外墙外保温材料的燃烧性能及分级标准的实施探究

文/姜 艳

根据调查，建筑总能耗占全社会终端能耗的27.5%，即6.13×108t标准煤，而保温材料的使用，不仅可以提高居住舒适度，更大的意义在于能够节能减排。每使用1 t高效节能材料，就能节省3 t标准煤用量，同时还可以减少1 t CO2、粉尘和SO2的排放。

外保温系统的构造中，目前广泛采用模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）及聚氨酯硬质泡沫塑料（PU）等，它们属可燃有机保温材料。外墙保温节能主要是靠保温绝热材料作为建筑围护，因此，开发和应用高效的保温绝热材料是保证建筑节能的有效措施。绝热就是要最大限度地阻抗热流的传递，这就要求绝热材料必须具有大的热阻和小的热导率。根据保温层位置的不同，外墙的保温方式可以分为3类：外墙外保温、外墙内保温和中空夹心复合墙体保温。

一、我国建筑外墙保温节能现状

外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术，外保温与内保温相比，技术合理，且有其明显的优越性。使用同样规格、尺寸和性能的保温材料，外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅使用于新建的结构工程，也适用于旧楼改造，适用范围广，技术含量高。自20世纪90年代以来，我国在外墙保温方面出台了一系列政策，积极引进多种外墙保温体系，上海建筑节能标准从50%提高到65%，外墙保温的做法也由单一型逐步发展为多种各具特色的工艺做法。

从2007年开始，随着各种外墙保温材料的广泛应用，由此引发的火灾此起彼伏。南京中环国际广场、哈尔滨“经纬360度”双子星大厦、济南奥体中心体育馆、北京央视新址附属文化中心、上海胶州路教师公寓和沈阳皇朝万鑫大厦等相继发生建筑外保温材料火灾，造成严重人员伤亡和财产损失。经查明，上海胶州路上的此次火灾原因是因电焊工操作不当，引燃防护网或保温材料，进而引燃了外墙保温材料和其他可燃物所致，其中保温材料的阻燃性指标不符合相关产品标准的要求也是重要原因之一。

当前，现有采用的保温材料均处于保温和防火的两难境地,“保温效果越好，则防火性能越差”。目前的有机保温材料中，原材料都添加了阻燃剂，有一定阻燃效果，但是EPS、XPS和PU仍易着火滴熔，导致施工现场发生火灾且燃烧时会产生更多有毒气体。因此，除加强施工现场的防火安全管理外，具有可操作性的技术规范和监管措施的研究有待深入。

二、外墙外保温材料的种类

目前，常用的保温绝热材料主要有：EPS、XPS、PU、岩棉、玻璃棉、膨胀玻化微珠保温浆料、硅酸盐复合绝热砂浆以及胶粉聚苯颗粒保温浆料等。根据其材料的特性，外墙外保温材料主要可分为以下3类。

1.有机高分子保温材料

该类保温材料以EPS、XPS和PU为主，属可燃材料，有引发火灾的危险性。

①EPS

该材料导热系数0.041 w/(m·K)。PS是以聚苯乙烯树脂为主要原料，经发泡剂发泡而制成的内部具有无数封闭微孔的材料。其具有热导率小、吸水率低、隔音性能好、机械强度和尺寸精度高，以及结构均匀等优势，在外墙保温材料市场中占有率高；EPS全部由碳氢元素组成，本质上极易燃烧。未经阻燃处理，氧指数仅为18%，燃烧时热释放量较大，同时生成大量烟。由于受火后收缩和熔化，导致外保温系统内产生空腔，轰然状态下燃烧剧烈，燃烧的滴落物具有引燃性。

②XPS

该材料具有强度大、硬度大、导热系数小、吸水率小、水蒸气通过系数小及表面平整致密的特性，它具备与EPS系统相近的优势，在目前节能65%的前提下，是外保温系统首选绝热层材料。但与EPS板相比，XPS板在均质性、尺寸稳定性和柔韧性3方面又存在一定的劣势。

③PU

该材料具有非常优越的绝热性能，导热系数0.024 w/(m·K)，在所有外墙用有机保温材料中为最优。它本质上属于高易燃材料，未做阻燃处理时氧指数仅为16.5%，受热时通常分解出易燃气体。其特有的闭孔结构使它具有更优越的耐水气性能。由于不需要额外的绝缘防潮，简化了施工程序，降低了工程造价。可其价格较高，还是难以普及。

2.无机类复合保温材料

岩棉、玻璃棉和膨胀玻化微珠保温浆料等，属不燃性材料，自身不存在防火安全问题，可其料密度一般较大，在180 kg/m3左右，故性能不能完全满足外保温要求。

①矿物棉

矿物棉制品主要有岩棉和玻璃棉。根据目前的生产工艺，岩棉可分为沉降法岩棉板、摆锤法岩棉板和三维法岩棉板。岩棉制品具有良好的保温、隔热、吸声、耐热、不燃性能和良好的化学稳定性。岩棉有3种绝热方式：内绝热、中间夹芯绝热和外绝热。但市场上岩棉的质量参差不齐，存在性能缺陷等问题。

玻璃棉与岩棉在性能上有很多相似之处，但其手感好于岩棉，可改善工人的劳动条件，但由于它遇潮后释放有毒气体（但不致癌），同岩棉一样安装和拆卸过程中释放到空气中的人造纤维会对人体组织造成损伤，价格较岩棉高。目前，我国的玻璃棉产量仅为美国的1/60。

②泡沫玻璃

它是一种无机硬质保温材料，它强度高、吸水性极低，常用于屋顶保温。因生产成本过高，与EPS、XPS和PU等产品相比在经济性方面没有优势。

上述几种无机保温材料还具备耐酸碱、耐腐蚀等高稳定性，与建筑物墙体同寿命等优点，但其主要缺点有：保温性能差，占地面积大，抗撞击和受压强度差，吸湿性大，环保性能差，在施工和应用中对人体有害，因此，该类保温材料多用于设备、管道保温和人员不宜接触到的场所。而用于外墙保温系统的岩棉板、玻璃棉板应采用新的产品和施工技术，使其人造纤维减少或消除对人体组织的损伤，安装和拆卸过程中还需采取防扩散措施。由于这些措施，会增加生产和安装成本，使其经济性大打折扣。

3.有机无机复合保温材料性能特点

该类材料以胶粉聚苯颗粒保温浆料为主，属难燃材料，自身不存在防火安全问题。

胶粉聚苯颗粒保温材料是由胶凝材料和聚苯颗粒轻骨料分别按配比包装组成。凝胶材料导热系数为0.06 w/(m·K)，密度小，热工性能、和易性及耐侯性好，具备抗热应力、水、火、风压和地震力的影响。其界面砂浆采用无空腔和逐层渐变柔性释放应力的技术路线，解决了抗裂难题。胶粉聚苯颗粒在受热时，包含的聚苯颗粒会软化并熔化，不会发生燃烧。由于聚苯颗粒被无机物包裹，其熔融后将形成封闭的空腔，此时该保温材料的导热系数会更低，传热更慢，且受热全过程材料体积变化率为零。该保温材料突破了传统保温砂浆只能用于内保温的局限，但这类材料存在着施工要求高、厚度不好控制、施工周期长和吸水率高的问题。

三、保温材料的燃烧性能指标规范

1.燃烧性能的相关规定

2009年，公安部、住房和城乡建设部印发的《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》中，对墙体建筑保温材料燃烧等级及防火构造要求进行了规定。同时，还明确了防火构造设置的间隔要求，如防火隔离带的具体做法：设置防火隔离时，应沿楼板位置宽度不小于300 mm的A级保温材料。60 m以上100 m以下住宅，使用的外墙保温材料至少为B2级，并应按GB 8624－2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》标准检测；公安部消防局2011年发出的《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》中明确规定“民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料”。

A级不燃型保温材料一般为无机非金属材料，主要包括岩棉、玻璃棉、加气混凝土、泡沫玻璃、泡沫水泥及粒状保温材料复合保温板材和浆料。这些保温材料的导热系数见表1。

表1 现有A级保温材料的导热系数 w/(m·K)

在国外，岩棉制品和泡沫玻璃主要用于墙面和屋面保温，泡沫玻璃也常用于屋顶保温；外墙外保温采用岩棉保温板和泡沫玻璃单一材料即可满足节能65%标准的要求。GB/T 25975－2010《建筑外墙外保温用岩棉制品》去年10月正式实施。

2.燃烧特性分级

GB 8624－2006标准采用国际先进标准，分级体系是完全参照欧盟EN 13501－1:2002《建筑制品和构件的火灾分级第一部分：用对火反应试验数据的分级》标准，它有规定其实验方法及等级标准，并对部分级别专门规定了附加燃烧生成物的毒性试验要求。新的分级体系是基于材料在真实火灾场景中燃烧特性的一套评价体系，试验的设计和数据的采集是建立在火灾基础理论之上的，并以实际火灾为参考场景。公安部在关于实施国家标准GB 8624－2006对燃烧性能等级进行了相应的规定（见表2）。

表2 GB 8624各版本对应燃烧性能等级表

GB 8624－2006未包含室内装修材料用窗帘幕布类纺织物、电线电缆套管类塑料等阻燃制品的燃烧性能要求。2010年年底修订的GB/T 8624－201X正处于报批过程。据悉，新修订的标准增加了特定用途制品、金属面保温夹芯板、墙面保温制品、屋面覆盖材料的燃烧性能分级和技术要求；燃烧性能级别回到GB 8624－1997版4个等级（见表2）。据悉，试验方法延用2006版标准，并新增了GB/T 16172－2007《建筑材料热释放速率试验方法》、美国标准ASTM 1537:2002《实尺软垫家具着火试验的标准试验方法》、美国联邦法规CPSC 16 CFR Part 1633《软质家具的测试试验方法》和英国标准ENV 1187－2002《屋面材料外部受火试验方法》。

四、外墙外保温系统设计规范

1.国外

从国外外墙外保温系统的发展历史可以看到，对外墙外保温防火安全性的要求一直被作为该技术应用的首要条件。在欧美等外墙外保温技术应用先进的国家，对重要建筑、高层建筑的外墙保温系统均有严格的防火要求，都要求对外保温系统的保温材料及系统进行燃烧性能等级评价；对不同外墙外保温系统和保温材料均有防火测试方法和分级标准；对不同防火等级的外墙保温系统在建筑的使用范围方面做出规定；对包括防火隔离带等构造措施在内的系统整体构造，还要求进行大尺寸模型火试验，以评价实际使用状态下系统整体构造阻止火焰蔓延的能力，即系统整体构造防火性能的有效性。

由于涉及严重的防火问题，美国早已有20多个州禁止使用EPS；英国的法律规定，18 m以上建筑不允许使用EPS板薄抹灰外墙保温系统；德国法律中明确规定，超过22 m以上的建筑严禁使用有机可燃保温材料；日本政府出台法规，将耐热性能好燃烧后发烟量低的酚醛泡沫作为公共建筑的标准耐燃物，耐燃性能低于酚醛泡沫的，禁止在公共建筑上使用。同时，由于EPS等建筑保温材料的易燃烧性能，很多保险公司禁止给EPS保温的建筑进行保险。

目前，在国际市场上被广泛采用的建筑保温材料主要有岩棉、玻璃棉等，如瑞典、芬兰等西欧国家80%以上采用岩棉制品。岩棉耐高温最高，使用温度能达到650℃，玻璃棉也可以达到300℃。

2.国内

在我国仅有“水立方”、北京地铁等高档公共建筑施工中使用酚醛泡沫。这是考虑我国的国情，不能照搬欧美标准。欧美国家采用有机保温材料的外保温系统主要用于单层或多层建筑，而我国目前的高层建筑甚至超高层建筑居多，其火灾危险性和危害性更大。

虽然，我国已有GB/T8624－2006、GB50045－2005《高层民用建筑防火设计规范》以及相关暂行规定等。但，国内对外墙外保温防火技术规范的研究和重视程度还远远不够，如现行GB50045－2005标准尚无针对外墙保温的防火设计条文。对外墙保温系统缺乏分级标准和使用范围限定；外墙保温防火技术也没有国家或行业标准及相关技术规范；国内现行建筑外墙保温施工技术体系尚无防火隔离分区技术的应用。正是因为在外墙外保温施工过程中和施工完毕后对防火问题的忽视，由易燃外墙外保温材料导致火灾发生的安全隐患比比皆是。此外，由于判定燃烧级别时没有充分考虑高分子发泡材料的火焰传播性能，只考虑了产品在实验条件下的热释放性能，与实际火灾中EPS和XPS的燃烧条件不符。故材料的燃烧性能等级与工程实际中的防火安全是两个不同的概念，不能等同看待。目前条件下，借鉴国外的成功经验，采用大比例的窗口模型试验方法，对外保温系统火焰传播性以及防火隔离构造措施的有效性进行试验评价，是今后的发展方向。

五、一些建议

为了更好地解决外墙外保温的防火问题，第一，通过对国外先进技术的借鉴并结合我国的国情，开发具有独立知识产权的建筑保温材料和外墙外保温系统；第二，迫切需要建立适合我国国情的防火标准和规范，限制防火性能差的外墙外保温体系使用范围，尤其注意在高层和超高层的外墙上限制使用，鼓励推广使用安全系数更高的外墙外保温系统；第三，提高设计、施工、质检和生产厂家对板材防火阻燃性认识的高度，加大质检及相关部门对施工现场防火隐患的排查。

目前，各种新材料、新技术和新体系鱼龙混杂，其中大多在缺乏相关实验数据及大型气候验证的情况下，就应用于工程实际；相关主管部门监管力度不够；设计、监理、施工、质检、检验及生产企业对相关标准认识不足，缺乏对外保温系统正确认识及施工经验等。事实上，在大力提倡建筑节能的今天，研发新型具有高效保温隔热功能的低成本的防火保温材料，解决外保温材料的火灾危险性问题，已刻不容缓。