外墙外保温系统保温材料的选择

外墙外保温系统保温材料的选择

20世纪50年代，欧洲的泡沫泡沫塑料厂和有机木材在美国已上市。外包水温系统（eifs，简称eifs，简称etis）逐渐发展到欧洲市场，并在美国建筑市场注册。早期的EIFS通常由3个基本部分构成,见图1所示。第一层是泡沫塑料保温层,大多数选用的保温材料为模塑聚苯乙烯泡沫塑料板材(EPS),也有挤出型聚苯乙烯泡沫塑料板材(XPS)、硬质聚氨酯泡沫塑料板材(PUR)以及近年来推出的交联聚异氰酸酯(PIR)。增强层应用于保温层表面,通常为玻璃纤维网格布和底层涂层,玻璃网格纤维布的密度直接决定了其强度。涂层或饰面,包括抹灰层(render),或者制作出光滑、粗糙的纹理或使用饰面砖等作为装饰层。这种系统能够保护建筑物结构、提升保温性能、提高建筑物结构的气密性并具有一定的隔音效果,外立面装饰效果多样,便于安装从而适应建造快速的要求,故在建筑物翻新工程和新建建筑物工程中都有广泛使用。随着应用的逐步推广,美国发现潮湿问题对于一部分采用EIFS作为外立面的建筑影响很大,尤其是对对潮气较为敏感的建筑框架影响更为明显。图2为潮湿对建筑外立面影响的示意图。研究人员探索出一种新的可排水的EIFS,见图3所示。这种系统将防水层应用于整个墙体表面之上,然后增加排水孔(通常是在泡沫塑料和防水层之间增加一些空间)。然后按照上述步骤加入3层。这种类型的EIFS在建筑规范中要求用于木质框架构造,用于提供EIFS背后的潜在的水通过安全途径流入外部,从而防止水进入支撑墙体造成损坏。另外,随着对外立面式样美观性、高层建筑对于结构定期检修以及保持建筑呼吸性要求的不断提升,更多的高层建筑使用干挂板(drycladding)或防水幕墙(rainscreen)系统。这种系统将保温层固定到基层墙体上,采取支撑框架结构或干挂板固定系统,在保温层和干挂板之间保留通风洞口,从而保证建筑的呼吸性能并防止潮湿的影响,同时树脂增强板、纤维增强硅酸钙板、铝板和陶土板等多种外挂材料的选择也使外墙表面具有更多的色彩、纹理和图案。典型的干挂板EIFS结构,见图4所示。从以上对EIFS系统结构的分析可以发现:(1)保温材料的使用大大降低了建筑物的能耗,而且伴随着EPS、XPS、PUR、PIR产品的不断推陈出新,更多的有机保温材料在EIFS系统中得以应用。(2)潮湿问题对于建筑物框架结构的危害巨大,尤其是木质框架结构等对于潮湿较为敏感的建筑框架。因此近年来对于建筑呼吸性能和除湿功能的要求更加严格,无论是薄抹灰还是干挂板EIFS,都要求在结构上留出一定的空隙保证湿气的移除。从消防的角度考虑,未经阻燃处理的保温材料以及与之毗邻的孔洞都具有一定的安全隐患,要求在施工过程中采取一定的阻燃措施或进行有效的防火分隔,从而避免火焰在空隙中蔓延。2大尺寸试验研究根据建筑节能设计要求,建筑保温材料的导热系数直接决定了在建筑中所使用的厚度,从而也成为了单位面积保温系统成本考量的重要因素。表1为典型保温材料保温性能对比。针对保温材料在真实火灾中的燃烧性能,英国EPIC协会(建筑工程板协会)对于两面带有金属面层,中间采用保温材料作为芯材的复合保温板(我国通称“彩钢板”,见图5所示)通过大尺寸试验做过对比。该试验依照的标准为英国防损委员会标准LPS1181《建筑墙体和天花板》测试,采用35kg木条堆模拟10m×4.5m×3m的测试建筑的角落火灾,测试过程中平均热量输出达到510kW,最大输出达到1MW,足以代表火灾的发展。针对聚苯乙烯、聚氨酯和岩棉三种典型且常用的保温材料制作的彩钢板进行试验,试验测试框架和过程见图6所示,得出的结论见表2所示。3外墙外保温系统etag-尽管在欧洲高层建筑物的火灾很少发生,但是欧洲专家也认为,这种火灾一旦发生,可能通过外保温系统蔓延,从而具有很大的危害性。仅1991年英国Basingstoke的火灾,14层楼的办公大楼上有2层被损坏,造成价值1560万英镑的损失。2005年在马德里也发生过类似的火灾,造成了巨大的财产损失。消防专家通过研究得出,建筑外保温系统在火灾中的垂直传播模型,见图7所示。通常火灾在高层建筑中的较低楼层中起始,造成大量的燃烧物质聚集在天花板,并产生负压。火灾的温度和压力造成玻璃的破损从而在建筑物外表面蔓延。一旦有机保温材料不具备一定阻燃性能,火焰将持续燃烧,在干挂板EIFS和幕墙结构中,缝隙的存在导致烟囱效应,火焰的蔓延更加迅速和猛烈,造成多个二次火灾同时发生,巨大财产损失不可避免。因此,欧洲技术评估组织(EOTA)在2000年颁布了欧洲技术评估指南ETAG004《带有薄抹灰的外墙外保温复合系统》。对于带有薄抹灰的外墙外保温复合系统,欧洲要求(ETAG004节选):(1)对于保温材料单独进行防火性能测试是必须的。试验应根据prEN13501-1的原则进行,特别要认识到在外墙外保温系统中保温材料蔓延的可能性。为防止火焰的蔓延,有些成员国会要求使用“防火隔离带”,以期满足防火要求。系统供应商应推荐保温材料屏障来防止火势蔓延,作为系统一部分,其防火能力可参照产品性能列表或试验结果而定。(2)外墙外保温的防火性能等级按EN13501-1《建筑制品和构件的火灾分级》划分为A1～F级。针对整个系统和保温材料的防火性能分类另述。(3)除了力学性能和稳定性(使用安全性)要求外,根据现有的国家防火标准,为了满足防火要求可能需要一些附加锚件的使用。(4)保温材料的等级分类和EN13501-1材料的防火等级分类相同。使用的欧洲等级有A1～F,作为系统的一部分,当保温材料中含有隔离带时,要出示1∶1大样的试验结果。德国对于外墙外保温系统的应用范围的规定是:(1)按照建筑材料许可规定必须出具适用性证明。(2)对于不可燃的外墙外保温系统(A1或A2级,DIN4102-A级)(3)300mm以下厚度不需附加防火措施;不可燃保温材料(岩棉或矿物质泡沫);矿物质涂料(石灰/水泥)或有机硅涂料(水玻璃);对于难燃外墙外保温系统(B或C级,DIN4102-B级);100mm以下聚苯板不需防火措施;100～300mm须采取防火措施;300mm以下聚氨酯或酚醛树脂不需防火措施;软质木纤维保温时部分可以做到100mm厚度;采用弥散性涂料或硅树脂涂料。德国对“防火隔离带”提出的许可规定为:采用的保温板厚度为100～300mm的工程商,如果至少每两层设施有围绕建筑物的防火隔离带,则在每个窗洞上沿不需要设置岩棉防火隔离条;防火隔离带必须由至少300mm高、满粘式片状岩棉条组成(着火性能等级A1或A2～S1,DIN-EN13501-1,原始密度80～100kg/m3);防火隔离带的安装应保证防火隔离带下沿与沿口间距不超过0.5m;边角处应在网格布上再加一道钢保角。而在美国,通常对于薄抹灰系统EIFS的要求是:所有外保温系统必须符合现行标准和规定。注意在多层建筑中,除非使用了矿棉保温材料,否则必须在外保温系统中使用防火隔断产品以防止火焰在外部的蔓延。对于干挂式EIFS,则要求所有的系统必须符合现行标准和规定。防火测量必须包括提供不燃保温材料的隔离带,并加入洞口防火封堵材料从而防止火焰在表面的蔓延。由于烟囱效应可以使火灾高度变成原有的5倍,因此欧美发达国家均在使用建筑外保温系统的同时,对于有效的防火分隔和防火隔离带采取了一系列的要求和防范措施。图8为干挂式EIFS防火隔离措施的示意图。4外墙外保温系统的保温与火灾技术(1)建筑外保温系统通常由泡沫塑料保温层、增强层以及涂层或饰面组成,由于具有保护建筑物结构、提升保温性能和提高建筑物结构的气密性和隔音效果等多重功效,在建筑物翻新工程和新建建筑物中得到广泛使用。(2)潮湿问题对建筑物框架结构的危害巨大,因此无论是薄抹灰还是干挂板EIFS,都要求在结构上留出一定的空隙保证湿气的移除。然而,未经防火分隔的保温材料与孔洞具有使火焰在空隙中蔓延的隐患。(3)常用于建筑外保温系统的保温材料是热塑性的聚苯乙烯泡沫塑料、热固性的聚氨酯泡沫塑料和无机岩棉保温材料。通常根据导热系数、燃烧性能和价格三方面因素进行选择。(4)由于建筑外保温系统在火灾中的垂直传播造成了很大的危害性,欧洲技术评估组织在2000年就对于