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建筑外墻有機泡沫保溫材料中阻燃劑的應用的論文
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，造成嚴重人員傷亡和財產(chǎn)損失，建筑易燃可燃外保溫材料已成為一種新的火災隱患，由此引發(fā)的火災已呈多發(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，燃燒時釋放大量的有毒氣體和煙霧，人吸入就會中毒身亡[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)可達到26%,增加阻燃劑用量或進行適當?shù)淖枞继幚�，氧指�?shù)可達到32%以上，此時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性能下降、耐候性降低以及火災發(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)的火災隱患以及最新的外墻保溫材料標準。
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械性能。但是在聚合物單體上引入阻燃元素的反應過程復雜，效率較低，并且需要專用設備，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產(chǎn)生大量濃煙，釋放鹵化氫腐蝕性氣體，導致人體窒息死亡，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 無機阻燃體系。
無機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，達到阻燃效果。但是無機阻燃劑的添加量大，在聚合物中容易產(chǎn)生團聚，導致聚合物基體材料力學性能下降嚴重，無機粒子加入前需要對其進行表面化處理提高其在聚合物中的分散性，否則將會影響聚合物發(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)還包括必要時采用的錨栓、護角、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 存在的火災隱患。
外墻保溫系統(tǒng)火災隱患主要包括： ①外墻飾面層的開裂、脫落和空鼓。②外墻保溫材料的火災隱患等。第一種可以通過改變材料的設計以及加強施工質(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，在很短的時間內(nèi)引燃整棟樓，而外層飾面也會因保溫板粘結(jié)強度的降低而脫落，致使撲救困難。除了注意保溫系統(tǒng)施工完成后的火災隱患，保溫材料上墻階段也尤為關(guān)鍵，這時候保溫板表面以及保溫板之間沒有飾面層保護，一根火柴就能點燃整棟建筑。
除了加強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，輕易點燃。另一個需要考慮的因素是火焰在高層建筑蔓延速度很快，加上高層風力很大，幾分鐘就能蔓延整個大樓。如： 2011 年 2月 3 日，沈陽皇朝萬鑫大廈發(fā)生火災。據(jù)沈陽市公安局通報，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準，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)標準。
�。� 1） 2013 年 4 月實施的 JG/T 314 -2012《聚氨酯硬泡復合保溫板》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，并且對復合保溫板的面層與保溫材料拉伸粘結(jié)強度、抗沖擊性能和耐凍融性能均作了詳細要求。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合保溫板燃性性能的等級要求[5].
（ 2） 2014 年8 月實施 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)強度、保溫板的耐凍融性能以及外面防護面的沖擊強度等考慮在內(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。出廠檢驗項目只是包括外觀和尺寸偏差，需要不定期對產(chǎn)品的阻燃性能進行抽檢[6].
（ 3） 2014 年 12 月實施的 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、實驗方法以及包裝、運輸和貯存規(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)強度≥0. 15/MPa.但是新標準仍然未考慮將材料的煙霧指標，毒性指標列為材料性能要求中去[7].
3. 3 建筑外墻外保溫系統(tǒng)設計防火規(guī)范。
（ 1） 2013 年 3 月實施了 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、設計、施工以及工程驗收做了詳細的規(guī)定，對于設置 EPS 板，XPS 板外墻外保溫系統(tǒng)防火隔離帶時，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隱患，建議將行業(yè)標準更為強制性實施的國家標準。
�。� 2） 2013 年 10 月實施的 GB/T 29416 - 2012《建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能試驗方法》規(guī)定了建筑外墻外保溫系統(tǒng)防火性能試驗的試驗裝置、試驗程序、試驗后的檢查、試驗結(jié)果的判定[9].其中試驗結(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)造措施的有效性進行科學的評價。
4 建筑保溫材料發(fā)展趨勢。
�。� 1） 建筑外墻保溫系統(tǒng)火災隱患的解決關(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。
�。� 2） 檢測與監(jiān)管也是一個不容忽視的因素，各檢驗機構(gòu)對送檢的建筑外保溫材料開辟綠色通道，即時送檢即時檢驗，同時需要制定新的抽檢與復檢標準。在舊房改造過程中，需要及時發(fā)現(xiàn)外墻出現(xiàn)的有害裂縫并重新修整。除了加強監(jiān)測，監(jiān)管不力和違章操作造成了很多火災的發(fā)生，材料不達標、方案不合理、違章操作、現(xiàn)場動火制度不完善等等需要責任到單位，責任到人，依法問責。
�。� 3） 建立建筑外保溫材料信息平臺，加強保溫材料的廠商與消費者以及質(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)設計和操作及時發(fā)現(xiàn)，加強社會宣傳與傳播，廣大群眾了解外保溫材料的消防重要性，積極舉報不合格的違規(guī)產(chǎn)品的生產(chǎn)者、銷售者和消費者。
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