少火灾所带来的危害。此外，要加强对无机保温材料应用体系的开发，这样才能更好地满足外墙保温系统的需求，从而有效解决火灾隐患。但是目前无机类保温材料的价格比较高，与之相关的生产工艺水平比较落后，现有的无机类保温材料保温系统的研究力度也十分有限，很大程度上限制了研究进展。因此，需要积极开展有机与无机复合型外保温系统的研究，发挥出各个保温材料的优势，从而设计出满足防火要求的保温系统。结束语综上所述，本文在低压低氧试验舱中开展EPS、XPS及硬PU3种典型建筑外墙保温材料的燃烧及水平贴壁火蔓延试验，研究建筑外墙保温材料的燃烧特性及火蔓延行为。3种典型外墙保温材料的火灾危险由大到小分别为EPS、XPS、硬PU，表明XPS火灾危险性相对较大。Reference[1]王经纬.建筑复杂环境聚氨酯保温材料火蔓延行为研究[D].安徽建筑大学,2020.000400.[2]殷向伟.外墙竖向通道结构对建筑外立面火蔓延的影响[D].中国矿业大学,2020.000224.[3]王守江.建筑外墙有机保温材料及系统火灾行为大尺寸实验研究[D].中国科