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岩棉复合板研制及安全稳定性研究

发布时间:2019/8/9 13:03:59浏览量:

一、引   言

经过几十年来的持续发展,人们对建筑节能保温技术的要求也越来越高,一方面节能设计标准由节能50%,逐步提高到了75%,另一方面节能保温技术的结构安全、防火安全也都已成为建筑节能市场自我选择的重要决定因素。特别是GB50016《建筑设计防火规范》发布实施以来,保温隔热性能优异的有机保温材料因均为燃烧B1、B2 级材料,使用范围、使用形式均受到了极大的限制。同时,虽然无机保温材料为A级材料,可以很好地符合GB50016《建筑设计防火规范》的相关使用要求,但无机保温材料导热系数偏大,难以满足节能75%标准要求。那么,在节能75%标准和GB50016《建筑设计防火规范》双控的条件下,单一保温材料该怎么去选用?能不能为建筑节能市场提供一种安全可靠的复合材料?

二、岩棉复合板

本项目组充分考虑无机保温材料与有机保温材料各自的优势和不足,提出了无机/有机复合保温材料的技术思路,分别选取无机保温材料-岩棉和有机保温材料-硬泡聚氨酯(PUR) 这两种保温材料,采用合适的方式将二者进行复合,制成岩棉复合板。复合方式可采用粘结胶浆粘贴或聚氨酯直接发泡的方式进行。其基本构造见图1,工程应用时岩棉侧为外侧。

岩棉复合板 (2).jpg

图 1 岩棉复合板

因为岩棉板本身的抗拉强度较低,为了保证岩棉复合板具有较高的抗拉强度,我们选用了河北某公司产的纵丝岩棉带,其主要性能参数见表1。

表 1 岩棉带主要性能参数

岩棉带主要性能参数.jpg

硬泡聚氨酯( PUR) 保温材料我们选用的是山东某公司生产的外墙保温用硬泡聚氨酯,其主要性能参数见表2

表 2 硬泡聚氨酯主要性能参数

硬泡聚氨酯主要性能参数.jpg

无机/有机复合保温材料岩棉复合板的优点:自GB50016《建筑设计防火规范》发布实施以来,燃烧性能B1、B2级保温材料的使用受到诸多限制(建筑高度、构造形式、须配套耐火门窗等),极大的阻碍了有机类保温材料的使用。但是当满足GB50016《建筑设计防火规范》中第6.7.3条“当保温材料的燃烧性能为B1、B2级时,保温材料两侧的墙体应采用不燃材料且厚度不应小于50 mm”的规定时,有机保温材料的应用可不受建筑高度、设置防火隔离带和耐火门窗的限制。岩棉复合板可以通过控制岩棉保温层和聚氨酯保温层各自的厚度,来满足这一防火规范要求。同时,在节能标准日益提高的前提下,岩棉复合板可以扩大岩棉类无机保温材料在保温领域中的应用,这类无机保温材料导热系数偏大,单独应用需大幅增加保温层的厚度。但是,无论从经济适用性,还是使用安全性来说,保温层厚度是有限值要求的,无法靠一味增加保温层厚度的做法来解决这一问题。

以山东省工程建设标准 DB37/5026—2014《居住建筑节能设计标准》(节能75%)中外墙传热系数K限值0.45 W/(m2·K) 为判定依据,来分别计算当满足传热系数限值要求时保温材料的厚度取值。

表 3 保温材料厚度计算选用表

保温材料厚度计算选用表.jpg

从表3可以看出,单独使用岩棉时,岩棉厚度105 mm,传热系数K为0.440 W/(m2·K),而采用岩棉/聚氨酯复合板时,在满足GB50016《建筑设计防火规范》第6.7.3条规定的前提下,复合板的总厚度为80 mm,传热系数K就能达到0.417 W/(m2·K)。如果考虑一些现浇类外保温系统还需要在保温板外侧进行找平和抹面,从而降低岩棉/聚氨酯复合板中岩棉层的厚度进一步减少岩棉复合板的整体厚度,降低了材料成本,减轻了保温系统的自重,提高了工程质量的稳定性。

三、岩棉复合板的安全稳定性研究

实验用主要仪器设备:

(1)BH-NH 保温系统耐候性试验装置源自沈阳紫微机电设备有限公司。


(2)JW-Ⅱ型建筑热工温度热流巡回检测仪为北京东方奥达仪器设备有限公司生产。


(3)HG101-3A 鼓风干燥箱源自南京实验仪器厂。


(4)游标卡尺为上海量具刃具厂生产。


为了研究岩棉复合板在保温系统应用中的安全稳定性,我们设计了岩棉复合板现浇混凝土保温系统,其基本构造做法为:现浇混凝土墙体+岩棉复合板(岩棉带50 mm、聚氨酯25 mm)+10 mm厚胶粉聚苯颗粒浆料+5 mm抹面胶浆(内复合耐碱玻纤网)+饰面涂料。在实验室拟进行大型耐候性试验。耐候性试验模拟夏季墙面经高温日晒后突然降雨和冬季昼夜温差情况下的反复作用,是对大尺寸的保温系统墙体进行模拟自然气候条件下的加速老化试验,是检验和评价保温系统质量稳定性最重要的试验项目。耐候性试验与实际工程有着密切的相关性,能较为实际地反映保温工程耐候性能的优劣。根据法国 CSTB的试验,通过在严酷气候条件下经过了几年考验的保温系统实际性能变化与实验室耐候性试验的对比来看,为了确保保温系统在规定使用年限内的可靠性,耐候性试验是十分必要和可行的。


同时,为了研究整个保温系统在外界温度变化时各材料层的温度分布情况,我们在进行耐候性试验的同时进行了温度测点布置,测点位置如下:1#测点(基层混凝土墙体与聚氨酯板间),2 #测点(聚氨酯板中间),3#测点(岩棉带中间),4 #测点(聚苯颗粒浆料间),5#测点(抹面胶浆间),6#测点(试验装置内部空间)。温度巡回测试及耐候性试验墙见图2所示。

温度巡回测试及耐候性试验墙.jpg

图 2 温度巡回测试及耐候性试验墙

从图2和实际耐候性试验结果来看,经过耐候性试验的岩棉复合板现浇混凝土保温系统试验墙完好,未出现饰面层起泡、粉化,抹面层空鼓、脱落、开裂等破坏现象。这说明使用了岩棉复合板的保温系统是稳定可靠的,从而也证明了岩棉复合板是稳定可靠的。为了进一步验证岩棉复合板的稳定可靠性,我们分别选取了加热升温阶段、加热恒温阶段、喷淋降温阶段3组测点温度数据,见表4。

表 4 岩棉复合板保温系统在升降温阶段各材料温度测试结果

岩棉复合板保温系统在升降温阶段各材料温度测试结果.jpg

从表4数据可以看出,最外侧抹面胶浆层(,5#测点)直接面对外界温度(6#测点)的变化,在不同升降温阶段的变化是比较显著的,这也反过来要求抹面胶浆必须要具备优异的柔韧抗裂性能,这也是所有的保温系统标准均要求抹面胶浆的压折比必须≤3.0的缘由。而聚氨酯(2#测点)因其前面有岩棉和聚苯颗粒浆料,在不同升降温阶段温度变化相对均匀平缓,最高 40.6 ℃,最低35.8 ℃。岩棉(3#测点)的变化也相对比较平缓,最高51.3 ℃ ,最低,40.2 ℃。众所周知,对于岩棉和聚氨酯等有机类保温材料进行复合,无论是采用粘结胶浆粘贴还是采用聚氨酯直接发泡的复合方式,二者之间的粘结安全性是没有问题的。对这类有机/无机复合材料而言,最容易导致其不稳定、不安全的影响因素是面对外界温度变化,二者因各自材性特质会产生差异较大的尺寸变化差,二者无法实现同步形变,进而出现破坏。从表1和表2我们也可以看出同为70 ℃的测试条件,因岩棉是经高温烧结熔融而成,所以尺寸变化率较小,长度、宽度、厚度方向尺寸变化率分别为0.1%、0.1%、0.2%,而聚氨酯则分别为0.5%、0.4%、0.8%,二者相差比较悬殊,但为什么岩棉复合板现浇混凝土保温系统在严酷的耐候性试验中并没有因二者悬殊的形变差异而导致出现破坏现象呢?笔者以为,这主要是因为岩棉与聚氨酯复合后,因有岩棉保温层的保护作用,在面对外界温度变化时,聚氨酯一方面不会出现较高的温度,另一方面其温度变化速率也变得较为平缓。为了验证这种推断,我们在实验室对聚氨酯在不同温度下的尺寸稳定性进行了测试,测试数据见表5。

表 5 聚氨酯在不同温度条件下的尺寸稳定性

聚氨酯在不同温度条件下的尺寸稳定性.jpg

从表5中测试数据我们得出聚氨酯在50 ℃以下时,尺寸变化率是较小的,特别是在40℃左右时与岩棉的尺寸变化率相近。因此,综合耐候性试验结果、现浇体系各材料测点温度数据及聚氨酯在不同温度下的尺寸变化率测试数据,相互印证,岩棉复合板及其现浇体系均是安全稳定的,这也说明无机/有机复合保温材料这一技术思路是切实可行的。

四、结   语

( 1) 岩棉复合板可很好地融合有机保温材料与无机保温材料各自的优点,规避各自单一使用时的不利因素,符合 GB50016《建筑设计防火规范》的相关防火规定和建筑节能高标准的要求, 有较高市场推广应用价值。

( 2) 经耐候性试验、系统各材料层温度测试及尺寸稳定性测试,证明岩棉复合板及岩棉复合板现浇保温系统均是安全可靠的, 同时亦表明无机 /有机复合保温材料这一技术理念是可行的。


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