XPS外墙保温材料火灾危险性研究综述

XPS外墙保温材料火灾危险性研究综述姓名：孙皓专业：安全科学与工程0引言近年来随着外墙保温材料在广泛应用中出现的几次较大火灾事故，外墙保温材料的火灾危险性方面研究得到了越来越多的关注，并且已经取得了一定进展。聚苯乙烯泡沫塑料板是以聚苯乙烯树脂为主要原料，经发泡剂发泡而制成的内部具有闭孔结构的材料。具有密度小、导热系数小、吸水率低、隔音性能好等特点，虽然矿物棉保温材料的使用在建筑节能方面有一定的优势，然而由于聚合物泡沫材料具有更优异性能，如更好的保温，更容易处理，不吸水（闭孔泡沫），使得目前聚苯乙烯泡沫塑料在外墙外保温材料领域得到了大量应用。1不同参数和环境条件对XPS保温材料火蔓延特性的影响黄新杰研究了试样尺寸倾斜角度以及所处海拔高度对其火蔓延特性的影响，发现对于相同厚度的XPS，其火蔓延速度以及燃尽速度在合肥情况下均要大于在拉萨情况下；在拉萨火蔓延速度随着厚度增加而增加，而在合肥呈现出随厚度先增加后减小的现象。当XPS放置角度为负角度时，其火蔓延速度呈现出随负角度的增加而增加的现象。这主要是XPS火蔓延过程中，随着负角度的增大，更多熔融的XPS作用于未燃的XPS上，导致了凝聚相的导热量增加而造成的。同时，黄新杰还发现当材料的正放置角度越大的时候，XPS材料火蔓延过程中，出现了二次点燃现象，这主要由于熔融的XPS材料受重力的影响，具有流淌的特性，使得热解区域的XPS脱离熔融区域而造成的。2XPS保温系统的热动力学分析与研究亓延军发现聚苯乙烯泡沫在空气气氛和氮气气氛中分解可认为是单步反应过程。XPS在空气气氛中分解过程可山Bn机理描述,在氮气气氛下分解过程则可山Cn机理描述。同时，对于XPS外墙外保温系统可由热薄型点燃描述，其点燃时间的倒数与热流施加强度呈线性关系。3XPS保温材料的热解特性与机理研究焦玲玲通过实验得到XPS在氮气氛下的热解初始阶段,活化能值仅为82.21kJ/mol,热降解反应很容易发生。随后其值迅速增加,并在a=0.15-0.9之间近似保持为一个常数165kJ/mol,对应XPS的主要热降解阶段。在空气环境下,活化能值可以分为三个阶段,热解主要阶段的其值相对较低,活化能的平均值为90kJ/mol。XPS在两种气氛中也分别遵循二阶段和三阶段反应。因为氧气的存在,空气中XPS的降解反应更加容易而迅猛,总热释放达到2107.97J/g。同时，两种气体环境下,XPS受热过程首先发生水分蒸发。XPS在该条件下的热解反应以末端键的断裂开始,温度高于250°C时主要发生主链上碳碳单键的断裂反应。当温度在320-350°C之间,各主要峰强几乎同时迅速减弱,材料大规模链断裂产生小分子物质并全面挥发。而温度达到400°C时,热解反应结束。XPS在氮气中的热解反应速率明显慢于空气中,直到450-500°C后反应才基本完成。4XPS保温材料在竖直条件下的辐射引燃过程研究许磊利用自建平台研究了数值固定的XPS保温板以及基于XPS的外墙外保温系统的辐射引燃过程，得出以下结论：XPS保温板的引燃时间随着外加热流强度的增加而减小,并且其减小的幅度也是减小的。因引燃方式不同导致的引燃时间差值,随着辐射强度的增加而减小；因材料燃烧等级不同导致的引燃时间的差值,在自然辐射引燃方式下该差值较为明显并随辐射强度的增加先增加后减小,在电火花辖射引燃条件下该差值较小。随着辐射强度的增加,B1和B2级材料在点燃前最高温度的差值是先上升再下降,对于自然辐射引燃的这种变化较为明显,并且在35kW/m2和40kW/m2的热流强度下达到峰值;电火花辐射引燃方式下不同燃烧等级材料之间温度的差值变化较小。点燃前最高温度的差值波动性较大整体趋势是先增加后减小的变化过程。5XPS保温材料顺流火蔓延受建筑物结构的影响安伟光通过实验研究与理论分析相结合的方法，研究了材料倾斜角度、材料尺寸、材料所处大气环境、建筑物边墙结构、凹型结构以及防火隔离带等多因素耦合作用对XPS保温材料火蔓延特性的影响。重点研究了边墙结构、凹型结构和防火隔离带对燃烧和火蔓延的影响,发现有边墙时的平均火焰高度（H）值大于无边墙时的工况，两种工况下火焰高度的差值随试样宽度的增大而减小。将燃烧区分为两部分:靠近侧边区域和中间区域,有边墙时靠近侧边区域的较高,而无边墙时,中间区域的较高。XPS的固相温升过程分为三个阶段:预热阶段、熔融阶段和热解阶段。无边墙时熔融阶段的持续时间长于有边墙的情况,常压地区的持续时间短于低压地区。至于熔融阶段对应的温度,有边墙时的温度高于无边墙时。关于火蔓延速度(Vf),无边墙时,Vf随试样宽度增大先减后增;有边墙时,Vf随试样宽度增大而增大。无边墙时的火蔓延速度高于有边墙的工况。同时还建立了XPS保温材料火蔓延与防火隔离带和外墙凹型结构有关的数学模型，关于防火隔离带的模型可以预测对于一定PS保温材料特征长度和隔离带高度,火焰能否越过隔离带蔓延至上方;关于外墙凹型结构的模型可以预测无量纲火蔓延速度随四型结构因子的变化规律。6结论通过了解以上研究成果为代表的国内主要系列研究成果，综合国际上关于类似建筑用装饰保温材料的研究，我们不难发现对XPS保温材料火灾危险性研究的发展趋势：6.1从研究简单现象到建立预测模型科学研究往往都是从一些简单现象入手，逐渐深入的过程。在对XPS保温材料火灾危险性的研究过程中，研究人员从社会发展的实际需要出发，从探究单一因素对XPS保温材料火灾危险性的影响逐渐过渡到多因素耦合作用对XPS保温材料火灾危险性的影响，并从中总结出规律，发展出预测模型，实现对XPS保温材料火灾蔓延情况的简单预测，这促进了研究成果从实验室走向实际工程应用，对相关立法也有一定促进作用。6.2从小尺度实验到更接近实际工况的大尺度实验在研究初期，首要任务是了解XPS保温材料的火蔓延特性，因此所进行的实验往往尺度较小，虽然容易得到结果和规律，但其对实际工程应用的积极意义极其有限，随着研究的一步步推进，在积累了一定数据和经验并总结出一些规律的基础上，研究人员开始进行更接近实际工况的大尺度实验，模拟了更多诸如建筑物边墙结构、凹型结构以及防火隔离带等实际工况，这时得到的结果对实际工程应用的意义更大。参考文献[1].黄新杰.不同外界环境下典型保温材料PS火蔓延特性规律研究[D].合肥：中国科学技术大学，2011；[2].亓延军.常用有机外墙外保温系统火灾特性研究[D].合肥：中国科学技术大学，2012；[3].焦玲玲.典型建筑有机保温材料热解特性及机理研究[D].合肥：中国科学技术大学，2014；[4].许磊.聚苯乙烯外墙外保溫系统在竖直条件下的辐射引燃过程研究[D].合肥：中国科学技术大学，2014；[5].安伟光.PS建筑外墙保温材料燃烧及火蔓延行为研究[D].合肥：中国科学技术大学，2015；