建筑外墻有機泡沫保溫材料中阻燃劑的應用,建筑材料論文

建筑外墻有機泡沫保溫材料中阻燃劑的應用,建筑材料論文近年來，南京中環(huán)國際廣場、哈爾濱經緯360雙子星大廈、濟南奧體中心、北京央視新址附屬文化中心、上海膠州老師公寓、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。當前我們國家的外墻外保溫系統(tǒng)主要采用擠塑聚苯乙烯板〔下面簡稱XPS板〕、膨脹聚乙烯泡沫塑料板〔下面簡稱EPS板〕、聚氨酯硬泡〔下面簡稱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，遇火后極易構成大面積滴落、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].當前市售的阻燃型EPS板和PU,采取添加適量阻燃劑氧指數(shù)可到達26%,增加阻燃劑用量或進行適當?shù)淖枞继幚?，氧指?shù)可到達32%以上，此時能夠知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，XPS板、EPS板、PU仍將作為我們國家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，分析我們國家建筑外墻保溫系統(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。當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。此種方式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響經過復雜，效率較低，并且需要專用設備，當前不被市場大規(guī)模生產使用。②在材料制備經過以物理方式參加阻燃劑。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。華而不實阻燃劑的種類，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，碰到高溫或者明火會產生大量濃煙，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。華而不實磷-氨阻燃劑在制備經過中需要對紅磷的外表處理、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，到達阻燃效果。但是無機阻燃劑的添加量大，在聚合物中容易產生團圓，導致聚合物基體材料力學性能下降嚴重，無機粒子參加前需要對其進行外表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)構成。當前外墻保溫體系常用的是聚苯板薄抹灰保溫系統(tǒng),能夠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，與基層墻體采用粘結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3~6mm的抹面膠漿、玻璃纖維網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造措施。擠塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)以經外表處理的擠塑聚苯板為保溫層材料，通過粘結并輔以錨固方式固定在基層墻體外側，采用復合有玻纖網布的抹面膠漿為薄抹灰面層，以涂裝材料為飾面層，并具有防火構造措施的一種建筑物的非承載保溫構造。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。第一種能夠通過改變材料的設計以及加強施工質量得到改善，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，在很短的時間內引燃整棟樓，而外層飾面也會因保溫板粘結強度的降低而脫落，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鍵，這時候保溫板外表以及保溫板之間沒有飾面層保衛(wèi)，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，保溫材料生產廠家能夠考慮在保溫材料外表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：2018年2月3日，沈陽皇朝萬鑫大廈發(fā)生火災。據(jù)沈陽市通報，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，引燃室內可燃物，構成大面積立體燃燒。該建筑是沈陽第一高樓，由三個塔樓構成，主樓A座頂尖高度219m,B,C座頂尖高度152m;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)的相關規(guī)范。3.1外墻保溫材料燃燒等級。2020年施行的GB8624-2020(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.華而不實對平板狀建筑材料及制品的燃燒性能等級和分級判據(jù)做了具體要求，需要注意的是對于墻面保溫泡沫塑料需要額外知足B1級阻燃材料氧指數(shù)值OI30%,B2級阻燃材料氧指數(shù)值OI26%[4].3.2外墻保溫材料的相關標準?！?〕2020年4月施行的JG/T314-2020(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強度、抗沖擊性能和耐凍融性能均作了具體要求。華而不實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〕2020年8月施行GB/T29906-2020(模塑聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)材料〕已經將保溫材料與層面的粘結強度、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〔見表2〕,規(guī)定了模塑板外保溫系統(tǒng)燃燒性能等級，華而不實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，需要不定期對產品的阻燃性能進行抽檢[6].〔3〕2020年12月施行的GB/T30595-2020(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、實驗方式方法以及包裝、運輸和儲存規(guī)則，華而不實擠塑板燃燒性能不低于B2級且氧指數(shù)值OI26%,抹面層與擠塑板拉伸粘結強度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?！?〕2020年3月施行了JGJ289-2020(建筑外墻外保溫防火隔離帶技術規(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具體的規(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4mm[8].另外需要考慮到高層建筑外面風很大，火焰能夠很容易漫過隔離帶，并引燃整棟建筑。為了盡可能減少火災隱患，建議將行業(yè)標準更為強迫性施行的國家標準?！?〕2020年10月施行的GB/T29416-2020(建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能試驗方式方法〕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、試驗結果的斷定[9].華而不實試驗結果的斷定結果過于簡單，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?！?〕建筑外墻保溫系統(tǒng)火災隱患的解決關鍵在于開發(fā)出高效低廉、抑煙無毒的綠色阻燃劑。當前膨脹型阻燃劑以及新型無機納米阻燃劑已經在這方面獲得良好的效果，加大對新型阻燃劑的開發(fā)與研制，盡快實現(xiàn)規(guī)模生產知足我們國家對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，各檢驗機構對送檢的建筑外保溫材料開拓綠色通道，即時送檢即時檢驗，同時需要制定新的抽檢與復檢標準。在舊房改造經過中，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?！?〕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檢、安監(jiān)和公安消防部門的信息分享，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)產品的生產者、銷售者和消費者。以下為參考文獻：[1]李亮，趙華堂，吳宇。建筑用高分子保溫材料阻燃劑的研究[J].中國建材科技，2020〔3〕:19-22.[2]何小芳，夏少旭，劉玉飛，等。有機外墻外保溫材料的阻燃及老化研究進展[J].材料導報，2020,26〔7〕:149-153.[3]胡爽，翟金國，葉文，等.無鹵阻燃聚氨酯外墻保溫材料[J].廣州化工，2021,43〔1〕:59-61.[4]GB8624-2020,建筑材