5、无空腔是稳定的抗风构造

造成粘结层面积不可控的原因：

造价因素影响施工过程中粘结面积的大小。

低价位竞标引发施工中偷工减料；材料消耗量与个人利益挂钩;

表面平整度的控制影响粘结面积的大小。

不论正负风压对保温层都有破坏作用，空腔是不稳定的构造。

北京振利高新技术有限公司根据外墙外保温十几年的经验，结合基础研究开发出胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外保温体系。在此分析了保温层的构造位置对建筑结构运动状态的影响；柔性释放应力的技术路线；变形速度差是引发保温层空、鼓、裂的主要矛盾，逐层渐变是减少相邻材料导热系数差的主要技术方法；水的相变是保温层破坏的重要因素，保温层要有阻水、透气的基本功能；无空腔是稳定的抗风构造；控制结构温度，是节能的重要手段；防火等级评价标准及应用范围的研究。

1 保温层的构造位置对建筑结构运动状态的影响。

目前市场上对建筑围护结构保温技术主要包括外墙外保温、外墙内保温、夹芯保温和自保温。

1.1保温层构造位置对建筑结构温度场的影响计算

用有限元和有限差分法，建立典型保温墙体在外界大气温度变化等条件下温度场的计算模型，得出各种保温体系的温度场曲线图如下图1.1—1.4。

图1.1 外保温温度场分布曲线图                  图1.2  内保温温度场分布曲线图

图1.3加气混凝土自保温体系温度场分布曲线图    图1.4 夹心保温体系温度场分布曲线图

由图分析可知：

外保温体系为建筑结构提供了一个稳定的温度环境，在保证建筑物保温效果的同时维护结构体系的热稳定性，延长建筑结构的寿命。

内保温体系建筑结构外墙受周期性环境温度影响，加大了不同结构部位的温差，建筑结构热稳定性较差；

加气混凝土自保温体系外表面年温差较大，当使用高强度的抹灰砂浆时易产生空鼓。

夹心保温在保温层两侧的墙体形成较大温差，保温层提供最差的热稳定性，会缩短建筑结构寿命。

1.2保温层构造位置对建筑结构温度应力的影响

图1.5 悬挑构造不保温时温度场分布示意图  图1.6 悬挑构造不保温时温度应力分布图

由以上图1.5和图1.6可以看出:当悬挑部位不保温时有热桥存在，造成温度应力局部急剧变化，相邻部位结构热稳定性差。

图1.7外保温体系温度应力曲线图           图1.8内保温体系温度应力曲线图

图1.9加气混凝土自保温体系温度应力曲线图

图1.7—图1.9是各种保温体系温度分布图，横坐标0为墙体的内表面。由图可知：

外保温墙体，结构温度变化及其梯度均较小，温度应力也小，内保温墙体的结构温度变化较大，温度梯度也较大，温度应力较大。外保温对于建筑物结构有很好的保护作用。

不做保温的悬挑结构，保温和未保温部位的温度应力差被加大，影响了结构的稳定。该部位的保温应满足结构稳定性的要求。 

外保温表面冬季主要承受拉应力，有开裂的风险。夏季主要受压应力，有空鼓的风险。

保温层对建筑物形成不同的温度环境,使建筑物受力状态发生变化，选择正确的保温构造能延长建筑物寿命。

6 课题验收情况介绍

本课题从2006年2月开始，至2007年7月完成了课题立项书中全部工作任务，向建设部提交了科技项目验收申请表，得到批准后于2007年9月13日，由建设部科技司在北京主持召开了本课题的项目成果验收会。

验收专家听取了项目组研究工作汇报，经质询和讨论，形成如下验收意见：

1、提供的验收资料齐全，符合验收要求。

2、外墙外保温构造整体防火性能是系统防火安全的关键，项目组通过开展锥形量热计试验、燃烧竖炉试验、大尺寸窗口火和墙角火试验研究，获得了大量试验数据。

3、该项目提出了锥形量热计试验和大尺寸窗口火试验为外墙外保温系统防火试验的主要方法；提出了外保温系统防火性能分级和适用建筑高度的建议。

4、通过科技查新，该项目所开展的外保温系统防火性能试验研究和防火等级评价填补了中国外保温系统防火安全性研究的空白。研究成果对外墙外保温系统防火试验方法和防火安全性分级标准的制定，建筑节能领域的防火安全设计，打下了良好的基础，具有重要意义。

       验收专家委员会一致同意通过验收。

并提出如下建议：继续深化研究，尽快申报编制外墙外保温系统防火试验方法和防火安全性分级标准。

7、小结

在国内，本课题是最先开展关于外墙外保温防火试验研究的项目，而且外墙外保温防火技术的研究方案和研究思路比发达国家又有新的拓展，主要在于从构造及系统整体的角度对外墙外保温防火性能进行试验研究。开展的技术研究内容和获得的技术成果在国内开创了外保温防火技术研究的先河，即使在国际上也未见相同研究思路的技术成果。本课题内容填补了国内在该领域技术研究的空白，改善了当前缺乏技术数据的现状，获得的数据和外墙外保温系统防火等级划分及适用高度的核心技术成果，可对我们国家现行标准的改编和新标准的制定提供了一定的技术依据。如果本课题的技术研究成果能被引入到现有外墙外保温行业或国家标准中，可进一步提高我国建筑保温结构的防火安全性，减少突发性火灾对建筑结构和人们的生命财产造成损失，对稳定社会，促进社会和谐发展起到积极的作用，具有重大的社会效益。

本课题形成的技术成果应进一步深化，转化为外墙外保温防火试验方法标准并能体现对外保温系统进行防火等级划分及规定适用建筑高度的内容，以提高建筑的防火安全性。

现有技术条件下，室外进行大型火灾测试将受到空气因素的干扰。在有条件的情况下，应选用一间气流稳定的试验空间进行测试。

外墙外保温系统防火试验属于基础理论研究，需要大量的试验数据并从中抽取科学的规律性内容。而大型火灾模拟试验是一种破坏性试验，科研经费的缺乏限制了该课题的进一步试验研究。国家对涉及建筑安全性的基础性研究课题应予以资助和鼓励。

5  外墙外保温系统防火等级划分及适用建筑高度的制定依据

以本课题的大量试验数据为基础，考虑建筑消防安全因素，初步拟定了外墙外保温系统防火等级划分及适用高度如表5。主要考虑如下几个因素：

5.1中国的保温材料现状需对外保温防火性能进行分级设定

不燃类无机保温材料的外保温系统无疑是解决外保温防火性能最直接的途径。但是该类外保温系统在中国市场上的应用比例很小，一方面是由于面对如此大的建筑外保温市场，无机类保温材料矿产资源（例如岩棉类）相对缺乏并且导致价格不菲，同时高质量保温制品的生产技术相对落后；另一方面，使用无机类保温材料的外保温系统的技术研究和技术水平还很不完善。在此现状下，不仅要大力研究无机保温材料外保温系统；更主要的是需要研究有机无机复合的外保温系统，利用保温材料各自的优势，研究开发出系统构造可满足防火要求的外墙外保温系统。如何来区别对待不同防火等级的外保温系统成为一个新的需求，因此，必须对各类外保温系统进行防火性能测试，通过对系统试验要求和构造要求来共同实现对外保温系统防火性能的分级评价。

5.2对外保温系统构造提出要求是有效提高中国建筑墙体防火安全性的保证

     除了对外保温系统提出防火试验要求外，还需要对外保温系统构造提出要求。主要基于两方面考虑，一方面是本课题的试验现象和试验结果说明在以有机保温材料为主的外保温系统中，系统整体性的防火性能取决于三个防火构造因素的设计，并且试验数据也为构造要求的设定提供了依据。另一方面，在市场监督管理有待提高的现状下，仅对试验结果提出要求而忽略对构造提出要求的做法将会让不遵守行业规范的从业者有机可乘，无法有效提高中国建筑墙体防火安全性要求。因为对试验结果提出要求，对有机可燃材料来说等同于对系统构造也提出了要求，所以两者是协调的，是不矛盾的。

5.3中国的建筑国情需将外保温的建筑适用高度细分

中国的城市建筑高度有多层建筑、小高层建筑到高层建筑乃至超高层建筑，尤其体现在现代化程度比较高的城市中，以高层建筑居多，特别是人口和建筑密集程度均比国外相类似的城市高，另外，中国现代化程度比较高的城市消防救援云梯通常在50～60m之间。在此背景下，防火分级需要根据高度进行细分，将可用建筑高度分两个等级的做法略显粗糙，因此在本等级划分中列出四个等级。

（1）保温材料的燃烧性能

目前外墙外保温系统所采用的保温材料可分为两类，一是不燃类，如岩棉；二是难燃或可燃类，如胶粉聚苯颗粒、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫。

（2）系统防火等级

根据中国建筑常用高度情况（多层建筑、小高层建筑到高层建筑乃至超高层建筑）以及目前中国的消防救援能力，将其划分为四个等级。

（3）适用建筑最高层数和高度

参照GB 50386－2005《住宅建筑规范》的规定，当建筑中有一层或若干层的层高超过3m时，应对这些层按其高度总和除以3m进行层数折算，余数不足1.5m时，多出部分不计入建筑层数；余数大于或等于1.5m时，多出部分按1层计算。

（4）系统构造的热释放速率峰值

采用锥型量热计进行试验，对于可燃类保温材料，热释放速率峰值的大小与防火保护层的厚度相关。表中所列出的界定值，是经过大量的试验得出的数据。当保护层厚度大于10mm且抗裂性能良好时，其值≤5kW/m²。

（5）火焰传播性

按BS8414－1:2002进行试验，水平线1距窗口顶部2.5m，水平线2距窗口顶部5.0m。

（6）防火隔断

依据现有试验数据并综合国外相关标准规范中的规定，可选择采用防火隔离带或防火分仓的构造方式即可。防火隔断应采取无空腔构造。

（7）空腔

依据试验结论。

（8）防火保护层厚度

根据竖炉试验和大型火灾模拟试验结果共同提出。

4 课题研究成果及技术水平

通过本课题研究得出如下五个结论性意见，对今后国内外保温系统的防火技术发展将起到一定的促进作用。该技术研究填补了国内在此方面研究的空白，虽然研究还需进一步深入，但对促进外墙外保温整体技术水平的提高具有重要的推动作用。对提高人民的生命和财产安全具有重要的现实意义。

4.1系统防火安全性应为外墙外保温技术应用的重要条件

当前外墙外保温墙体存在安全隐患已是不争的事实。本课题的多次防火试验很好的说明了当前外墙外保温系统，尤其是薄抹灰聚苯板系统存在的巨大火灾安全隐患。任何生产、生活、经营等活动都应将安全问题置于首位，在这样一个涉及人民生命财产安全的重大问题面前，我们必须实事求是的考虑如何提高外墙外保温的防火安全性，这是对社会、对行业的负责。

因此课题组认为外墙外保温防火安全性要求应该，也必须成为外墙外保温技术应用的重要条件。

4.2系统整体构造的防火性能是外保温防火安全的关键

有机保温材料的燃烧性能是影响系统防火安全性能的基本条件。对保温材料燃烧性能的要求是达到现有相关标准要求的技术指标，并满足正常施工过程的安全防火要求，而解决系统的整体构造防火安全性问题才更具现实意义。

4.3无空腔、防火隔断和防火保护面层是系统构造防火的三个关键要素

本课题的大量试验证实，通过外墙外保温构造措施的设计，完全可以解决有机保温材料高效保温和系统防火安全性难以兼顾的矛盾。构造包括：粘结或固定方式(有无空腔)、防火隔断(分仓或隔离带)的构造、防火保护面层及面层的厚度等。

本课题提出的外墙外保温构造的防火分级标准和建筑应用范围的初稿主要的依据是上述三个关键要素，核心是通过锥形量热器和窗口火试验来进行评价和分级。

4.4大尺寸窗口火试验是目前检验外保温系统构造防火性能的有效方法

外墙外保温防火测试方法的选择原则是应与真实火灾有较好的相关性。外墙外保温系统的墙角火试验和窗口火试验，能够涵盖包括防火隔断在内的外保温系统构造，可以观测试验火焰沿外保温系统的水平或垂直传播能力，试验状态能够充分反映外保温系统在实际火灾中的整体防火能力，能够对外保温系统工程的整体防火性能进行检验。从实际火灾对建筑物的攻击概率来看，大尺寸窗口火试验更具有普遍意义。

小模型火试验是依据外保温系统在实际火灾中的受火状态设计的，与大比例的墙角火或窗口火试验有着内在的对应关系。锥型量热计试验结果科学、客观地表征了外保温系统的对火反应特性，实用性强，可用于外保温工程的辅助常规检验。

4.5对外保温系统进行防火等级划分及规定适用建筑高度是提高防火安全性的有效途径

当前外保温系统形式多样，今后还将会出现更多的外墙外保温系统。具有操作性的方法是对多种外保温系统统一防火试验方法，然后予以评价，不同等级的外保温系统应遵守应用高度限制的规定。这是解决外保温防火安全性可行而有效的途径。

3.3.4完成大型窗口火试验两次；

窗口火试验的依据为BS 8414－1:2002《外部包覆系统的防火性能－第1部分：建筑外部的非承载包覆系统试验方法》。目的是模拟外墙外保温系统在窗口火状态下的受火状态，确定外墙外保温构造系统阻止火焰蔓延的能力，以及在火作用下构造系统中保温材料的破坏状态。

（1）根据课题组的试验计划，2007年2月2日进行了外墙外保温系统的第四次模型火试验。试验墙体的外保温系统为胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板涂料饰面系统。

试验时测得的环境温度为8℃，空气流速低于2 m/s。试验期间，主墙和副墙受火面无脱落及燃烧现象。试验过程中墙体表面出现少量火焰，但未见蔓延，试验后观察，发现受火部位的聚苯乙烯保温层只出现了熔化状态。

试验结论：试验过程中，胶粉聚苯颗粒贴砌聚苯板外墙外保温系统未引发火焰传播。见图7。

（2）根据课题组的试验计划，2007年5月29日在北京振利高新技术有限公司大兴生产基地厂区内进行了聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的第五次模型火试验。

试验时测得的环境温度为30℃，空气流速低于2 m/s。点火开始后6分50秒，火焰沿墙体表面的蔓延速度明显加剧并进而引发整个墙体的轰燃，约3分钟后，墙体表面的保温系统基本烧损。见图11。

试验结论：试验结果表明，聚苯板薄抹灰外墙外保温系统不能阻止试验状态的火焰传播。

图10贴砌聚苯板系统试验后状态       图11聚苯板薄抹灰系统试验后状态

3.3.5完成国外相关试验标准的翻译

为了方便课题组使用及同行业对国外标准的了解，特对所用的标准进行了中

文翻译。包括英国BS 8414－2002、美国UL 1040、EN13501、BRE135。

3.3.6完成课题科技查新

经过建设部科技信息研究所的科技查新发现，目前“国内检索范围中除本查新项目课题组成员发表的文章中涉及到了外墙外保温体系防火安全性能试验与评价方法外，未见其他报道”。而在国外检索出相关文献7篇，其中与本项目特点贴近的1篇题为“Fire performance of external thermal insulation for walls of multi-storey buildings”，该文做了多层建筑EPS外墙保温抹灰系统的有无设置防火隔离带及有无空腔的火灾试验并给出了设计原则，但未见有机保温材料表面是否有防火面层以及不同厚度的防火隔离层对外墙外保温系统防火性能影响的防火实验的报道。因此，在国外检索中未见与本项目特点完全相同的文献报道。

3.3.7完成了建筑保温防火试验研究的技术报告和试验报告

3.3.8完成外墙外保温系统防火等级划分及适用高度初稿

以本课题的大量试验数据为基础，考虑建筑防火安全因素，初步拟定了外墙外保温系统防火等级划分及适用高度，见表5。

表5   外墙外保温系统防火等级划分及适用高度

本课题现已完成立项报告的要求，特申请进行技术验收。

3.3课题研究内容和试验结果

  目前项目组已按计划完成了该项目的研究。

3.3.1完成两组外保温体系小型锥形量热计防火性试验研究；

锥型量热计试验采用ASTM E 1354《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》。试验目的是对比不同外墙外保温系统的火反应性能，包括点火性、热释放、烟和有毒气体产生等性能。

第一组：分别对带有薄抹面层的聚苯板、岩棉板、胶粉聚苯颗粒做了火反应性能试验。试验表明，胶粉聚苯颗粒试件不燃烧，保温层厚度无明显变化；岩棉板试件试验表明，试件不燃烧；而聚苯板在高温辐射下很快收缩、熔结，在明火状态下发生燃烧，也就是说在火灾发生（有明火或高温辐射）时，聚苯板外墙外保温系统将很快遭到破坏。可以看出聚苯板外墙外保温系统的防火性能最差。

第二组：以“轻质防火隔热浆料复合外保温系统”试件进行墙体的实际受火状态的模拟实验，保温材料包括聚氨酯、聚苯板、挤塑板三种类型，在保温材料面层批抹相同厚度的轻质防火隔热浆料，对比材料采用普通水泥砂浆。得到如下结论：轻质防火隔热浆料复合外保温系统与普通水泥砂浆的对火反应性能基本相同。

3.3.2完成不同外保温系统（模塑聚苯板、挤塑聚苯板、喷涂聚氨酯）不同厚度防火隔热保护层（10mm、20mm、30mm、40mm）时的竖炉对比试验研究；

课题组根据试验计划，2006年8月26日至2007年5月7日在中国建筑科学研究院建筑防火研究所试验室进行了五组外墙外保温系统的燃烧竖炉火试验，参照的是国标GB 8625–2005《建筑材料难燃性试验方法》。试验目的是为了检验外保温系统构造中保护层厚度对内侧可燃保温材料火焰传播性的影响程度，以及在受火条件下外保温系统防火保护层内可燃的保温材料的状态变化。

本试验得出如下结论：（1）保温层的烧损高度随保护层厚度的减少而增加，聚苯板薄抹灰的保温层全部烧损；聚氨酯薄抹灰的保护层烧损65％。当胶粉聚苯颗粒保护层在30mm以上时（抗裂层和饰面层厚度为