建筑外墙有机泡沫保温材料中阻燃剂的应用的论文
近年来，南京中环国际广场、哈尔滨经纬 360°双子星大厦、济南奥体中心、北京央视新址附属文化中心、上海胶州教师公寓、沈阳皇朝万鑫大厦等，相继发生由建筑外保温材料引发的火灾，造成严重人员伤亡和财产损失，建筑易燃可燃外保温材料已成为一种新的火灾隐患，由此引发的火灾已呈多发势头。建筑外墙保温材料指的是建筑外墙外保温系统中保温层所采用的材料。
目前我国的外墙外保温系统主要采用挤塑聚苯乙烯板（ 以下简称 XPS 板） 、膨胀聚乙烯泡沫塑料板（ 以下简称EPS 板） 、聚氨酯硬泡（ 以下简称 PU） 等高分子材料作为保温材料，这些有机泡沫塑料中含有大量的碳链，容易燃烧，氧指数为 17. 0%左右，加之泡孔壁薄、密度小，遇火后极易形成大面积滴落、流淌火灾，燃烧时释放大量的有毒气体和烟雾，人吸入就会中毒身亡[1].目前市售的阻燃型 EPS 板和 PU,采取添加适量阻燃剂氧指数可达到26%,增加阻燃剂用量或进行适当的阻燃处理，氧指数可达到32%以上，此时可以满足一般条件下阻燃材料要求。但是添加阻燃剂后给泡沫材料带来的力学性能下降、耐候性降低以及火灾发生后挥发大量的有毒气体所造成的二次危害，必须引起人们的重视。在今后很长的一段时期内，XPS 板、EPS 板、PU 仍将作为我国保温材料的主体使用，开发抑烟、高效、无毒的阻燃剂变得尤为迫切和重要。本文从建筑外墙有机泡沫保温材料引入的阻燃剂入手，分析我国建筑外墙保温系统的火灾隐患以及最新的外墙保温材料标准。
1 不同保温材料阻燃剂性能分析。
目前阻燃剂的引入主要通过两种途径。①在聚合物单体上引入具有阻燃效应的氮、磷、卤族元素提高阻燃效果。此种方法制备的阻燃材料阻燃效果持久稳定，并且不影响材料本身的机械性能。但是在聚合物单体上引入阻燃元素的反应过程复杂，效率较低，并且需要专用设备，目前不被市场大规模生产使用。②在材料制备过程以物理方式加入阻燃剂。通常称为添加型阻燃剂，主要包括卤系阻燃剂，磷系阻燃剂和无机阻燃剂。其中阻燃剂的种类，添加量以及添加剂在聚合物中的分散、迁移和材料的老化对其阻燃效果影响很大[2].
1. 1 卤系阻燃剂。
卤系阻燃剂是指含有溴、氯等卤系元素的有机化合物，因其具有较好的阻燃性能、添加量少、对材料的性能影响较小而被大规模使用。常见的有 TDCPP,TCPP、十溴二苯醚、十溴二苯乙烷、四溴双酚 A[3].但是保温材料添加卤系阻燃剂后，遇到高温或者明火会产生大量浓烟，释放卤化氢腐蚀性气体，导致人体窒息死亡，增大了逃离与救援的难度。
1. 2 磷系阻燃体系。
磷系阻燃剂主要包括磷-氨阻燃剂和膨胀型阻燃剂。其中磷-氨阻燃剂在制备过程中需要对红磷的表面处理、稳定化处理及包覆处理来提高红磷在吸湿性、自燃温度、释放磷化氢量、粉尘爆炸浓度及与高聚物的相容方面的效果。膨胀型阻燃剂是主要以磷 - 氮为成分为主，具有良好的防火性能，阻燃产品燃烧时具有低烟密度、低毒性、低腐蚀性，符合环保和消防对材料的要求。
1. 3 无机阻燃体系。
无机添加型阻燃剂主要包括一些水合金属化合物（ 氢氧化铝、氢氧化镁） ,氧化锑、以及硼酸锌等。这些无机阻燃剂添加到聚合物中后在高温条件下分解释放出水蒸气，并且吸收大量的热，达到阻燃效果。但是无机阻燃剂的添加量大，在聚合物中容易产生团聚，导致聚合物基体材料力学性能下降严重，无机粒子加入前需要对其进行表面化处理提高其在聚合物中的分散性，否则将会影响聚合物发泡材料的阻燃效果。
2 外墙保温系统存在的火灾隐患。
2. 1 外保温系统构成。
目前外墙保温体系常用的是“聚苯板薄抹灰保温系统”,可以分为模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统、挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统两种。模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统是指置于建筑物外墙外侧，与基层墙体采用粘结方式固定的保温系统。系统由模塑聚苯板、胶粘剂、厚度为 3 ~6 mm 的'抹面胶浆、玻璃纤维网布及饰面材料等组成，系统还包括必要时采用的锚栓、护角、托架等配件以及防火构造措施。挤塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统以经表面处理的挤塑聚苯板为保温层材料，通过粘结并辅以锚固方式固定在基层墙体外侧，采用复合有玻纤网布的抹面胶浆为薄抹灰面层，以涂装材料为饰面层，并具有防火构造措施的一种建筑物的非承载保温构造。
2. 2 存在的火灾隐患。
外墙保温系统火灾隐患主要包括： ①外墙饰面层的开裂、脱落和空鼓。②外墙保温材料的火灾隐患等。第一种可以通过改变材料的设计以及加强施工质量得到改善，但是楼房在自然老化条件外层墙面的开裂引起的火灾隐患需要注意。外层墙面开裂后，里面易燃的保温层裸露在外。一旦遇见明火，老化的保温板将更易燃烧，在很短的时间内引燃整栋楼，而外层饰面也会因保温板粘结强度的降低而脱落，致使扑救困难。除了注意保温系统施工完成后的火灾隐患，保温材料上墙阶段也尤为关键，这时候保温板表面以及保温板之间没有饰面层保护，一根火柴就能点燃整栋建筑。
除了加强对施工单位的管理和规范，保温材料生产厂家可以考虑在保温材料表面出厂前加上一层耐火层，避免易燃的保温层裸露在外，轻易点燃。另一个需要考虑的因素是火焰在高层建筑蔓延速度很快，加上高层风力很大，几分钟就能蔓延整个大楼。如： 2011 年 2月 3 日，沈阳皇朝万鑫大厦发生火灾。据沈阳市公安局通报，烟花引燃 11 层外阳台的塑料草坪，塑料草坪被引燃后，引燃铝塑板结合处可燃胶条、泡沫棒、挤塑板，火势迅速蔓延扩大，致使建筑外窗破碎，引燃室内可燃物，形成大面积立体燃烧。该建筑是沈阳第一高楼，由三个塔楼构成，主楼 A 座顶尖高度 219 m,B,C座顶尖高度 152 m; 火灾中 B 座公寓楼几乎完全烧光、只剩下主体框架，火势一度延烧至 A 座顶层。
3 外墙保温系统的相关规范。
3. 1 外墙保温材料燃烧等级。
2013 年实施的 GB 8624 - 2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》，统一规范了建筑材料及制品燃烧性能分级标准，明确规定了建筑材料及制品燃烧性能的基本分级仍为 A,B1,B2,B3,见表 1.其中对平板状建筑材料及制品的燃烧性能等级和分级判据做了详细要求，需要注意的是对于墙面保温泡沫塑料需要额外满足 B1级阻燃材料氧指数值 OI≥30%,B2级阻燃材料氧指数值OI≥26%[4].
3. 2 外墙保温材料的相关标准。
（ 1） 2013 年 4 月实施的 JG/T 314 -2012《聚氨酯硬泡复合保温板》规定了硬泡聚氨酯材料的燃烧性能不低于 B2级以及聚氨酯材料在尺寸稳定性，并且对复合保温板的面层与保温材料拉伸粘结强度、抗冲击性能和耐冻融性能均作了详细要求。其中燃烧性能中硬泡聚氨酯材料规定不低于 B2级，而外层层面为燃烧等级为 A 级的不可燃材料，需要提高聚氨酯硬泡复合保温板燃性性能的等级要求[5].
（ 2） 2014 年8 月实施 GB/T 29906 -2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》已经将保温材料与层面的粘结强度、保温板的耐冻融性能以及外面防护面的冲击强度等考虑在内（ 见表 2） ,规定了模塑板外保温系统燃烧性能等级，其中 039 级不低于 B2级，033级不低于 B1级。出厂检验项目只是包括外观和尺寸偏差，需要不定期对产品的阻燃性能进行抽检[6].
（ 3） 2014 年 12 月实施的 GB/T 30595 - 2014《挤塑聚苯板（ XPS） 薄抹灰外墙外保温系统材料》规定了XPS 板薄抹灰外墙外保温系统的要求、实验方法以及包装、运输和贮存规则，其中挤塑板燃烧性能不低于B2级且氧指数值 OI≥26%,抹面层与挤塑板拉伸粘结强度≥0. 15/MPa.但是新标准仍然未考虑将材料的烟雾指标，毒性指标列为材料性能要求中去[7].
3. 3 建筑外墙外保温系统设计防火规范。
（ 1） 2013 年 3 月实施了 JGJ 289 - 2012《建筑外墙外保温防火隔离带技术规程》主要对建筑外墙外保温防火隔离带的基本规定、性能要求、设计、施工以及工程验收做了详细的规定，对于设置 EPS 板，XPS 板外墙外保温系统防火隔离带时，抹面层厚度建议增加至4 mm[8].另外需要考虑到高层建筑外面风很大，火焰可以很容易漫过隔离带，并引燃整栋建筑。为了尽可能减少火灾隐患，建议将行业标准更为强制性实施的国家标准。
（ 2） 2013 年 10 月实施的 GB/T 29416 - 2012《建筑外墙外保温系统的防火性能试验方法》规定了建筑外墙外保温系统防火性能试验的试验装置、试验程序、试验后的检查、试验结果的判定[9].其中试验结果的判定结果过于简单，难以对外保温系统的防火安全性能以及防火构造措施的有效性进行科学的评价。
4 建筑保温材料发展趋势。
（ 1） 建筑外墙保温系统火灾隐患的解决关键在于开发出高效低廉、抑烟无毒的绿色阻燃剂。目前膨胀型阻燃剂以及新型无机纳米阻燃剂已经在这方面取得良好的效果，加大对新型阻燃剂的开发与研制，尽快实现规模生产满足我国对 A 级防火材料的需要。这需要国家对新型阻燃剂开发研究单位及生产企业的支持与鼓励。
（ 2） 检测与监管也是一个不容忽视的因素，各检验机构对送检的建筑外保温材料开辟绿色通道，即时送检即时检验，同时需要制定新的抽检与复检标准。在旧房改造过程中，需要及时发现外墙出现的有害裂缝并重新修整。除了加强监测，监管不力和违章操作造成了很多火灾的发生，材料不达标、方案不合理、违章操作、现场动火制度不完善等等需要责任到单位，责任到人，依法问责。
（ 3） 建立建筑外保温材料信息平台，加强保温材料的厂商与消费者以及质检、安监和公安消防部门的信息共享，让不合格的材料难以流入市场，违规设计和操作及时发现，加强社会宣传与传播，广大群众了解外保温材料的消防重要性，积极举报不合格的违规产品的生产者、销售者和消费者。
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