建筑外墙外保温系统是把保温层设置在建筑墙体外侧的一种建筑节能保温系统,目前新疆地区应用最为广泛的是以模塑聚苯乙烯板(EPS)、挤塑聚苯乙烯板(XPS)、改性聚氨酯板(PIR)和酚醛板(PF)等有机材料为保温层并外加防护层形成的建筑外墙薄抹灰保温系统。有机保温材料大多易燃可燃,发生火灾后会沿外墙迅速向上或横向蔓延,极易形成立体火灾,火灾扑救和人员疏散困难。本文利用室外大尺寸外墙窗口火实验装置,研究了有机外墙保温材料及系统的火蔓延行为。主要研究工作如下:(1)在窗口分别使用木垛火和汽油火两种火源引燃建筑外墙EPS裸板,研究点火方式对竖向火蔓延的影响。研究结果表明汽油火(纵火)对外墙的加热时间短,但会在火灾早期出现轰燃现象,不利于消防救援工作的开展,因此需要加强监督管理工作,杜绝此类火灾的发生;木垛火(标准火)发展速度缓慢,对外墙的加热时间长,EPS保温材料熔融更加充分。此外,在两种点火方式下,其外墙横向火蔓延的危险性均远远小于竖向火蔓延,副墙没有出现燃烧现象。(2)在窗口使用木垛火分别研究了在1.1 m/s的环境风和6.0m/s的正向机械送风条件下的建筑外墙火蔓延特点,分析了正向风对建筑外墙保温材料竖向火蔓延的影响。研究结果表明一定范围内提高正向风风速会加快燃烧速度,缩短主墙EPS保温材料的燃烧时间,同时正向风促进了火羽流和EPS保温材料之间的对流换热,致使其收缩熔融更为剧烈,进而加剧了主墙EPS保温材料的竖向火蔓延,增加了其火灾危险性。这对新疆等多风地区建筑外墙保温材料的使用提出了更高的要求。在实验的基础上,利用FDS数值模拟研究了更大风速范围(0m/s～15m/s)和不同风速方向下建筑外墙EPS保温材料的火蔓延规律。研究发现外墙EPS保温材料竖向火蔓延程度随着风速的增加呈现先增加后下降的趋势,后期的下降主要与冷空气对火羽流的冷却作用有关,同时EPS保温材料的竖向火蔓延程度随侧向风的变化速率小于正向风。(3)在窗口木垛火条件下分别研究了建筑外墙EPS在有薄抹灰防护层和无薄抹灰防护层下的火蔓延特点,分析了防护层对竖向火蔓延的影响。研究结果表明薄抹灰防护层可以显著延迟窗口上方EPS保温材料的初始熔融和燃烧时间,但是当薄抹灰防护层厚度较薄时,在木垛火和高温火羽流的作用下,薄抹灰防护层内部受热后容易逐渐形成空腔结构,导致EPS在主墙及副墙上均出现了剧烈燃烧,过火面积和燃烧强度大于无薄抹灰防护层时的场景,在一定程度上反而加大了火灾危险性。这对建筑外墙保温材料防护层厚度和防护层材料的选取等方面提出了更高的要求。(4)在窗口木垛火条件下分别研究了 EPS、PIR和PF三种有机保温材料在薄抹灰防护层下的火蔓延特点,对比分析了热塑性、热固性有机保温材料防火性能的差异性。研究结果表明PIR和PF在火灾条件下不会像EPS一样出现收缩熔融,而是在火焰加热作用下表面出现碳化,并形成碳化裂纹。其中PIR在碳化裂纹处出现了条状燃烧火焰,而PF在碳化裂纹处并没有出现燃烧火焰,并且主墙火焰高度仅为主墙墙体高度的一半,副墙并未出现燃烧现象。总体来说,PF保温系统比PIR保温系统整体的防火性能更为优越,EPS保温系统防火性能最差。因此,在建筑外墙使用热固性保温材料,对抑制各种条件作用下的建筑外墙火灾火蔓延具有重要的作用。