浅谈“岩棉外保温建筑构造图集”的编写

2014-12-02罗天祥宋旭辉康小军程艳李玉玺吴

中国建材科技 2014年3期

罗天祥宋旭辉康小军程艳李玉玺吴岩

（1甘肃省建材科研设计院，甘肃兰州 730020；2甘肃省节能墙体屋面材料重点实验室，甘肃兰州 730020；3甘肃省建筑材料资源综合利用工程技术研究中心，甘肃兰州 730020；4兰州铀浓缩有限公司，甘肃兰州 730065)

外墙外保温是一种把保温层放置在主体墙材外面的保温做法，因其可以减轻冷桥的影响，同时保护主体墙材不受太大的温度变形应力，是目前应用最广泛的保温做法，也是国家大力倡导的保温做法。

目前，我国外墙保温材料应用最多的是模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)、聚氨酯泡沫塑料(PU)等。这些保温材料具有导热系数小、隔热性能好的优点，但这些保温材料(如EPS、XPS等)防火性能差，当动火作业且保护不当或因外部火焰易被引燃，一旦保温材料引燃后，火焰会迅速蔓延，从而引发火灾事故，造成生命财产巨大损失，并引起一定的社会恐慌和环境污染。因此，防火性能好、保温性能出色的材料更能赢得市场的认可。

岩棉是以优质玄武岩或辉绿岩为主要原料，经高温熔融，用离心等方法制成纤维，并施加雾化的酚醛树脂粘结剂及憎水剂等，形成均匀棉毡，再经固化、压制、切割等工序制成的矿物棉硬质制品[1]。岩棉是一种优质高效的保温材料，它具有不燃(燃烧性能为A级)、耐高温(熔点高于1000℃)、遇火情况下无毒无烟、良好的保温性能(导热系数≤0.040 W/m·K)、透汽、化学性能稳定等突出优点，是国内公认的理想保温材料。

随着人们对建筑物防火要求的逐步提高，岩棉外保温系统由于其良好的保温和防火性能，开始推广应用。但是没有一部可以完全适用于设计人员的标准图集，使得岩棉外保温系统在建筑设计和建造中的应用被极大的限制，在很多建筑中由于无标准和规范的参照，设计人员无基本设计参数。同时由于缺乏相关的标准规范对其进行指导和说明，导致了施工方法不规范，缺乏施工过程的必要质量控制致使技术、材料的质量性能不符合要求。从而给工程质量留下了很大的隐患。“岩棉外保温建筑构造图集”就是在这个基础之上结合严寒和寒冷地区的气候特点以及抗震要求进行编制。

1 岩棉板的性能要求

根据目前的生产工艺，岩棉板可分为沉降法岩棉板、摆锤法岩棉板和三维法岩棉板。

1)沉降法生产岩棉板是将各类天然岩石通过高温熔化成液体后再经过离心机吹制成岩棉纤维，然后在沉降室的输送带上堆积，当岩棉纤维达到一定厚度以后，经过加压辊进入固化炉与适量粘结剂、防尘剂、憎水剂等添加剂混合生成岩棉板，沉降法岩棉的纤维为平面分布，密度和粘结剂的均匀性较差，影响板的抗压性能和层间结合强度。

2)摆锤法生产岩棉板是在沉降法的基础上，通过改进收棉方法，先由捕集带收集较薄的岩棉纤维层，经摆锤的逐层叠铺压实，达到一定的层数和厚度，再由加压辊进行压制，进入固化炉固化，再经冷却、切割、包装等工序制成成品。通过摆锤法生产出来的岩棉板由于改善了棉层及所含的粘结剂的均匀程度，并且由于棉层叠铺时产生的斜度，纤维呈部分竖向分布，因而抗压强度和层间结合强度得到提高。

3)三维法生产岩棉板是把摆锤法叠铺形成的未固化岩棉纤维层，通过机械方法改变岩棉纤维层的分布方向，使岩棉纤维层均匀分布，从而形成高强度的三维岩棉产品。三维法岩棉的纤维呈三维分布，抗压强度高，不易分层和剥离。因此不论在抗压强度还是在抗剥离强度上都远远优于其它生产工艺生产出来的产品。

表1 岩棉板的主要性能指标[3]

表2 岩棉外保温系统各材料界面粘结强度的最低要求

在民用建筑中，特别是在高层民用建筑中，采用岩棉板作为保温材料时，应该选用压缩强度和抗剥离强度均比较大、吸水性比较小的岩棉板[2]。因此，本图集选用三维法岩棉板。

本图集要求岩棉板的性能指标应符合表1的规定，其他指标应符合GB/T 25975-2010《建筑外墙外保温用岩棉制品》的要求。

本图集对岩棉的酸度系数要求较高(≥1.8)，目前我国的多数岩棉生产企业所生产的岩棉的酸度系数都在1.6左右，而国外用于外墙外保温的岩棉酸度系数一般在1.8以上。岩棉的耐水性随着酸度系数的增大而提高；体积收缩率随酸度系数增大而迅速下降[4]。因此酸度系数高的岩棉产品，具有更好的耐水性和尺寸稳定性，更适用作外墙保温材料。故本图集对岩棉的酸度系数做出了较高的要求(≥ 1.8)。

岩棉板随着其表观密度的不同，其力学性能差异较大，然而GB/T 25975-2010《建筑外墙外保温用岩棉制品》中却对表观密度没有要求。为了保证岩棉板的性能满足外保温技术的要求，防止质量参差不齐的产品进入岩棉外保温系统，本图集对岩棉板的密度有严格的要求，要求表观密度必须大于150kg/m3。

2 岩棉外保温系统安全性分析

根据DBJT25-135-2012《岩棉外保温建筑构造》对岩棉外保温系统组成材料及各材料界面粘结强度的最低要求(见表2)。

由表2可知，岩棉外保温系统抗拉强度最薄弱的环节是胶粘剂、抹面砂浆与岩棉板之间的界面，强度均为0.015 MPa(15kPa)。

查GB50009-2001《建筑结构荷载规范》，甘肃省武威市100年一遇的基本风压为0.65kPa(为甘肃省各个地区100年一遇的基本风压最大值)，重要高耸建筑调整系数取1.2，W0=0.65×1.2=0.78 kPa。

地面粗糙度按C类计算，计算公式：Wk=1.5βgzμsμzW0

式中1.5：为考虑高楼林立所产生的风压增大系数(穿堂风)。

βgz：高度Z处的阵风系数

μs：风荷载体形系数墙面为-1.0、墙角(阳角)为-1.8

μz：风压高度变化系数

这样算得武威地区高层建筑负风压及抗负风压安全系数如表3。

由表3可以看出，当岩棉板与基层的有效粘贴面积采用全面积粘贴法时，100m高度建筑物阳角的抗风压安全系数只有2.6，富余不多。目前已有的岩棉外保温系统采用点框结合法，岩棉板与基层有效粘贴面积仅为50%。按照这种做法的话100m高度建筑物阳角的抗风压安全系数只有1.3，无法满足安全要求(抗风压安全系数＞1.5)。因此本图集要求岩棉板与基层的有效粘贴面积采用全面积粘贴法，同时要求附加锚栓，以防止胶粘剂在未达到一定强度之前保温板受风压影响与墙面脱离。

3 岩棉外保温系统构造

岩棉外保温系统是由岩棉板保温层、抹面层、固定材料(胶粘剂、锚固件等)和饰面层构成，并固定在基层墙体上的非承重保温构造层〔3〕。

表3 武威地区高层建筑负风压及抗负风压安全系数

目前国内的岩棉外保温系统以涂料饰面层为主，适用于夏热冬冷地区。本图集结合甘肃省严寒和寒冷地区的气候特点以及抗震要求，对以涂料为饰面层的岩棉外保温系统进行安全性分析和改进以适应甘肃省的气候特点以及抗震要求。在此基础上又新增了饰面砖饰面和幕墙饰面两种外保温系统，并对他们的使用也作了详细的描述。为岩棉大规模推广和应用起到积极的促进作用。

本图集外保温系统包括三种：①以涂料为饰面层的外保温系统；②以饰面砖为饰面层的外保温系统；③以幕墙为饰面层的外保温系统。

3.1 以涂料为饰面层的外保温系统

保温构造如图1所示〔3〕。由内到外为：基层、粘接层、岩棉保温板、抹面砂浆层、抗裂砂浆复合耐碱网布、弹性底涂柔性腻子、外墙涂料。

图1 以涂料为饰面层的外保温系统构造

3.2 以饰面砖为饰面层的外保温系统

保温构造如图2所示〔3〕。由内到外为：基层、粘接层、岩棉保温板、抹面砂浆层、抗裂砂浆复合耐碱网布、热镀锌电焊网、抗裂砂浆、面砖粘接砂浆、面砖。

图2 以饰面砖为饰面层的外保温系统构造

3.3 以幕墙为饰面层的外保温系统

保温构造如图3所示〔3〕。由内到外为：基层、粘接层、岩棉保温板、抹面砂浆层、抗裂砂浆复合耐碱网布、龙骨、幕墙。

图3 以幕墙为饰面层的外保温系统构造

4 构造设计特点

本图集在构造设计方面与目前已有的岩棉外保温系统的不同之处在于：

1)考虑到工程实际应用的需要，本图集新增了饰面砖饰面和幕墙饰面两种外保温系统，以促进岩棉的推广和应用。

2)本图集岩棉板与基层墙体采用粘结、钉结合工艺，岩棉板与基层的有效粘贴面积采用全面积粘贴法。目前已有的岩棉外保温系统采用点框结合法。有效粘贴面积为50%。本图集的做法可以更加保证保温板与基层墙体的粘接力。

3)岩棉粘贴24h后方能钻孔安装锚栓。位于建筑高度20m以下锚栓的用量不应小于7个/m2，位于建筑高度在20米以上，不少于9个/ m2。本图集锚栓的数量比目前已有的岩棉外保温系统多，锚固更牢固。

4)锚栓进入主体墙内深度≥60mm，锚栓的圆盘直径为≥140 mm，用在空心砖墙体时应采用有回拧打结功能的锚栓。锚栓进入主体墙内深度比目前已有的岩棉外保温系统要深，圆盘直径比目前已有的岩棉外保温系统用的要大。目前已有的岩棉外保温系统锚固深度为≥40 mm，锚栓的圆盘直径为≥80 mm。考虑到甘肃省的气候特点和抗震要求本图集的做法更加牢固、安全。

5)为改善岩棉板表面与基层的粘结性能，施工前在岩棉板两面涂刷防水型界面剂。目前已有岩棉外保温系统多不采用防水型界面剂，其岩棉板表面与基层的粘结性能较弱。

6)与涂料饰面层相比，饰面砖作为饰面层的外墙外保温系统的安全问题主要是自重。以涂料为饰面层的外墙外保温系统自重一般不会超过10kg/m2，而饰面砖作为饰面层的外墙外保温系统自重可达到50 kg/m2以上，甚至80 kg/m2，为涂料系统的5～8倍。由于饰面砖自重大容易下坠，普通的外保温做法无法解决饰面砖的下坠问题。本图集的抹面砂浆层中在抗裂砂浆复合耐碱网格布的基础上再加一层热镀锌电焊网，大大增强了抹面砂浆层与饰面砖的粘接性能。但是由于累积作用的影响，该保温系统不适用于过高的建筑。本图集要求该保温系统用于距地高度不超过3m的建筑物。

5 针对现有岩棉外保温系统存在问题而采取的解决措施

5.1 提高岩棉板粘接性能的措施

在施工前在岩棉板两面需要涂刷防水型界面剂。采用防水型界面剂对岩棉板面层进行处理不仅可防止岩棉板面层的细小纤维到处飞扬，还可增强岩棉板的防水性，阻断岩棉板从找平层吸水的路径，保证了找平层材料不会因过快失水而开裂，并且有利于提高找平材料与岩棉板表面的粘结力，从而保证整个系统的稳定性。

5.2 防止和消除保护层和饰面层出现裂缝的措施

保护层和饰面层出现裂缝主要有如下几种原因：①保护层和饰面层收缩变形较大，导致产生裂缝；②由于门窗洞口处应力集中，导致保护层和饰面层出现裂缝。

针对上述产生裂缝的两种主要原因，本图集采取以下防裂措施：

1)采用粘结强度较高、收缩变形小且具有一定弹性的抗裂砂浆同时将耐碱玻纤网布作为增强材料埋入抗裂砂浆中，用以提高抹面层的抗裂性。

2)将保护层进行分块留缝并做好嵌缝防水处理，在门窗洞口周边进行大面玻纤网布加强之前，采用45°斜向玻纤网布进行加强，并将斜向加强网布埋入抹面砂浆中固定，以便减少收缩和温度应力。

5.3 减小变形和应力影响的措施

岩棉外保温系统一般可能产生以下两种变形：①收缩变形，由于非周期性的室外空气影响，保护层材料硬化后产生收缩变形；②温差变形，室外温度、表面吸湿系数、风速等是影响温差变形的主要因素。

岩棉外保温系统应力的影响分三个阶段：粉刷施工后24小时左右，材料弹性比较大，应力不大；几个月左右，变形大，收缩严重；在使用阶段，几年后，应力相对比较稳定。

考虑到上述情况的产生，外保温工程施工期间以及完工24小时内，基层及环境空气温度不应低于5℃。夏季应避免阳光暴晒，岩棉板安装上墙后应及时做抹面找平层。5级以上大风天气及雨天不得施工，雨期施工应做好防雨措施。冬季施工应按相关标准要求采取防冻措施。

5.4 降低饰面砖缝隙开裂问题的措施

由于饰面砖的刚性远大于涂料饰面，与系统防护层所要求的柔性相抵触，较之于直接在刚性墙面上粘贴饰面砖，或较之于涂料饰面外墙外保温系统，这种柔性基底-刚性面层结构所造成的系统的变形更大，饰面砖与防护层之间产生更大的温湿剪切应力，从而导致饰面砖缝隙的开裂。本图集抹面砂浆层中在抗裂砂浆复合耐碱网格布的基础上再加一层热镀锌电焊网，有效降低了系统的变形。同时为了进一步降低饰面砖缝隙开裂的可能与程度，设置了伸缩缝，伸缩缝的间距为3～6m。最大连续墙面的面积不大于36m2。