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建筑外墻有機(jī)泡沫保溫材料中阻燃劑的應(yīng)用的論文
近年來，南京中環(huán)國際廣場、哈爾濱經(jīng)緯 360°雙子星大廈、濟(jì)南奧體中心、北京央視新址附屬文化中心、上海膠州教師公寓、沈陽皇朝萬鑫大廈等，相繼發(fā)生由建筑外保溫材料引發(fā)的火災(zāi)，造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，建筑易燃可燃外保溫材料已成為一種新的火災(zāi)隱患，由此引發(fā)的火災(zāi)已呈多發(fā)勢頭。建筑外墻保溫材料指的是建筑外墻外保溫系統(tǒng)中保溫層所采用的材料。
目前我國的外墻外保溫系統(tǒng)主要采用擠塑聚苯乙烯板（ 以下簡稱 XPS 板） 、膨脹聚乙烯泡沫塑料板（ 以下簡稱EPS 板） 、聚氨酯硬泡（ 以下簡稱 PU） 等高分子材料作為保溫材料，這些有機(jī)泡沫塑料中含有大量的碳鏈，容易燃燒，氧指數(shù)為 17. 0%左右，加之泡孔壁薄、密度小，遇火后極易形成大面積滴落、流淌火災(zāi)，燃燒時(shí)釋放大量的有毒氣體和煙霧，人吸入就會(huì)中毒身亡[1].目前市售的阻燃型 EPS 板和 PU,采取添加適量阻燃劑氧指數(shù)可達(dá)到26%,增加阻燃劑用量或進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖枞继幚�，氧指�?shù)可達(dá)到32%以上，此時(shí)可以滿足一般條件下阻燃材料要求。但是添加阻燃劑后給泡沫材料帶來的力學(xué)性能下降、耐候性降低以及火災(zāi)發(fā)生后揮發(fā)大量的有毒氣體所造成的二次危害，必須引起人們的重視。在今后很長的一段時(shí)期內(nèi)，XPS 板、EPS 板、PU 仍將作為我國保溫材料的主體使用，開發(fā)抑煙、高效、無毒的阻燃劑變得尤為迫切和重要。本文從建筑外墻有機(jī)泡沫保溫材料引入的阻燃劑入手，分析我國建筑外墻保溫系統(tǒng)的火災(zāi)隱患以及最新的外墻保溫材料標(biāo)準(zhǔn)。
1 不同保溫材料阻燃劑性能分析。
目前阻燃劑的引入主要通過兩種途徑。①在聚合物單體上引入具有阻燃效應(yīng)的氮、磷、鹵族元素提高阻燃效果。此種方法制備的阻燃材料阻燃效果持久穩(wěn)定，并且不影響材料本身的機(jī)械性能。但是在聚合物單體上引入阻燃元素的反應(yīng)過程復(fù)雜，效率較低，并且需要專用設(shè)備，目前不被市場大規(guī)模生產(chǎn)使用。②在材料制備過程以物理方式加入阻燃劑。通常稱為添加型阻燃劑，主要包括鹵系阻燃劑，磷系阻燃劑和無機(jī)阻燃劑。其中阻燃劑的種類，添加量以及添加劑在聚合物中的分散、遷移和材料的老化對其阻燃效果影響很大[2].
1. 1 鹵系阻燃劑。
鹵系阻燃劑是指含有溴、氯等鹵系元素的有機(jī)化合物，因其具有較好的阻燃性能、添加量少、對材料的性能影響較小而被大規(guī)模使用。常見的有 TDCPP,TCPP、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、四溴雙酚 A[3].但是保溫材料添加鹵系阻燃劑后，遇到高溫或者明火會(huì)產(chǎn)生大量濃煙，釋放鹵化氫腐蝕性氣體，導(dǎo)致人體窒息死亡，增大了逃離與救援的難度。
1. 2 磷系阻燃體系。
磷系阻燃劑主要包括磷-氨阻燃劑和膨脹型阻燃劑。其中磷-氨阻燃劑在制備過程中需要對紅磷的表面處理、穩(wěn)定化處理及包覆處理來提高紅磷在吸濕性、自燃溫度、釋放磷化氫量、粉塵爆炸濃度及與高聚物的相容方面的效果。膨脹型阻燃劑是主要以磷 - 氮為成分為主，具有良好的防火性能，阻燃產(chǎn)品燃燒時(shí)具有低煙密度、低毒性、低腐蝕性，符合環(huán)保和消防對材料的要求。
1. 3 無機(jī)阻燃體系。
無機(jī)添加型阻燃劑主要包括一些水合金屬化合物（ 氫氧化鋁、氫氧化鎂） ,氧化銻、以及硼酸鋅等。這些無機(jī)阻燃劑添加到聚合物中后在高溫條件下分解釋放出水蒸氣，并且吸收大量的熱，達(dá)到阻燃效果。但是無機(jī)阻燃劑的添加量大，在聚合物中容易產(chǎn)生團(tuán)聚，導(dǎo)致聚合物基體材料力學(xué)性能下降嚴(yán)重，無機(jī)粒子加入前需要對其進(jìn)行表面化處理提高其在聚合物中的分散性，否則將會(huì)影響聚合物發(fā)泡材料的阻燃效果。
2 外墻保溫系統(tǒng)存在的火災(zāi)隱患。
2. 1 外保溫系統(tǒng)構(gòu)成。
目前外墻保溫體系常用的是“聚苯板薄抹灰保溫系統(tǒng)”,可以分為模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)、擠塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)兩種。模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)是指置于建筑物外墻外側(cè)，與基層墻體采用粘結(jié)方式固定的保溫系統(tǒng)。系統(tǒng)由模塑聚苯板、膠粘劑、厚度為 3 ~6 mm 的抹面膠漿、玻璃纖維網(wǎng)布及飾面材料等組成，系統(tǒng)還包括必要時(shí)采用的錨栓、護(hù)角、托架等配件以及防火構(gòu)造措施。擠塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)以經(jīng)表面處理的擠塑聚苯板為保溫層材料，通過粘結(jié)并輔以錨固方式固定在基層墻體外側(cè)，采用復(fù)合有玻纖網(wǎng)布的抹面膠漿為薄抹灰面層，以涂裝材料為飾面層，并具有防火構(gòu)造措施的一種建筑物的非承載保溫構(gòu)造。
2. 2 存在的火災(zāi)隱患。
外墻保溫系統(tǒng)火災(zāi)隱患主要包括： ①外墻飾面層的開裂、脫落和空鼓。②外墻保溫材料的火災(zāi)隱患等。第一種可以通過改變材料的設(shè)計(jì)以及加強(qiáng)施工質(zhì)量得到改善，但是樓房在自然老化條件外層墻面的開裂引起的火災(zāi)隱患需要注意。外層墻面開裂后，里面易燃的保溫層裸露在外。一旦遇見明火，老化的保溫板將更易燃燒，在很短的時(shí)間內(nèi)引燃整棟樓，而外層飾面也會(huì)因保溫板粘結(jié)強(qiáng)度的降低而脫落，致使撲救困難。除了注意保溫系統(tǒng)施工完成后的火災(zāi)隱患，保溫材料上墻階段也尤為關(guān)鍵，這時(shí)候保溫板表面以及保溫板之間沒有飾面層保護(hù)，一根火柴就能點(diǎn)燃整棟建筑。
除了加強(qiáng)對施工單位的管理和規(guī)范，保溫材料生產(chǎn)廠家可以考慮在保溫材料表面出廠前加上一層耐火層，避免易燃的保溫層裸露在外，輕易點(diǎn)燃。另一個(gè)需要考慮的因素是火焰在高層建筑蔓延速度很快，加上高層風(fēng)力很大，幾分鐘就能蔓延整個(gè)大樓。如： 2011 年 2月 3 日，沈陽皇朝萬鑫大廈發(fā)生火災(zāi)。據(jù)沈陽市公安局通報(bào)，煙花引燃 11 層外陽臺的塑料草坪，塑料草坪被引燃后，引燃鋁塑板結(jié)合處可燃膠條、泡沫棒、擠塑板，火勢迅速蔓延擴(kuò)大，致使建筑外窗破碎，引燃室內(nèi)可燃物，形成大面積立體燃燒。該建筑是沈陽第一高樓，由三個(gè)塔樓構(gòu)成，主樓 A 座頂尖高度 219 m,B,C座頂尖高度 152 m; 火災(zāi)中 B 座公寓樓幾乎完全燒光、只剩下主體框架，火勢一度延燒至 A 座頂層。
3 外墻保溫系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范。
3. 1 外墻保溫材料燃燒等級。
2013 年實(shí)施的 GB 8624 - 2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》，統(tǒng)一規(guī)范了建筑材料及制品燃燒性能分級標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定了建筑材料及制品燃燒性能的基本分級仍為 A,B1,B2,B3,見表 1.其中對平板狀建筑材料及制品的燃燒性能等級和分級判據(jù)做了詳細(xì)要求，需要注意的是對于墻面保溫泡沫塑料需要額外滿足 B1級阻燃材料氧指數(shù)值 OI≥30%,B2級阻燃材料氧指數(shù)值OI≥26%[4].
3. 2 外墻保溫材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
（ 1） 2013 年 4 月實(shí)施的 JG/T 314 -2012《聚氨酯硬泡復(fù)合保溫板》規(guī)定了硬泡聚氨酯材料的燃燒性能不低于 B2級以及聚氨酯材料在尺寸穩(wěn)定性，并且對復(fù)合保溫板的面層與保溫材料拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、抗沖擊性能和耐凍融性能均作了詳細(xì)要求。其中燃燒性能中硬泡聚氨酯材料規(guī)定不低于 B2級，而外層層面為燃燒等級為 A 級的不可燃材料，需要提高聚氨酯硬泡復(fù)合保溫板燃性性能的等級要求[5].
（ 2） 2014 年8 月實(shí)施 GB/T 29906 -2013《模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》已經(jīng)將保溫材料與層面的粘結(jié)強(qiáng)度、保溫板的耐凍融性能以及外面防護(hù)面的沖擊強(qiáng)度等考慮在內(nèi)（ 見表 2） ,規(guī)定了模塑板外保溫系統(tǒng)燃燒性能等級，其中 039 級不低于 B2級，033級不低于 B1級。出廠檢驗(yàn)項(xiàng)目只是包括外觀和尺寸偏差，需要不定期對產(chǎn)品的阻燃性能進(jìn)行抽檢[6].
�。� 3） 2014 年 12 月實(shí)施的 GB/T 30595 - 2014《擠塑聚苯板（ XPS） 薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料》規(guī)定了XPS 板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)的要求、實(shí)驗(yàn)方法以及包裝、運(yùn)輸和貯存規(guī)則，其中擠塑板燃燒性能不低于B2級且氧指數(shù)值 OI≥26%,抹面層與擠塑板拉伸粘結(jié)強(qiáng)度≥0. 15/MPa.但是新標(biāo)準(zhǔn)仍然未考慮將材料的煙霧指標(biāo)，毒性指標(biāo)列為材料性能要求中去[7].
3. 3 建筑外墻外保溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范。
�。� 1） 2013 年 3 月實(shí)施了 JGJ 289 - 2012《建筑外墻外保溫防火隔離帶技術(shù)規(guī)程》主要對建筑外墻外保溫防火隔離帶的基本規(guī)定、性能要求、設(shè)計(jì)、施工以及工程驗(yàn)收做了詳細(xì)的規(guī)定，對于設(shè)置 EPS 板，XPS 板外墻外保溫系統(tǒng)防火隔離帶時(shí)，抹面層厚度建議增加至4 mm[8].另外需要考慮到高層建筑外面風(fēng)很大，火焰可以很容易漫過隔離帶，并引燃整棟建筑。為了盡可能減少火災(zāi)隱患，建議將行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更為強(qiáng)制性實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)。
�。� 2） 2013 年 10 月實(shí)施的 GB/T 29416 - 2012《建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能試驗(yàn)方法》規(guī)定了建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火性能試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)后的檢查、試驗(yàn)結(jié)果的判定[9].其中試驗(yàn)結(jié)果的判定結(jié)果過于簡單，難以對外保溫系統(tǒng)的防火安全性能以及防火構(gòu)造措施的有效性進(jìn)行科學(xué)的評價(jià)。
4 建筑保溫材料發(fā)展趨勢。
（ 1） 建筑外墻保溫系統(tǒng)火災(zāi)隱患的解決關(guān)鍵在于開發(fā)出高效低廉、抑煙無毒的綠色阻燃劑。目前膨脹型阻燃劑以及新型無機(jī)納米阻燃劑已經(jīng)在這方面取得良好的效果，加大對新型阻燃劑的開發(fā)與研制，盡快實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)滿足我國對 A 級防火材料的需要。這需要國家對新型阻燃劑開發(fā)研究單位及生產(chǎn)企業(yè)的支持與鼓勵(lì)。
�。� 2） 檢測與監(jiān)管也是一個(gè)不容忽視的因素，各檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對送檢的建筑外保溫材料開辟綠色通道，即時(shí)送檢即時(shí)檢驗(yàn)，同時(shí)需要制定新的抽檢與復(fù)檢標(biāo)準(zhǔn)。在舊房改造過程中，需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)外墻出現(xiàn)的有害裂縫并重新修整。除了加強(qiáng)監(jiān)測，監(jiān)管不力和違章操作造成了很多火災(zāi)的發(fā)生，材料不達(dá)標(biāo)、方案不合理、違章操作、現(xiàn)場動(dòng)火制度不完善等等需要責(zé)任到單位，責(zé)任到人，依法問責(zé)。
�。� 3） 建立建筑外保溫材料信息平臺，加強(qiáng)保溫材料的廠商與消費(fèi)者以及質(zhì)檢、安監(jiān)和公安消防部門的信息共享，讓不合格的材料難以流入市場，違規(guī)設(shè)計(jì)和操作及時(shí)發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)社會(huì)宣傳與傳播，廣大群眾了解外保溫材料的消防重要性，積極舉報(bào)不合格的違規(guī)產(chǎn)品的生產(chǎn)者、銷售者和消費(fèi)者。
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