外墻外保溫材料的燃燒性能及分級標準的實施探究

文/姜 艷

根據調查，建筑總能耗占全社會終端能耗的27.5%，即6.13×108t標準煤，而保溫材料的使用，不僅可以提高居住舒適度，更大的意義在于能夠節能減排。每使用1 t高效節能材料，就能節省3 t標準煤用量，同時還可以減少1 t CO2、粉塵和SO2的排放。

外保溫系統的構造中，目前廣泛采用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）及聚氨酯硬質泡沫塑料（PU）等，它們屬可燃有機保溫材料。外墻保溫節能主要是靠保溫絕熱材料作為建筑圍護，因此，開發和應用高效的保溫絕熱材料是保證建筑節能的有效措施。絕熱就是要最大限度地阻抗熱流的傳遞，這就要求絕熱材料必須具有大的熱阻和小的熱導率。根據保溫層位置的不同，外墻的保溫方式可以分為3類：外墻外保溫、外墻內保溫和中空夾心復合墻體保溫。

一、我國建筑外墻保溫節能現狀

外保溫是目前大力推廣的一種建筑保溫節能技術，外保溫與內保溫相比，技術合理，且有其明顯的優越性。使用同樣規格、尺寸和性能的保溫材料，外保溫比內保溫的效果好。外保溫技術不僅使用于新建的結構工程，也適用于舊樓改造，適用范圍廣，技術含量高。自20世紀90年代以來，我國在外墻保溫方面出臺了一系列政策，積極引進多種外墻保溫體系，上海建筑節能標準從50%提高到65%，外墻保溫的做法也由單一型逐步發展為多種各具特色的工藝做法。

從2007年開始，隨著各種外墻保溫材料的廣泛應用，由此引發的火災此起彼伏。南京中環國際廣場、哈爾濱“經緯360度”雙子星大廈、濟南奧體中心體育館、北京央視新址附屬文化中心、上海膠州路教師公寓和沈陽皇朝萬鑫大廈等相繼發生建筑外保溫材料火災，造成嚴重人員傷亡和財產損失。經查明，上海膠州路上的此次火災原因是因電焊工操作不當，引燃防護網或保溫材料，進而引燃了外墻保溫材料和其他可燃物所致，其中保溫材料的阻燃性指標不符合相關產品標準的要求也是重要原因之一。

當前，現有采用的保溫材料均處于保溫和防火的兩難境地,“保溫效果越好，則防火性能越差”。目前的有機保溫材料中，原材料都添加了阻燃劑，有一定阻燃效果，但是EPS、XPS和PU仍易著火滴熔，導致施工現場發生火災且燃燒時會產生更多有毒氣體。因此，除加強施工現場的防火安全管理外，具有可操作性的技術規范和監管措施的研究有待深入。

二、外墻外保溫材料的種類

目前，常用的保溫絕熱材料主要有：EPS、XPS、PU、巖棉、玻璃棉、膨脹玻化微珠保溫漿料、硅酸鹽復合絕熱砂漿以及膠粉聚苯顆粒保溫漿料等。根據其材料的特性，外墻外保溫材料主要可分為以下3類。

1.有機高分子保溫材料

該類保溫材料以EPS、XPS和PU為主，屬可燃材料，有引發火災的危險性。

①EPS

該材料導熱系數0.041 w/(m·K)。PS是以聚苯乙烯樹脂為主要原料，經發泡劑發泡而制成的內部具有無數封閉微孔的材料。其具有熱導率小、吸水率低、隔音性能好、機械強度和尺寸精度高，以及結構均勻等優勢，在外墻保溫材料市場中占有率高；EPS全部由碳氫元素組成，本質上極易燃燒。未經阻燃處理，氧指數僅為18%，燃燒時熱釋放量較大，同時生成大量煙。由于受火后收縮和熔化，導致外保溫系統內產生空腔，轟然狀態下燃燒劇烈，燃燒的滴落物具有引燃性。

②XPS

該材料具有強度大、硬度大、導熱系數小、吸水率小、水蒸氣通過系數小及表面平整致密的特性，它具備與EPS系統相近的優勢，在目前節能65%的前提下，是外保溫系統首選絕熱層材料。但與EPS板相比，XPS板在均質性、尺寸穩定性和柔韌性3方面又存在一定的劣勢。

③PU

該材料具有非常優越的絕熱性能，導熱系數0.024 w/(m·K)，在所有外墻用有機保溫材料中為最優。它本質上屬于高易燃材料，未做阻燃處理時氧指數僅為16.5%，受熱時通常分解出易燃氣體。其特有的閉孔結構使它具有更優越的耐水氣性能。由于不需要額外的絕緣防潮，簡化了施工程序，降低了工程造價。可其價格較高，還是難以普及。

2.無機類復合保溫材料

巖棉、玻璃棉和膨脹玻化微珠保溫漿料等，屬不燃性材料，自身不存在防火安全問題，可其料密度一般較大，在180 kg/m3左右，故性能不能完全滿足外保溫要求。

①礦物棉

礦物棉制品主要有巖棉和玻璃棉。根據目前的生產工藝，巖棉可分為沉降法巖棉板、擺錘法巖棉板和三維法巖棉板。巖棉制品具有良好的保溫、隔熱、吸聲、耐熱、不燃性能和良好的化學穩定性。巖棉有3種絕熱方式：內絕熱、中間夾芯絕熱和外絕熱。但市場上巖棉的質量參差不齊，存在性能缺陷等問題。

玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處，但其手感好于巖棉，可改善工人的勞動條件，但由于它遇潮后釋放有毒氣體（但不致癌），同巖棉一樣安裝和拆卸過程中釋放到空氣中的人造纖維會對人體組織造成損傷，價格較巖棉高。目前，我國的玻璃棉產量僅為美國的1/60。

②泡沫玻璃

它是一種無機硬質保溫材料，它強度高、吸水性極低，常用于屋頂保溫。因生產成本過高，與EPS、XPS和PU等產品相比在經濟性方面沒有優勢。

上述幾種無機保溫材料還具備耐酸堿、耐腐蝕等高穩定性，與建筑物墻體同壽命等優點，但其主要缺點有：保溫性能差，占地面積大，抗撞擊和受壓強度差，吸濕性大，環保性能差，在施工和應用中對人體有害，因此，該類保溫材料多用于設備、管道保溫和人員不宜接觸到的場所。而用于外墻保溫系統的巖棉板、玻璃棉板應采用新的產品和施工技術，使其人造纖維減少或消除對人體組織的損傷，安裝和拆卸過程中還需采取防擴散措施。由于這些措施，會增加生產和安裝成本，使其經濟性大打折扣。

3.有機無機復合保溫材料性能特點

該類材料以膠粉聚苯顆粒保溫漿料為主，屬難燃材料，自身不存在防火安全問題。

膠粉聚苯顆粒保溫材料是由膠凝材料和聚苯顆粒輕骨料分別按配比包裝組成。凝膠材料導熱系數為0.06 w/(m·K)，密度小，熱工性能、和易性及耐侯性好，具備抗熱應力、水、火、風壓和地震力的影響。其界面砂漿采用無空腔和逐層漸變柔性釋放應力的技術路線，解決了抗裂難題。膠粉聚苯顆粒在受熱時，包含的聚苯顆粒會軟化并熔化，不會發生燃燒。由于聚苯顆粒被無機物包裹，其熔融后將形成封閉的空腔，此時該保溫材料的導熱系數會更低，傳熱更慢，且受熱全過程材料體積變化率為零。該保溫材料突破了傳統保溫砂漿只能用于內保溫的局限，但這類材料存在著施工要求高、厚度不好控制、施工周期長和吸水率高的問題。

三、保溫材料的燃燒性能指標規范

1.燃燒性能的相關規定

2009年，公安部、住房和城鄉建設部印發的《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》中，對墻體建筑保溫材料燃燒等級及防火構造要求進行了規定。同時，還明確了防火構造設置的間隔要求，如防火隔離帶的具體做法：設置防火隔離時，應沿樓板位置寬度不小于300 mm的A級保溫材料。60 m以上100 m以下住宅，使用的外墻保溫材料至少為B2級，并應按GB 8624－2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》標準檢測；公安部消防局2011年發出的《關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監督管理有關要求的通知》中明確規定“民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料”。

A級不燃型保溫材料一般為無機非金屬材料，主要包括巖棉、玻璃棉、加氣混凝土、泡沫玻璃、泡沫水泥及粒狀保溫材料復合保溫板材和漿料。這些保溫材料的導熱系數見表1。

表1 現有A級保溫材料的導熱系數 w/(m·K)

在國外，巖棉制品和泡沫玻璃主要用于墻面和屋面保溫，泡沫玻璃也常用于屋頂保溫；外墻外保溫采用巖棉保溫板和泡沫玻璃單一材料即可滿足節能65%標準的要求。GB/T 25975－2010《建筑外墻外保溫用巖棉制品》去年10月正式實施。

2.燃燒特性分級

GB 8624－2006標準采用國際先進標準，分級體系是完全參照歐盟EN 13501－1:2002《建筑制品和構件的火災分級第一部分：用對火反應試驗數據的分級》標準，它有規定其實驗方法及等級標準，并對部分級別專門規定了附加燃燒生成物的毒性試驗要求。新的分級體系是基于材料在真實火災場景中燃燒特性的一套評價體系，試驗的設計和數據的采集是建立在火災基礎理論之上的，并以實際火災為參考場景。公安部在關于實施國家標準GB 8624－2006對燃燒性能等級進行了相應的規定（見表2）。

表2 GB 8624各版本對應燃燒性能等級表

GB 8624－2006未包含室內裝修材料用窗簾幕布類紡織物、電線電纜套管類塑料等阻燃制品的燃燒性能要求。2010年年底修訂的GB/T 8624－201X正處于報批過程。據悉，新修訂的標準增加了特定用途制品、金屬面保溫夾芯板、墻面保溫制品、屋面覆蓋材料的燃燒性能分級和技術要求；燃燒性能級別回到GB 8624－1997版4個等級（見表2）。據悉，試驗方法延用2006版標準，并新增了GB/T 16172－2007《建筑材料熱釋放速率試驗方法》、美國標準ASTM 1537:2002《實尺軟墊家具著火試驗的標準試驗方法》、美國聯邦法規CPSC 16 CFR Part 1633《軟質家具的測試試驗方法》和英國標準ENV 1187－2002《屋面材料外部受火試驗方法》。

四、外墻外保溫系統設計規范

1.國外

從國外外墻外保溫系統的發展歷史可以看到，對外墻外保溫防火安全性的要求一直被作為該技術應用的首要條件。在歐美等外墻外保溫技術應用先進的國家，對重要建筑、高層建筑的外墻保溫系統均有嚴格的防火要求，都要求對外保溫系統的保溫材料及系統進行燃燒性能等級評價；對不同外墻外保溫系統和保溫材料均有防火測試方法和分級標準；對不同防火等級的外墻保溫系統在建筑的使用范圍方面做出規定；對包括防火隔離帶等構造措施在內的系統整體構造，還要求進行大尺寸模型火試驗，以評價實際使用狀態下系統整體構造阻止火焰蔓延的能力，即系統整體構造防火性能的有效性。

由于涉及嚴重的防火問題，美國早已有20多個州禁止使用EPS；英國的法律規定，18 m以上建筑不允許使用EPS板薄抹灰外墻保溫系統；德國法律中明確規定，超過22 m以上的建筑嚴禁使用有機可燃保溫材料；日本政府出臺法規，將耐熱性能好燃燒后發煙量低的酚醛泡沫作為公共建筑的標準耐燃物，耐燃性能低于酚醛泡沫的，禁止在公共建筑上使用。同時，由于EPS等建筑保溫材料的易燃燒性能，很多保險公司禁止給EPS保溫的建筑進行保險。

目前，在國際市場上被廣泛采用的建筑保溫材料主要有巖棉、玻璃棉等，如瑞典、芬蘭等西歐國家80%以上采用巖棉制品。巖棉耐高溫最高，使用溫度能達到650℃，玻璃棉也可以達到300℃。

2.國內

在我國僅有“水立方”、北京地鐵等高檔公共建筑施工中使用酚醛泡沫。這是考慮我國的國情，不能照搬歐美標準。歐美國家采用有機保溫材料的外保溫系統主要用于單層或多層建筑，而我國目前的高層建筑甚至超高層建筑居多，其火災危險性和危害性更大。

雖然，我國已有GB/T8624－2006、GB50045－2005《高層民用建筑防火設計規范》以及相關暫行規定等。但，國內對外墻外保溫防火技術規范的研究和重視程度還遠遠不夠，如現行GB50045－2005標準尚無針對外墻保溫的防火設計條文。對外墻保溫系統缺乏分級標準和使用范圍限定；外墻保溫防火技術也沒有國家或行業標準及相關技術規范；國內現行建筑外墻保溫施工技術體系尚無防火隔離分區技術的應用。正是因為在外墻外保溫施工過程中和施工完畢后對防火問題的忽視，由易燃外墻外保溫材料導致火災發生的安全隱患比比皆是。此外，由于判定燃燒級別時沒有充分考慮高分子發泡材料的火焰傳播性能，只考慮了產品在實驗條件下的熱釋放性能，與實際火災中EPS和XPS的燃燒條件不符。故材料的燃燒性能等級與工程實際中的防火安全是兩個不同的概念，不能等同看待。目前條件下，借鑒國外的成功經驗，采用大比例的窗口模型試驗方法，對外保溫系統火焰傳播性以及防火隔離構造措施的有效性進行試驗評價，是今后的發展方向。

五、一些建議

為了更好地解決外墻外保溫的防火問題，第一，通過對國外先進技術的借鑒并結合我國的國情，開發具有獨立知識產權的建筑保溫材料和外墻外保溫系統；第二，迫切需要建立適合我國國情的防火標準和規范，限制防火性能差的外墻外保溫體系使用范圍，尤其注意在高層和超高層的外墻上限制使用，鼓勵推廣使用安全系數更高的外墻外保溫系統；第三，提高設計、施工、質檢和生產廠家對板材防火阻燃性認識的高度，加大質檢及相關部門對施工現場防火隱患的排查。

目前，各種新材料、新技術和新體系魚龍混雜，其中大多在缺乏相關實驗數據及大型氣候驗證的情況下，就應用于工程實際；相關主管部門監管力度不夠；設計、監理、施工、質檢、檢驗及生產企業對相關標準認識不足，缺乏對外保溫系統正確認識及施工經驗等。事實上，在大力提倡建筑節能的今天，研發新型具有高效保溫隔熱功能的低成本的防火保溫材料，解決外保溫材料的火災危險性問題，已刻不容緩。