高层建筑外墙保温系统防火材料选型及防火措施研究

2022-12-31朱小杨重庆市渝北区消防救援支队工程师

中国建筑装饰装修 2022年2期

朱小杨重庆市渝北区消防救援支队工程师

随着建筑行业的蓬勃发展，高层建筑的建设规模不断扩大。由于人们对居住的要求越来越高，因此在进行建筑施工时需高度重视外墙保温与防火功能的完善。通过选择恰当的防火材料以及采用合理的防火措施，做到避免出现安全隐患，从而保障人们的生命财产安全。

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 常见防火材料的特点

2.1 岩棉矿棉类不燃材料的燃烧特点

在常温条件下，岩棉和矿渣棉有固定的导热系数，而且系数极低，加之材料自身隶属于无机质硅酸盐纤维，因此具有不可燃特性。然而若对材料进行加工，就需在材料中添加有机粘结剂等物质，这样就会影响材料的燃烧性能。因此在判断岩棉和矿渣棉类的材料燃烧性能时，通常会将可燃性粘结剂的添加量作为判断的重要依据[1]。

2.2 胶粉聚苯颗粒的热分解与燃烧特点

胶粉聚苯颗粒保温浆料中包含有机材料和无机材料，是一种复合型保温材料。在材料中，聚苯颗粒的体积比较大，占据整个材料的4/5，导热系数极低，具有难以燃烧的特点。加热胶粉聚苯颗粒时，颗粒会逐渐熔化，但并不会随着温度的增加而燃烧。无机材料会对聚苯颗粒形成保护，当聚苯颗粒逐渐熔化后会形成封闭的空腔，进一步降低材料的导热系数[2]。

2.3 聚苯乙烯的热分解与燃烧特点

聚苯乙烯泡沫材料的热塑性比较高，是一种高分子保温材料。对聚苯乙烯进行加热处理时，材料会逐渐熔化。聚苯板的热变形温度不超过98 ℃，最低温度为70 ℃，其温度的差异性与材料所使用的配方和后期处理方式有关。碳氢元素是聚苯乙烯的全部元素，其自身具备容易燃烧的性质，在尚未进行阻燃处理的情况下，氧指数比较低。材料燃烧后会释放较多热量和烟气，还会发生收缩和熔化等现象，导致保温系统内部产生空腔，继而发生剧烈燃烧，而且燃烧所产生的滴落物也具备诱发燃烧的性质[3]。

2.4 聚氨酯的热分解与燃烧特点

与其他有机保温材料相比，硬质泡沫聚氨酯材料的性能最好。若温度不超过202 ℃，聚氨酯通常不会发生分解。加热热固性材料时，材料会逐渐分解，继而产生容易燃烧的气体，遇火会形成碳化层。聚氨酯泡沫在未作阻燃处理之前，氧指数比较低，此外在受热状态下，其所产生的分解物和因燃烧而导致的最终产物具有一定的毒性。

2.5 酚醛树脂的热分解与燃烧特点

作为一种效率高、质量有保障的保温材料，酚醛树脂泡沫材料遇火后通常不会轻易燃烧。如果温度超过400 ℃，该材料会发生灼烧，但不会产生火焰。将火源排除后，材料可能会持续阴燃，但不会产生较多的烟气。

3 高层建外墙保温系统存在的安全隐患

3.1 缺乏防火安全意识

在开展外墙保温系统施工时，需选择合适的保温材料，这将直接关系到建筑防火安全系数。目前，在外墙保温系统中的保温材料主要有无机保温、有机无机复合保温以及有机高分子保温3 种。其中，有机高分子材料具有极佳的保温性能，而且成本不高，因此在施工中具有广泛的应用空间。然而在该材料中，以聚苯乙烯泡沫塑料为代表的材料很容易发生燃烧，若不采取有效的防火措施则会增加建筑的安全隐患。现阶段，建筑外墙保温系统建设缺乏统一的规章制度，设计保温材料时，应充分结合防火要求，增强防火安全意识，保证建筑安全。

3.2 产生有毒气体和烟气

据了解，火灾之所以会造成人员伤亡，主要是由于受害者吸入有毒气体，或因烟雾弥漫而发生窒息。大部分保温系统中所采用的材料以泡沫高分子材料为主，这些材料遇火后容易燃烧，同时会产生较大的烟雾量，而且这些烟雾具有一定的毒性，人们一旦吸入烟雾，其生命安全就会面临威胁[4]。由于毒气的流动速度很快，若不能及时控制火灾范围，就会导致其在建筑空间中迅速蔓延，进一步增加救援难度。

3.3 施工安全隐患

进行建筑外墙保温系统施工时，要考虑材料的可燃性以及发生火灾的常见阶段。当材料顺利抵达施工现场后，如果遇到明火，则很容易发生燃烧，若不及时控制，就会迅速蔓延。在施工现场中，由于施工人员缺乏完善的安全管理经验，存放材料不规范，导致部分高分子材料直接放在现场，暴露在空气中，一旦发生明火，很容易导致材料燃烧。此外，在施工中会使用许多木质板材，若不能对其进行有效保护，也很容易诱发火灾。

3.4 防火构造不完善

进行建筑防火设计时，要考虑火灾对建筑带来的影响，尽可能将其控制在最小范围内，这样就能保证建筑的整体安全。对建筑外墙保温系统进行防火设计时，要对防火区域进行合理划分，从而完善保温系统的功能。目前，大多数建筑外墙保温系统主要是以贯通方式包裹在整个外墙上，并未对系统进行合理分区。系统内部存在连续性可燃材料的保温层，增加了火灾蔓延的危险性。在这种情况下，火势会在较短的时间内发生蔓延，继而形成火灾。尽管我国已出台相关政策和制度，要求在可燃保温材料外保温系统中设置防火隔离带，但在实际执行的过程中并未充分落实这一要求。

4 高层建筑外墙保温系统防火措施

随着建筑行业的蓬勃发展，高层建筑越来越多，在外墙保温系统施工中，人们开始积极应用多种多样的保温材料。为了获得良好的防火效果，需要采取有效的防火措施，以减少建筑所面临的火灾隐患。

4.1 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。

4.2 加强对外墙保温材料的控制

4.2.1 重视对外墙保温材料的质量控制

首先，要确保外墙保温材料具备优越的防火性能和保温性能。其次，发挥监理消防和相关职能部门的作用，严格监督和管理外墙保温材料，并做好材料的验收工作，从而减少火灾隐患。最后，积极治理保温材料，施工单位要落实与建筑有关的消防安全措施。在进行建筑工程验收时，需检查消防设施、消防通道和相关器材。

4.2.2 对保温材料的标准进行严格的规范与控制

近年来，我国发生过许多由于外墙保温材料而诱发的火灾事故。为了避免此类问题的发生，制定了一系列政策法规和外墙保温材料的设计标准。但尽管如此，与发达国家相比，我国的政策规定仍存在许多不足之处。比如进行防火保温材料生产和验收时，缺乏相应的技术标准和验收标准，导致部分保温材料虽然防火性能不足，但还是被继续应用到施工中。以聚苯板材料为例，作为一种常见的外墙保温材料，其保温性能虽然比较优越，但却缺乏有效的防火性能。目前，许多国家对聚苯板材料的使用进行了严格规定，我国也制定了相应的规定，但并未作出硬性规定，导致在实际施工的过程中还会应用。对此，我国要进一步优化与之相关的制度和标准，或者设置相应的法律法规，从而减少对聚苯板等材料的应用。

4.2.3 重视外墙保温材料的防火性能设计

加强对外墙保温材料的防火性能设计，需要做到以下3 点。第一，在施工的过程中要使用具有优越防火性能、不容易燃烧的材料。第二，如果使用不具备优越防火性能的材料就要采取相应的密封措施，可采用必要的砂浆对材料进行涂抹，将其固定到墙面中，提高密封效果。第三，要对材料进行合理设计，积极开发和利用具有优越节能与环保性能的材料。我国要加强对有机保温材料的研究，进一步完善阻燃改性技术。此外需要积极开发更加高效的有机保温材料，使其具备优秀的阻燃性能，避免产生有毒气体，这样才能有效提高外墙保温系统的防火性能。

4.3 重视施工安全防火管理

4.3.1 加强防火安全教育

进行建筑外墙保温施工时，要提高广大施工人员的思想觉悟与安全防范意识，使其能够充分意识到安全防火的必要性。通过对施工人员展开防火安全教育，使其能够了解不同保温材料的特点，掌握必要的防火知识和技能，做到防患于未然。一旦发生火灾，施工人员可以冷静应对，正确处理，有效控制火灾范围，从而减少不必要的损失[5]。

4.3.2 重视施工现场消防安全管理

施工现场环境比较复杂，一旦现场中存在明火就可能会成为材料燃烧的诱因。目前我国建筑施工现场的消防水平不足，管理人员的安全意识还有待提升。要结合实际情况，加大巡查力度，重视消防安全检查，制定有效的防火措施，并确保其得到有效落实，从而避免发生火灾。施工现场消防安全管理主要包含以下几个方面的内容。

第一，要选择合适的材料，确保材料的质量符合标准。第二，严格按照设计的要求进行施工。通过合理区分保温系统，使施工具有针对性，并合理设置防火间距。如果没有对保温材料进行涂抹或者设置防护层，在施工时就要保证高度的合理性，避免高度过高，还要及时对材料进行覆盖，减少材料暴露的时间。第三，若在施工现场使用明火，需加大安全管理与监督力度。首先，严格按照用火管理的要求进行操作，确保手续齐全，并对从事特殊工种的人员进行培训和考核，确定其持证上岗；其次，设置足够数量的消防器材，及时清理现场中的各类易燃物和可燃物，由专门的人员负责监督；最后，及时对现场进行检查，确保现场不存在任何安全隐患[6]。

4.4 选择合适的外墙构造形式

由于建筑所在地区不同，其对外墙保温的要求亦有所不同。为了提高保温效果和安全系数，要选择恰当的外墙保温构造形式。例如将自保温技术与外墙门窗改造技术相结合，设置必要的遮阳措施，这样既能达到隔热效果，又能节省能源。此外，也可将夹芯保温、自保温技术以及外保温技术相结合，减少保温材料的厚度，提高外墙保温系统的技术含量。