外墻保溫材料對建筑火災的影響及防火策略

摘要：鑒于建筑外墻保溫材料火災的危險特性，根據外墻保溫材料的類型與應用現狀，分析其對建筑火災的影響，從消防安全監管、防火技術兩個層面探究科學防火策略，旨在提高建筑外墻保溫材料火災防范能力，減輕火災對建筑結構與外墻保溫系統的破壞，提升建筑消防安全能效。

關鍵詞：建筑火災；外墻保溫材料；影響；防火策略

建筑外墻保溫系統是為提高建筑節能保溫效果采取的重要技術措施，目前應用較為廣泛的保溫材料多具有易燃可燃性，耐火能力差。從大量建筑火災事故調查分析中發現，外墻保溫材料是火場的重要“助燃劑”，火勢會沿著外墻迅速蔓延，快速形成立體火災，增加救援與疏散工作難度，造成不可估量的損失與影響。因此，必須高度重視外墻保溫材料為建筑帶來的火災危險，并積極采取科學有效的防火策略，保障建筑消防安全。

1 外墻保溫材料概述

1.1" 外墻保溫材料類型

1.1.1" 有機高分子保溫材料

常見的有機高分子保溫材料有模塑聚苯乙烯板、擠塑聚苯乙烯板、聚氨酯硬泡板、酚醛泡沫板等，多由樹脂、橡膠等高分子材料制成，具有隔熱效果好、生產成本低、制造工藝簡單、安裝方便、質量輕等優勢，但均具有易燃可燃性。具體性能見表1。

1.1.2" 無機保溫材料

常見的無機保溫材料有膨脹珍珠巖、巖棉、玻璃棉等，均屬于不燃材料，在建筑外墻保溫系統中應用可以降低火災危險性。但與有機高分子保溫材料相比，其綜合保溫性能較差，使用中會散發細小顆粒或粉塵，對人體刺激性較大。以巖棉為例，其具有吸水性較強、抗拉強度較低等特點，處于干燥狀態的巖棉纖維較細，侵入皮膚與呼吸系統容易引發過敏、皮疹、哮喘等刺激性反應。

1.1.3" 復合保溫材料

常見的復合保溫材料主要由膠粉聚苯顆粒加工而成的保溫砂漿，具有難燃性，即使燃燒產生的煙量也較少，且無滴落物。

1.2" 外墻保溫材料應用現狀

從建筑消防安全角度來看，無機材料是相對理想的保溫材料，但由于其保溫性與環保性較差、成本偏高，在建筑外墻保溫系統中的應用并不多。而有機高分子保溫材料保溫性能好、成本低，在建筑工程領域更受歡迎。但有機高分子保溫材料防火性能差，由于技術層面的限制，難以在不影響其保溫性能前提下提升阻燃性能。復合保溫材料成本高，廣泛應用會大幅提高建筑工程成本。因此，綜合來看，因技術、成本等多方面因素的限制，無法選擇同時兼顧環保性、低成本、高保溫性、高耐火性的外墻保溫材料，這就需要采取有效的防火策略，降低外墻保溫材料火災發生概率。

2 外墻保溫材料對建筑火災的影響

2.1" 產生大量有毒有害氣體

就目前建筑工程領域應用最廣泛的有機高分子保溫材料來講，其以發泡劑為介質，利用混合發泡工藝使樹脂、橡膠等材料成孔，進而使材料中含有大量具有極高化學反應性的不飽和基。如具有極高的絕熱性，其內部積聚熱量后不易散發，從而導致溫度快速上升，并在發生降解、分離反應過程中伴隨大量可燃性氣體出現。當可燃性氣體與氧氣接觸后，則會快速燃燒，引發火災。而材料生產過程中加入的阻燃劑、發泡劑均會在不完全燃燒狀態下產生有毒、有害氣體，危及被困人員安全。以模塑聚苯乙烯板為例，利用汽油引燃規格為200cm×100cm×4cm（長×寬×高）的長方體模塑聚苯乙烯板，燃燒期間會釋放大量含有一氧化碳、二氧化碳、醇、酸等成分的煙氣，加速了氧氣消耗，而一氧化碳進入人體后會造成器官組織缺氧；同時，在煙霧繚繞的火場，煙氣是干擾救援人員、逃生人員視線的重要因素，增加救援與疏散工作難度[1]。

2.2" 保溫材料燃燒隱匿、難以察覺

在建筑外墻結構中，保溫材料通常填充在夾層內，封閉性較好。當保溫材料被引燃后，如果氧濃度較低，燃燒初期通常為陰燃，外部人員難以發現。大部分有機高分子保溫材料燃燒后發煙量大，容易影響救援人員的判斷，使救援人員到達火場后無法第一時間確定著火點，而在發現明火時通常已錯過最佳救援時機，增加火勢控制難度。

2.3" 燃燒猛烈、蔓延迅速

選用未經過阻燃處理的易燃可燃材料作為建筑外墻保溫材料，在發生火災后，火勢蔓延迅速，可快速形成立體火災；同時燃燒期間受風力、火場小氣候等多方面因素的作用，也會通過熱輻射、飛火等加速火災蔓延。同樣以模塑聚苯乙烯板為例，通過汽油引燃規格為200cm×100cm×4cm（長×寬×高）的長方體模塑聚苯乙烯板，30s板材達到全面燃燒狀態，100s后火焰上升至板材最頂部，經計算分析確定豎向火焰蔓延速度為2cm/s[2]。而在燃燒期間，最大熱釋放速度達到170kW，且伴隨大量熔融滴落物產生，有些滴落物攜帶火焰，滴落后將下方可燃物引燃。此外，保溫材料燃燒后，隨著溫度的升高，滴落物、飛火增多，火勢蔓延速度更快；而當燃燒溫度達到1000℃左右時，遭受高溫襲擊的被困人員可瞬間失去意識、死亡，危害極大。

2.4" 增加救援難度

通過總結火災處置與應急救援經驗發現，外墻保溫材料救火難度系數明顯高于建筑物其他部位火災，主要存在以下難點：

保溫材料外層覆蓋防水層。多數保溫材料強度低，為預防脫落，提高建筑外立面美觀性，會在保溫材料外增設防水性好的瓷磚、石材等裝飾面層，這就導致發生火災后消防水流無法與燃燒材料有效接觸，嚴重影響滅火效果。

保溫材料燃燒中產生大量燃燒滴落物。火災發生后，在超高溫條件下，易燃可燃的保溫材料會持續產生可以獨立燃燒一段時間的滴落物，從而引發二次火災，擴大火勢蔓延范圍，提升救援難度。

容易使室內形成火橋。外墻保溫材料燃燒后，明火會沿著門窗進入室內，與易燃可燃物接觸后出現新的著火點；也容易在多個防火分區內形成著火點，影響防火分區功能的發揮，使火勢在建筑內部快速擴散[3]。

容易形成立體火災。外墻保溫材料著火后，著火點四周溫度極高，形成的熱壓差可以對氣流與明火進行引導，實現火勢的豎向蔓延，且蔓延速度極快，從而引起多點著火。

2.5" 破壞建筑結構

建筑工程結構有多種形式，如鋼結構、鋼筋混凝土結構等，當外墻保溫材料發生火災后，著火點四周溫度迅速升高，溫度的上升會破壞建筑的整體強度，最終因不具備承擔荷載能力而倒塌。以鋼結構構件為例，當溫度升至300～400℃時鋼結構構件的強度以及彈性模量下降，當溫度超過600℃以后鋼構件將不具備強度，從而出現軟化脫落現象，導致建筑結構發生變形，變形數量越多、結構承載力下降越快，直至坍塌[4]。

3 外墻保溫材料火災預防策略

3.1" 加強外墻保溫材料消防安全監管

3.1.1" 完善建筑外墻保溫材料防火規范

建筑外墻保溫材料著火的根本原因在于缺少健全、有效的防火規范。目前，外墻保溫材料的分級標準、使用標準、防火規范內容精細度不足，導致消防安全監管中缺少可靠依據，影響消防安全監管工作實效。通過大量建筑火災事故調查結果可以確定，在建筑火災中，外墻保溫材料是最大的風險點，應結合我國建筑火災的特點、外墻保溫材料性能與應用情況以及國外成功經驗，及時完善防火規范內容。如對有機高分子保溫材料的適用性進行規定，只能在建筑高度不足22m的外墻保溫系統中應用，超過22m部分應選擇無機保溫材料；并對外墻保溫材料阻燃處理、燃燒承受溫度范圍等作出具體要求，以明確的規范為基礎，保證消防安全監管工作嚴格落實，為建筑工程筑牢消防安全“防火墻”。

3.1.2" 加強外墻保溫材料應用過程監管

貫徹落實建筑節能全過程監管工作實施要求，使監管部門認真履行職責，參建方提高對建筑外墻保溫材料防火的重視；遵循“誰審批、誰負責”原則，確保事前、事中、事后監管工作主體責任明確。在事前，要求新建建筑方認真做好“事前承諾”，按照承諾內容使用外墻保溫材料。監管人員應在外墻保溫材料未使用前進行審查，判斷是否與事前承諾內容相符，從而加強源頭把控，確保建筑節能事中嚴格執行強制性標準規范內容；并要對建筑節能專項審查意見、設計計算書等資料進行分析，明確對保溫材料性能的要求，公示材料燃燒性能與保溫性能，以便督促責任主體履行承諾。在事中，建立保溫材料使用過程責任制度，建筑項目建設期間，消防安全監督檢查工作不少于三次，其間需要加強外墻保溫材料的審查，認真履行工作職責，準確、詳細填寫檢查表，反復核查保溫材料的燃燒性能、保溫性能，切實保障建筑具有良好的抵抗消防風險的能力，有效預防火災事故[5]。檢查中發現不符合防火等級規范要求的材料應禁止驗收；因材料燃燒性能不達標在施工期間發生火災的，需要立即追究各方責任，生產、銷售、應用等多個環節的責任人均要接受處罰。在事后，及時公示追責進展，并總結經驗，確定消防安全監管中的漏洞，及時優化監管方案與方法。

3.1.3" 加強外墻保溫材料動火管理

按照消防安全管理要求，可燃B1級及以下外墻保溫材料“禁止動火”，但因特殊情況需要動火作業的應執行特殊動火作業管理要求，將其視為危險化學品重大危險源動火作業，采取有效監管措施，預防外墻保溫材料火災。管理過程中，應控制動火點與可燃B1級及以下保溫材料的水平間隔距離在10m以上；防火距離無法滿足上述要求的場所，需要在動火作業期間將地面、空間內的可燃物以及能夠引燃的保溫材料清除，保證動火點與可燃物之間的水平間隔距離在10m以上、與無法拆除外墻保溫材料之間的距離在10m以上；動火作業前，要求安全員對現場安全條件進行確認，并委派專職監護人員監督控制動火作業全過程；且要求動火作業前按照消防安全管理要求準備滅火器材，全方位辨識風險，保證作業人員掌握避險常識；嚴禁出現在B1級及以下保溫材料墻體穿越電源線情況；動火作業結束后必須對現場進行確認，判斷是否殘留火種，未確認前禁止監護人員離開作業現場。

3.1.4" 做好外墻保溫材料消防安全宣傳引導工作

消防安全監管部門要高度重視轄區內發生的典型的因外墻保溫材料燃燒而引發火災案例，積極利用廣播、電視、網絡、電梯廣告、宣傳欄等宣傳媒介，對火災風險進行廣泛宣傳，提高全民對外墻保溫材料消防安全的重視，并自覺監督、舉報違法違規使用外墻保溫材料、不按規定動火作業等危險行為。同時，深入建筑行業、建筑勞務市場展開宣傳，發放宣傳單、進行消防安全培訓、播放警示片，使從業人員對外墻保溫材料燃燒性能不達標、不規范動火作業的危害、后果有準確了解，督促從業人員不斷增強消防安全意識，在作業中主動辨識風險，嚴格執行管控程序，及時將風險消除。

3.2" 規范落實外墻保溫材料防火技術措施

3.2.1" 應用優質保溫材料，提高新型材料研發速度

在建筑工程中，常用的三類外墻保溫材料在燃燒特點、阻燃效果上有著明顯差異，應明確不同類型材料在消防安全方面產生的積極作用與消極作用。單純從燃燒性能上來看，無機保溫材料與復合保溫材料均有一定優勢，在建筑火災持續期間材料基本不會出現燃燒現象，可以阻隔火勢蔓延，避免火勢大范圍擴散，與有機高分子保溫材料相比，產生的有毒煙氣量也較少，應作為優選對象。例如，應用巖棉板、閉孔珍珠巖、玻璃棉等無機保溫材料時，其生產原料為石屑與工業廢渣，均具有良好的防火阻燃效果，可以使建筑外墻保溫系統防火等級達到A級，既可以發揮保溫作用，也可以起到防火阻燃作用。

隨著建筑行業的快速發展，對建筑外墻保溫材料燃燒性能的要求也日益嚴格，為保障保溫材料燃燒性能始終滿足技術要求，應加速新型阻燃或不燃保溫材料研發速度，不斷提升保溫材料自身的耐火能力，加強火災防范。目前外墻保溫材料的研究方向是加入抑制燃燒的阻燃劑、固化劑，如酚醛樹脂材料，添加阻燃劑與固化劑后耐熱性大幅提高，在1700℃的火焰下僅在表面有輕微碳化痕跡，整體質量受損較小；經過測試燃燒過程中產生的煙氣量低，對被困人員生命安全的威脅小，也降低了對救援與逃生人員視線的干擾，可以同時在防火、火災處置等多個方面發揮積極作用。由此可見，加強新型保溫材料的研發，并在建筑領域快速推廣，對預防外墻保溫材料火災意義重大。但要嚴格控制成本，避免因成本偏高使推廣受限。

3.2.2" 增設阻燃防火的裝飾面層

目前大部分建筑外墻保溫材料會在高溫作用下出現燃燒、熔化、灼燒現象，并釋放大量有毒煙氣。雖然使用不燃的無機保溫材料或難燃的復合保溫材料可以預防以上問題，但也會產生少量煙氣或燒毀、損害保溫材料。因此，從提高外墻保溫系統燃燒性能、節約建筑施工成本等角度考慮，應在保溫層外加裝具有阻燃效果好的裝飾面層。該面層可以阻隔保溫材料與明火直接接觸；并形成物理隔離屏障，避免內部保溫材料溫度上升。從充分實現裝飾面層阻燃防火效果角度來講，應先于外墻保溫層涂抹聚合物黏結膠漿層，并將具有分散溫度應力與收縮應力功能的耐堿玻璃纖維網格布置入膠漿層內，預防高溫作用下裝飾面層出現變形、裂縫，使阻燃防火效果被削弱。同時，需要保證裝置面層具有一定厚度才能發揮實際作用，通常情況下增設在漿料類外墻保溫系統外的阻燃防火裝飾面層厚度應控制在8mm以上，板材類外墻保溫系統外阻燃防火裝飾面層由多層組成，首層厚度應控制在6 mm以上、其他層厚度應控制在4mm以上[6]。

3.2.3" 合理設置防火隔離帶與防火分區

設置防火隔離帶可以對外墻保溫材料燃燒范圍加以控制，避免大面積延燒。防火隔離帶由黏結層、保溫層、抹面層組成，目前在建筑外墻中應用最廣泛的防火隔離帶有兩種：第一種為巖棉防火隔離帶，其主要材料為具有良好憎水性的巖棉板，設置過程中先將外墻基層清理干凈，利用膠粘或打螺釘方式對巖棉板保溫層進行固定，隨后將膠漿均勻涂刷在保溫層表面，膠漿中置入玻纖網，外部涂刷具有阻隔防火效果的裝飾砂漿飾面層。第二種為泡沫混凝土防火隔離帶，與巖棉防火隔離帶相比，其設置過程更為復雜，需要先準備水泥、利用泡沫劑制備泡沫，經攪拌混合、養護后形成具有多孔特點的防火保溫板，通常情況下此類保溫板的燃燒性能可以達到A1級別，導熱系數也可以控制在0.05～0.058W/m·k[7]。為了降低施工復雜性，也可以直接應用HT泡沫混凝土板，板材的芯層為低密度發泡水泥、兩側為高密度泡沫混凝土，由于閉孔結構可以控制熱量傳遞，板材即使在1000℃高溫環境下也能維持結構穩定。

設置防火分區可以將火災控制在單一區域或少數區域內，預防火勢蔓延、擴散。在建筑外墻保溫材料防火中同樣可以利用防火分區阻隔火勢，外墻保溫系統中使用的不燃材料發揮分隔作用，將面積較大的外墻保溫系統分隔成若干個區域，即使某個區域出現陰燃或燃燒時，也可以避免火勢向其他區域蔓延。同時，建筑外墻結構上也有外窗洞口，火災期間外窗玻璃在高溫作用下炸裂，加之外部通風條件良好，會加速火勢從外部擴散至建筑內，設置外墻保溫系統防火分區、室內防火分區，可有效阻隔明火進入室內，防止火災范圍擴大。

3.2.4" 規范進行保溫材料阻燃處理

為防止建筑外墻保溫材料引發火災，應采取有效的阻燃技術對材料進行處理，提高保溫材料本身的防火性能。經過阻燃處理后，即使材料處于高溫環境下也不會熔融、燃燒、釋放煙氣。例如，在擠塑聚苯板阻燃處理過程中，按照一定順序完成板材打毛、去皮處理，使板材表面干燥、潔凈，并于表面涂刷阻燃劑或含有阻燃劑的處理劑。在聚苯乙烯泡沫塑料阻燃處理過程中，應采取浸漬阻燃與包裹阻燃方式，其中浸漬阻燃是將板材直接放在含有阻燃劑與發泡劑的水懸浮液中，浸泡后塑料粒子內會滲入阻燃劑，從而實現板材的阻燃效果；包裹阻燃是指將樹脂、硅酸鹽等材料制作成含有阻燃劑的黏結劑涂刷在板材表面，形成阻燃防護層，完全包裹板材。

4 結束語

由于建筑外墻保溫面積大、保溫材料用量大，為避免保溫材料引發火災，加強外墻保溫材料的防火性能具有必要性與迫切性。應正確認識外墻保溫材料消防危險性以及對建筑火災的影響，并通過有效的消防安全監管策略、科學的防火技術策略預防火災，克服外墻保溫材料在消防安全性能上存在的不足，為建筑施工、使用安全以及群眾的生命財產安全提供堅實、有力的保障。

參考文獻

[1]潘姍姍.高層建筑外墻外保溫系統火災原因分析及防火措施[J].今日消防，2022，7（12）：97-99.

[2]姚俊超.外墻保溫材料防火措施在建筑中的應用[J].中國建筑裝飾裝修，2022（19）：78-80.

[3]鄭蕾.建筑物外墻保溫材料的防火策略研究[J].消防界（電子版），2022，8（17）：106-108.

[4]王貴平.建筑外墻裝飾與保溫材料的防火應用研究[J].中國建筑裝飾裝修，2022（12）：69-71.

[5]丁超，朱難難，蘭清源，等.典型建筑外墻保溫材料的燃燒及火蔓延行為研究[J].北京建筑大學學報，2022，38（1）：99-105.

[6]賽爾江·斯提哈力.淺析建筑外墻保溫材料火災滅火救援作戰[J].消防界（電子版），2021，7（23）：68-69.

[7]毋昀騏.外墻保溫材料隱患防治與火災處置[J].消防界（電子版），2022，8（3）：100-101.