外墙外保温系统防火试验与评定方法的研究.pdf

'第39卷第4期建筑技术开发Vo1．39，No．42012年4月BuildingTechniqueDevelopmentApr．2012外墙外保温系统防火试验与评定方法的研究朱春玲季广其(中国建筑科学研究院，北京100013)[摘要]总结了我国外墙外保温系统防火试验与评定方法研究的过程，提出了采用英国BS8414—1的试验模型和火源进行外墙外保温系统的防火试验研究工作的思路。并明确指出，该试验方法仅应作为一种适用于对外保温系统整体构造防火能力进行评价的验证性方法，而不应作为外保温系统的型式检验方法。建议国家行业主管部门抓紧按照该方法对我国典型的外保温系统构造做法进行试验验证，建立各类外保温系统的防火性能基础数据，用于指导外保温系统防火性能的提高与改进。[关键词]外墙外保温；防火试验；系统试验方法[中图分类号]TU502．3[文献标志码]A[文章编号]1001—523X(2012J04—0037—05STUDYoNFIRETESTANDEVALUATIoNMETHoDOFTHEEXTERIoRTHERMALINSULATIoNSYSTEMZhuChun—lingjiGuang—qiThispapersummarizestheresearchprocessonfiretestandevaluationmethodoftheexteriorinsulationsysteminourcountry，andputforwardtheideaofusinganexperimentalmodeloftheBS8414—1forfireteststudyonexteriorinsulationsystem．Andclearlypointedoutthistestmethodshouldonlybeappliedasaverificationapproachonevaluationtheoverallfireresistanceofstructuralofexteriorthermalinsulationsystem，ratherthanasatypetestonthermalinsulationsystem．Suggestedthatthestateprofessiondepartmentcarryouttestvalidationinaccordancewiththismethodtothetypicalthermalinsulationsystem，andtoestablishingthefundamentaldataonfireperformanceofvariousthermalinsulationsystems，SOthatcantoguidetheimprovementoffireperformanceonexteriorinsulationsystem．[Keywords]theexteriorinsulationsystem；firetest；testmethodsofexteriorinsulationsystem1研究背景及目的士的普遍认同，希望从源头上抑制该类火灾的发生。外墙外保温技术在20世纪90年代被引入我然而，调查分析我国建筑防火规范的结果却表明，现国，并得到广泛应用，为我国建筑节能事业的发展行规范中几乎没有涉及外墙外保温防火性能的条文做出了巨大的贡献。然而在外墙外保温的应用过要求。几本外墙外保温系统的产品或工程标准中，虽程中逐渐出现了一些不和谐的因素，由于种种原然对防火问题有所关注，但限于缺乏基础研究的支因，近年来与外保温或保温材料有关的火灾事故持，也仅能从保温材料的燃烧性能上进行了简单的要时有发生。求，或提出了很原则、笼统的要求，而没有很详细、具一幕幕触目惊心的火灾案例给我们以充分的警体的说明。醒，解决建筑外墙外保温的防火问题已得到了业内人为了解决现有建筑保温与防火安全的矛盾，迫切需要开展建筑外墙外保温系统的防火技术研究。而开展这一工作的前提是要确立一个统收稿日期：2012—0l一15一的方法和指标，用以科学、合理地评价外保温作者简介：朱春玲(1972．)，女，北京人，毕业于北京化工大学，本科学历，高级工程师，现从事建筑防火材料的研究与检测系统的防火性能，指导外保温系统防火技术的研工作。究，并最终促进我国外墙外保温工程防火安全性37 第4期朱春玲，等：外墙外保温系统防火试验与评定方法的研究第39卷能的稳步提高。综合分析表1中收集到的各种防火试验方法标2国内防火试验方法调研准，除去某些明显不适用的试验方法以外(如GB／T中国建筑科学研究院建筑防火研究所自20045454GB／T5455、GB／T7633GB／T11785GB／T年起，就开始关注外墙外保温的防火问题。并对国12513、GB／T14656、GB／T16810、GB／T17428和内的各种防火试验方法进行了总体调研，以期找到GB／T17927等用于对特定材料和制品检验的试验适用于对外墙外保温系统的防火性能进行科学评价方法)，其余16项标准可以划分为两大类。一类标的试验方法。准是用于对材料的燃烧特性进行评定的，另一类标调研结果如表1所示。准是对构件的耐火性能进行评定的。由于在实际工程中，外墙外保温系统是依附于表1我国国家防火试验方法标准汇总建筑基层墙体设置的。基层墙体在设计时本身就有序号标准号标准名称耐火极限的要求，这是对建筑构件在火灾发生后一lGB／T2406塑料燃烧性能试验方法氧指数法定时间内保持其承载能力的基本要求。外墙外保温塑料燃烧性能试验方法水平法和垂2GB／T2408系统不属于建筑承重构件，对其基本定位至多是不直法由于外保温系统的应用而使建筑外墙的耐火极限降3GB／T5454纺织品燃烧性能试验方法氧指数法低，因而上述第二类用于对构件耐火性能进行评定4GB／T5455纺织品燃烧性能试验方法垂直法的方法不宜作为外墙外保温系统防火性能的试验与5GB／T5664建筑材料不燃性试验方法评价方法。6GB／T7633门和卷帘的耐火试验方法第一类用于对材料燃烧特性进行检测的方法从泡沫塑料燃烧性能试验方法水平燃7GB／T8332试验规模来看，其样品尺寸最小小至1cm，最大的烧法样品尺寸也不过1．5m。与应用于建筑整个外墙上硬泡沫塑料燃烧性能试验方法垂直8GB／T8333的外保温系统相比，试验规模偏小，无法完全代表外燃烧法保温系统在真实火灾中的受火状态，也不适合用于9GB／T8625建筑材料难燃性试验方法作为外墙外保温系统防火性能的试验与评价方法。l0GB／T8626建筑材料可燃性试验方法根据一般防火试验方法设计思想的基本理论，llGB／T8627建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法通常是从对实际火灾的模拟出发建立大比例火灾试12GB／T9978建筑构件耐火试验方法验模型，然后逐步通过研究缩小试验尺度，最终确立试验室的小型防火试验方法，如图1所示。l3GB／T1l785铺地材料的燃烧性能测定辐射热源法14GB／T125l3镶玻璃构件耐火试验方法热分析燃烧成分分析15GB／T14402建筑材料燃烧热值试验方法微观元素分析l6GB／T14403建筑材料燃烧释放热量试验方法燃烧热测试可靠性真实性烟雾测试17GB／T14523建筑材料着火性试验方法毒性测试l8GB／T14656阻燃纸和纸板燃烧性能试验方法腐蚀性测试’19GB／T16172建筑材料热释放速率试验方法小型燃烧试验中型燃烧试验建筑材料燃烧或热解发烟量的测定方20GB／Tl6l73大型火灾试验法(双室法)21GB／T16810保险柜耐火性能要求和试验方法图1试验尺度和分析内容22GB／T17428通风管道的耐火试验方法由于我国目前还没有开展过相应的研究工作，软体家具弹簧软床垫和沙发抗引燃特因此我们现在需要的试验方法应该首先是能够模拟23GB／T17927性的评定外墙外保温系统实际火灾场景的大型火灾试验方24GB／T20284建筑材料或制品的单体燃烧试验法，在今后积累一定的试验数据后，再逐渐缩小试验25GB／T20285材料产烟毒性危险分级模型的尺寸。目前，应以大尺寸模型火试验为主来对外保温系统的防火性能进行评价。38 第39卷朱春玲，等：外墙外保温系统防火试验与评定方法的研究第4期3国外大尺寸防火试验方法调研鉴于我国目前还没有适用的外保温系统大尺寸防火试验方法，我们对国外的大尺寸防火试验方法进行了广泛的调研分析，以选择我国适用的试验方法。3．1美国UL1040：2000试验标准美国UL1040试验标准是美国保险商实验室开发的一种墙角火试验方法。该试验方法用于模拟外图2钢丝网架水泥聚苯板试验楼的燃烧状态墙外保温系统在墙角火试验下的受火状态，确定外3．2德国DIN4102—20(草案)墙外保温系统阻止火焰蔓延的能力，以及在火作用德国目前应用于对外墙外保温系统进行试验评下构造系统中保温材料的破损状态。其优点在于模价的标准为DIN4102—20(草案)。该标准目前虽型尺寸能够涵盖包括防火隔断在内的所有外保温系然还没有正式颁布，但是在德国外保温系统的试验统构造，可以观测试验时火焰沿外保温系统的水平认证中已得到了广泛的应用。或垂直传播的能力，试验状态能够充分反映外保温该试验模型由相互垂直的主、副墙组成，在主墙系统在实际火灾中的整体抗火能力。底部有一个燃烧室，模拟建筑外墙上的开口。试验模试验模型由2面成90。正交直角的垂直墙体组型墙体的高度为6m，主墙宽1．8m、副墙宽1．2m。成，形成尺寸为6．10mX6．10in×9．14m的构筑物，试验结构的顶部安放无保温的平面金属屋顶。燃烧室宽1m、高1m、深0．8m。燃烧室内放置木垛墙体与屋顶按典型方式或按施工时的方式连结。或燃烧器作为热源。试验的点火源为标称(347±4．54)kg的木垛，对于用于建筑高度为7～22nl的建筑外墙上其尺寸为1．22m×1．22mX1．07m，由12层干燥的保温系统，试验火源的木垛重25kg。如使用燃的木质为云杉、松木、杉木或其它类似密度的软木构气作为火源时，丙烷燃气的质量流量为7．4g／s，试验时间为20min。判定指标为：损毁高度不超成，用于产生均匀火焰，直接作用于墙角构造的墙体过窗口上方3．5m，窗口上方3．5m处的温度<和顶板。木垛放置在距每面墙体305mm的位置。500。C，火焰高度(目测观察)不超过窗口上方试验的符合性应按以下试验结果确定：1)试验3．5m，灼热燃烧和阴燃的区域不超过窗口上方过程中，表面燃烧范围不应超过2个墙体交叉线的3．5m，在试验15h后任何区域都不允许存在灼5．49m。2)试验后的观测应表明，组合体系内试验热燃烧和阴燃现象，材料燃烧产生大量熔滴的时材料的燃烧损坏程度，应随到火焰暴露面距离的增间不得超过20min。加而减少。对于用于建筑高度22m以上的建筑外墙上的UL1040墙角火试验方法是我国最早采用的外保温系统，试验火源的木垛重40kg。如使用燃气保温系统防火试验方法。在开始试验时只找到这个作为火源时，丙烷燃气的质量流量为7．4g／s，试试验方法。但在试验过程中总感觉到试验模型的设验时间为30min。判定指标为：损毁高度不超过置不太令人满意，阴角墙的设置更多的应与外墙内窗口上方2．7m，窗口上方2．7m处的温度<保温的应用形式相同，不能够完全满足外保温防火500。C，火焰高度(目测观察)不超过窗口上方试验的需要，但当时还不知道什么样的试验模型更2．7m，灼热燃烧和阴燃的区域不超过窗口上方合理。2．7rlq，在试验15h后任何区域都不允许存在灼2006年在进行钢丝网架水泥聚苯板试验楼的热燃烧和阴燃现象，材料燃烧产生大量熔滴的时过程中，这一想法逐渐清晰，外保温系统的防火试验间不得超过20min。方法最好是能够模拟火从房间里面烧出来，攻击外3．3英国BS8414—1：2002标准保温，这样可能与实际建筑火灾的情况相类似。该BS8414试验方法和BR135的评价体系自试验过程的燃烧状态如图2所示。1999年起由英国BRE公司开始研究和开发，目前随后我们开始搜集外保温系统窗口火的试验已较为成熟，并在英国得到广泛应用。该试验方法方法。的原理是模拟房间内发生轰燃后火焰从窗口或洞口39 第4期朱春玲，等：外墙外保温系统防火试验与评定方法的研究第39卷溢出的状况，对外保温系统进行测试，检验其受损程能。此项性能没有设定失败标准。但一些细节，如度，并对其火焰传播性进行判定。系统的任何损坏、碎片、分层或火焰碎片都将包括在试验墙体由砌筑体或砌筑填充物构成，结构包该次测试报告中。机械性能失败的性质将作为全面含一个直立的主试验墙和在其一侧与之成90。角的危险评估的一部分。副墙，如图3所示。主墙至少高出燃烧室开口顶部3．4美国NFPA285标准上方6000mm，最小宽度为2600mm。副墙与主墙美国NFPA285标准是美国消防协会开发的一的高度相同，最小宽度为1500mm，距燃烧室开口个可用于同时测试墙壁表面和系统能否承受火焰在边缘(250±10)mm。燃烧室位于主墙的底部，开口墙壁表面的蔓延、在可燃芯材或系统内垂直的火焰尺寸应为高(2000±100)mm，宽(2000-t-100)传播、从一楼到下一层内部表面的火焰传播、向相邻mm，内部尺寸至少为宽1900mm，深1000mm，高防火分区的横向火焰传播性等足以证明外墙系统能2250mm。热源被放置在燃烧室内。在燃烧室开够抵抗火焰蔓延的系统性能参数的试验方法。口上方2500mm和5000mm处的水平线分别定义这些指标都可以通过NFPA285‘StandardFire为水平线1和水平线2。TestMethodforEvaluationofFirePropagationCharacteristicsofExteriorNon—·Load——BearingWallAssembliesContainingCombustibleComponents’来进行测试，并应符合NFPA285的验收标准。试验装置由2层结构组成(如图4所示)，高4．8m±25mm，每层有一个试验房间。每一个试验房间装修前的内部尺寸是长3．05m±13mm)、宽3．05m±13mm)、从地面到天花板的高度是2．13m±13mm。每一层有一个开口大约1．1m宽、2．1m高。图3BS8414—1的试验模型试验时，在水平线1和水平线2上分别布置内部热电偶和外部热电偶。外部热电偶伸出试验系统表面(50±5)mm，内部热电偶被布置在每个可燃层的厚度中心上。厚度小于10mm的层内不设热电偶。如果体系内含有空腔，热电偶还应被设置在每一个空腔的厚度中心上。燃料木垛由软木条组成，木垛的平面名义尺寸图4NFPA285的试验模型为1500mmxl000mm，高1000mm。使用16根公第一层的开口在侧墙上，第二层的窗口在它称尺寸为25mlTlx12mm×1000mm的低密度纤维上方。试验系统安装在试验装置的前面或安装在板条引燃木垛。这个试验的持续时间是30min，观一个活动框架上，样品尺寸不小于5．3m(高)×测60min。木垛约350kg，热释放速率峰值为4．1m(宽)，覆盖整个试验墙只留出一层的窗口。3．5MW，总热释放量为4500MJ。也可采用经过校墙面上按规定布置热电偶，一层试验房间内和窗准的其他热源。口处分别设置一个燃烧器。按照标准规定的时间针对BS8414—1试验所提出的性能判定和分一温度数据控制燃烧器的燃烧。试验时间30类方法(BR135附录A)根据以下3个准则来评估min，根据火焰的蔓延情况和热电偶监测的温度判外保温系统的防火性能：1)外部火焰传播。在起始断试验结果是否合格。时间15min内，水平线2上外部热电偶的温度超过3．5ISO13785—2标准600℃，且持续时间超过30S，判定发生了外部火焰ISO13785—2《建筑外表面对火反应性能第二蔓延。2)内部火焰传播。在起始时间15min内，水部分：大尺度试验》标准适用于对建筑外表面包括平线2上内部热电偶的温度超过6o0℃，且持续时保温系统和通风表面系统进行测试。间超过30S，判定发生了内部火焰蔓延。3)机械性 第39卷朱春玲，等：外墙外保温系统防火试验与评定方法的研究第4期ISO13785—2包括两种基本的火灾场景：一是建该方法使用丙烷或者木垛作为火源。木垛燃烧室：筑物内部发生火灾产生的火焰通过窗口溢出对建筑高2m、宽4m、深4m，楣高0．3m。火灾荷载密度物表面的攻击情况；二是墙体附近的堆积物(如垃圾、为25kg／m木垛，总共400kg，即16个480mm×蔬菜或树丛火灾)起火对建筑外部的攻击情况。但不500mm共十层的木垛均匀分布在燃烧室中。建筑包括临近的建筑物发生火灾产生的热辐射的影响。外表面开口水平中心线以上600mm处的总热流量该方法测试装置的主墙上包含有开口作为燃烧达到(55±5)kW／m，开口以上1．6in处的总热流室，副墙与主墙的夹角为90。。测试装置的高度为量达到(35±5)kW／m。由于该方法的燃烧室尺寸在开口以上至少4m，主墙的宽度至少为3m，副墙较大，因此火源强度并不是最大的。的宽度至少为1．2m。副墙与燃烧室开口边缘的距4大尺寸防火试验方法比对结果及应用说明离为0～0．5m，以满足测试样品的厚度范围为0—在对国外大尺寸模型火试验方法进行充分分析0．5m。燃烧室的内部体积不低于20In，不超过研究的基础上，我们对这几个试验方法的模型尺度100／1"1。燃烧室开口的宽度应为(2．0±0．1)m，高和火源强度等主要技术参数进行了比较，比较结果度为(1．2±0．1)ITI。列于表2。表2国外大尺寸防火试验方法比对结果标准号试验类型试验火源模型尺度／m测试时间／rain备注德根据建筑高度，分别选用25kg国DIN4102—20窗口火或620或3040kg木材(或等量热值的燃气)带基层墙体的非承重外围英国BS8414—1窗口火350kg木材或燃气，3MW≥830护结构，燃烧室≥4．275HI美国UL1040墙角火345kg木材9．1430美国NFPA285二层建筑按时间改变供气流量4．830ISO13785—2窗口火400kg木材或燃气≥6．030燃烧室20—100m从表2可以看出，英国的BS8414—1标准所采系统的防火性能进行试验，特别是符合我国高层居用的试验模型、试验火源相对较大，试验条件也相对住建筑较多的国情。更为苛刻一些，而且可以同时考察外保温系统在有根据上面的分析可知：当用于评价外保温系统火源或火种存在的条件下能否被点燃和发生燃烧现防火性能的试验方法所采用的模型尺度越接近外保象，以及当有燃烧或火灾发生时系统是否具有阻止温系统在实际火灾中的受火状态，得到的结果越能火焰传播的能力。客观地反映外保温系统的防火安全性能。因此，目因此，我们选用BS8414—1的试验模型和火源前在我国开展外保温系统防火性能的试验研究工作进行外墙外保温系统的防火试验研究工作。并且，在应以大尺寸模型火试验为主。但是，这种大尺寸试结合我国国情的情况下，对英国BR135给出的判定验方法仅应作为一种适用于对外保温系统整体构造原则适当加严，提出了以下两条试验合格性判定原防火能力进行评价的验证性方法，而不应作为外保则：1)水平准位线2的任何一个内部热电偶的温升未温系统的型式检验方法。目前，国家行业主管部门超过500℃，或超过500℃但持续时间不大于20S；2)应抓紧按照该方法对我国典型的外保温系统构造做试验后的检查结果表明，系统的每个可燃层的垂直燃法进行试验验证，评价各类系统的防火安全性能，用烧高度未超过水平准位线2上方300mm。当同时满于指导外保温系统防火性能的提高与改进。并应尽足以上两条要求时，可判定外保温系统不具有火焰传快建立各类外保温系统的防火性能基础数据，确立播性。否则，应判定系统具有火焰传播性。系统的适用范围，推动了我国外保温防火技术的发经请专家把关，认为这两项指标无论是温度控展，为补充和完善相关的标准规范提供技术依据。从制指标还是火焰蔓延范围的设置均比英国标准更加而进一步提高我国建筑保温结构的防火安全性，减少严格，基本宽严适中，比较适用于对我国外墙外保温突发性火灾对建筑结构和人们的生命财产造成损失。41'