外墙外保温系统火反应性试验及防火设计
随着建筑节能快速发展，外墙外保温技术得以迅速应用，但对建筑外墙外保温系统，尤其是高层外墙外保温系统的防火安全性并未引起足够重视。目前，我国《建筑设计防火规范》(GBJ 16—1987)及《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045—1995)中均未包含对外墙外保温的防火设计要求。原因一是外墙外保温技术是最近几年随着建筑节能发展而全面开展的一项新技术，二是对外墙外保温系统的防火性能缺乏重视。在这方面我国与欧洲发达国家存在较大差距，这些国家的相关规范都要求对不同的外保温系统进行防火性试验，并根据试验结果将不同的外保温系统分为若干等级，不同等级的系统适用在不同防火要求的建筑中。实际上由于聚苯板外墙外保温系统的防火安全性较差，在德国高度超过22m的建筑，是不允许使用聚苯板外墙外保温系统的。本文对三种主要外墙外保温体系试件进行了火反应性试验研究(即锥型量热计试验)，以观察不同外保温体系的火反应性，从而为外保温系统进行防火分级及防火规范的建立提供依据，同时总结国内外经验，对防火性较差的聚苯板系统提出了防火设计方案。
1 外墙外保温系统火反应性试验
1.1 试验目的
三种墙体外保温体系包括：聚苯板外保温体系、胶粉聚苯颗粒外保温体系和岩棉外保温体系。检测目的在于对比三种外墙外保温体系的火反应性能，包括点火性、热释放、烟和有毒气体产生等性能。
1．2 试件的制作
检测用试件由委托单位制作，模拟墙体外保温材料的实际受火状态，试件的受辐射面为5mm厚的水泥抗裂砂浆，中间为50mm厚的保温层，底面为10mm厚的水泥抗裂砂浆基板，试件侧面用5mm厚的水泥抗裂砂浆封闭。为了对比试验状态与实际使用状态的性能差异，还制作了相应的侧面裸露试件，即试件的侧面不采用水泥抗裂砂浆封闭，为裸露状态。每种试件的外观尺寸均为：100min×l00mm×65mm。
1.3 试验条件
检测设备采用锥型量热计(ConeCalorimeter)。根据《采用耗氧量热计测定材料及产品的热与可见烟雾释放速度标准试验方法》(ASTM E1354—97)，设定检测条件如下：辐射能量：50kW／m2；排气管道流量：0．024m3／s；试件定位方向：水平。
1．4 试验过程
采用锥型量热计对试件的点火性、热释放、烟及毒性气体的产生进行连续定量测定。同时可以采用摄(录)像设备记录下各种试件在热辐射情况下的形态变化。
1．4．1 试验描述
1．4．1．1 聚苯板外保温体系试件
试件构成：l0mm水泥砂浆基底+50mm聚苯板+5mm聚合物抹面砂浆(复合耐碱玻纤网格布)。
试件分为开放式和封闭式。开放式是试件四周自然开放不封闭，以此作为观察样。试验开始2s聚苯板开始熔化收缩，105s时聚合物抹面砂浆(复合耐碱玻纤网格布)层已和水泥砂浆基底相贴，中间的聚苯板保温层已不复存在，只可见少许黑色烧结物。封闭式是用聚合物抹面砂浆将试件四周封闭，以此作为测试样。试件边角产生裂缝，试验开始52s时，从试件裂缝处冒出的烟气被点燃，燃烧持续约70s。试验结束后，将试件外壳敲掉，发现里面已空，只可见少许烧结残留物。
1．4．1．2 岩棉板外保温体系试件
试件构成：l0mm水泥砂浆基底+50mm岩棉板+5mm聚合物抹面砂浆(复合耐碱玻纤网格布)。
试件分为开放式和封闭式。开放式是试件四周自然开放不封闭，以此作为观察样。试验过程中未被点燃，试验结束后观察，发现岩棉板靠热辐射面颜色略有变深，变色厚度约为3mm，岩棉板的厚度略有增加(即岩棉板受热后有膨胀现象)，试验过程中和结束后，无其他明显变化。封闭式是用聚合物抹面砂浆将试件四周封闭，以此作为测试样。试验过程中未被点燃，试件未裂，无明显变化；试验结束后，将试件外壳敲掉后也未发现岩棉有明显变化。
1.4．1．3 胶粉聚苯颗粒外保温体系试件
试件构成：l0mm水泥砂浆基底+50mm胶粉聚苯颗粒保温材料+5mm聚合物抹面砂浆(复合耐碱玻纤网格布)。
试件分为开放式和封闭式。开放式是试件四周自然开放不封闭，以此作为观察样。试验过程中未被点燃，试验结束后观察，发现保温层靠热辐射面颜色略有变深，变色厚度约为3～5mm，未发现保温层厚度有明显变化，也未发现其他明显变化。封闭式是用聚合物抹面砂浆将试件四周封闭，以此作为测试样。试验过程中未被点燃，试件未裂，无明显变化；试验结束后，将试件外壳敲掉后发现保温层靠热辐射面颜色略有变深，变色厚度约为3～5mm，未发现其他明显变化。
1．4．2 试验结论
试验结果见表l。
火反应试验结论 表1
试件
点火时间(s)
热释放速度(kW／m2) 有效燃烧热(MJ／kg)
总放热量(kJ)
l 64 108.6 6.0 16.4 3.2 49.9
2 未点燃 0.9 0.0 0.2 0.0 0.2
3 未点燃 0.5 0.0 0.2 0.0 0.2
CO CO2
峰值(g／g) 平均值(g／g) 总量(g) 峰值(g／g)
平均值(g／g) 总量(g)
1 0.525 0.0067 0.083 0.0848 0.111 1.38
2 0.0021 0.0013 0.027 0.032 0.022 0.46
3 0.0080 0.0029 0.027 0.099 0.049 0.46
注：1．聚苯板外保温；2. 胶粉聚苯颗粒外保温；3．岩棉外保温。
通过对三种主要外保温材料体系试件的对火反应性试验可得出以下结论：胶粉聚苯颗粒外保温体系和岩棉外保温体系的对火反应性能一致(包括点火性、热释放、烟及有毒气体的产生等性能)，并大大优于聚苯板外保温体系。
随着建筑节能快速发展，外墙外保温技术得以迅速应用，但对建筑外墙外保温系统，尤其是高层外墙外保温系统的防火安全性并未引起足够重视。目前，我国《建筑设计防火规范》(GBJ 16—1987)及《高层民用建筑设计防火规范》(GB 50045—1995)中均未包含对外墙外保温的防火设计要求。原因一是外墙外保温技术是最近几年随着建筑节能发展而全面开展的一项新技术，二是对外墙外保温系统的防火性能缺乏重视。在这方面我国与欧洲发达国家存在较大差距，这些国家的相关规范都要求对不同的外保温系统进行防火性试验，并根据试验结果将不同的外保温系统分为若干等级，不同等级的系统适用在不同防火要求的建筑中。实际上由于聚苯板外墙外保温系统的防火安全性较差，在德国高度超过22m的建筑，是不允许使用聚苯板外墙外保温系统的。本文对三种主要外墙外保温体系试件进行了火反应性试验研究(即锥型量热计试验)，以观察不同外保温体系的火反应性，从而为外保温系统进行防火分级及防火规范的建立提供依据，同时总结国内外经验，对防火性较差的聚苯板系统提出了防火设计方案。
1 外墙外保温系统火反应性试验
1.1 试验目的
三种墙体外保温体系包括：聚苯板外保温体系、胶粉聚苯颗粒外保温体系和岩棉外保温体系。检测目的在于对比三种外墙外保温体系的火反应性能，包括点火性、热释放、烟和有毒气体产生等性能。
1．2 试件的制作
检测用试件由委托单位制作，模拟墙体外保温材料的实际受火状态，试件的受辐射面为5mm厚的水泥抗裂砂浆，中间为50mm厚的保温层，底面为10mm厚的水泥抗裂砂浆基板，试件侧面用5mm厚的水泥抗裂砂浆封闭。为了对比试验状态与实际使用状态的性能差异，还制作了相应的侧面裸露试件，即试件的侧面不采用水泥抗裂砂浆封闭，为裸露状态。每种试件的外观尺寸均为：100min×l00mm×65mm。
1.3 试验条件
检测设备采用锥型量热计(ConeCalorimeter)。根据《采用耗氧量热计测定材料及产品的热与可见烟雾释放速度标准试验方法》(ASTM E1354—97)，设定检测条件如下：辐射能量：50kW／m2；排气管道流量：0．024m3／s；试件定位方向：水平。
1．4 试验过程
采用锥型量热计对试件的点火性、热释放、烟及毒性气体的产生进行连续定量测定。同时可以采用摄(录)像设备记录下各种试件在热辐射情况下的形态变化。
1．4．1 试验描述
1．4．1．1 聚苯板外保温体系试件
试件构成：l0mm水泥砂浆基底+50mm聚苯板+5mm聚合物抹面砂浆(复合耐碱玻纤网格布)。
试件分为开放式和封闭式。开放式是试件四周自然开放不封闭，以此作为观察样。试验开始2s聚苯板开始熔化收缩，105s时聚合物抹面砂浆(复合耐碱玻纤网格布)层已和水泥砂浆基底相贴，中间的聚苯板保温层已不复存在，只可见少许黑色烧结物。封闭式是用聚合物抹面砂浆将试件四周封闭，以此作为测试样。试件边角产生裂缝，试验开始52s时，从试件裂缝处冒出的烟气被点燃，燃烧持续约70s。试验结束后，将试件外壳敲掉，发现里面已空，只可见少许烧结残留物。
1．4．1．2 岩棉板外保温体系试件
试件构成：l0mm水泥砂浆基底+50mm岩棉板+5mm聚合物抹面砂浆(复合耐碱玻纤网格布)。
试件分为开放式和封闭式。开放式是试件四周自然开放不封闭，以此作为观察样。试验过程中未被点燃，试验结束后观察，发现岩棉板靠热辐射面颜色略有变深，变色厚度约为3mm，岩棉板的厚度略有增加(即岩棉板受热后有膨胀现象)，试验过程中和结束后，无其他明显变化。封闭式是用聚合物抹面砂浆将试件四周封闭，以此作为测试样。试验过程中未被点燃，试件未裂，无明显变化；试验结束后，将试件外壳敲掉后也未发现岩棉有明显变化。
1.4．1．3 胶粉聚苯颗粒外保温体系试件
试件构成：l0mm水泥砂浆基底+50mm胶粉聚苯颗粒保温材料+5mm聚合物抹面砂浆(复合耐碱玻纤网格布)。
试件分为开放式和封闭式。开放式是试件四周自然开放不封闭，以此作为观察样。试验过程中未被点燃，试验结束后观察，发现保温层靠热辐射面颜色略有变深，变色厚度约为3～5mm，未发现保温层厚度有明显变化，也未发现其他明显变化。封闭式是用聚合物抹面砂浆将试件四周封闭，以此作为测试样。试验过程中未被点燃，试件未裂，无明显变化；试验结束后，将试件外壳敲掉后发现保温层靠热辐射面颜色略有变深，变色厚度约为3～5mm，未发现其他明显变化。
1．4．2 试验结论
试验结果见表l。
火反应试验结论 表1
试件
点火时间(s)
热释放速度(kW／m2) 有效燃烧热(MJ／kg)
总放热量(kJ)
l 64 108.6 6.0 16.4 3.2 49.9
2 未点燃 0.9 0.0 0.2 0.0 0.2
3 未点燃 0.5 0.0 0.2 0.0 0.2
CO CO2
峰值(g／g) 平均值(g／g) 总量(g) 峰值(g／g)
平均值(g／g) 总量(g)
1 0.525 0.0067 0.083 0.0848 0.111 1.38
2 0.0021 0.0013 0.027 0.032 0.022 0.46
3 0.0080 0.0029 0.027 0.099 0.049 0.46
注：1．聚苯板外保温；2. 胶粉聚苯颗粒外保温；3．岩棉外保温。
通过对三种主要外保温材料体系试件的对火反应性试验可得出以下结论：胶粉聚苯颗粒外保温体系和岩棉外保温体系的对火反应性能一致(包括点火性、热释放、烟及有毒气体的产生等性能)，并大大优于聚苯板外保温体系。