保温用岩棉与矿渣棉

武允超

（安徽省水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000）

1 矿物棉概述

岩棉与矿渣棉同属矿物棉，矿物棉是无机纤维及其制品的总称，是将矿物原料采用熔制、喷吹、离心成纤等工艺成型的细棉状纤维，主要包含岩棉、玻璃棉、矿渣棉等。其技术起源于19 世纪的英美国家，20 世纪30 年代于国外形成产业，20 世纪50 年代进入我国。在80 年代之前，我国的矿物棉工业发展十分缓慢，伴随着我国的改革开放，国家加快对国外技术及设备的引进，矿物棉及其制品的质量及产量提升很快，在国内的使用也越来越普及，逐渐成为建筑、工业应用最为普遍的材料之一。

2 矿物棉的应用

在建筑行业，矿物棉制品中的玻璃棉主要应用于屋面保温及隔音等方面；岩棉主要应用于建筑屋面及外墙保温方面；矿渣棉主要应用于室内吸声隔音方面。国家标准《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014（2018 年版））规定，对于住宅建筑，与基层墙体和装饰层之间无空腔的保温系统，当建筑高度大于100m 时，应采用燃烧性能为A 级的保温材料。因此随着高层住宅的日益增多，岩棉做为一种不燃、质轻、低导热、耐腐蚀的保温材料，使用量越来越大，国家也相继出台了相关规范对岩棉的质量做出要求。而根据国家规范《建筑节能工程质量验收标准》（GB 50411—2019）规定，保温隔热材料进场复验的项目为密度、抗压强度、导热系数、燃烧性能。在这几个检测指标上，矿渣棉板和用于外墙保温的岩棉板的数值非常接近，而在价格上，矿渣棉板比岩棉板要便宜很多。由于工艺及技术所限，目前常规手段生产的矿渣棉存在种种缺陷，尚不适用于外墙保温，所以有部分不良企业为了经济利益，使用矿渣棉冒充岩棉以次充好，给工程留下安全隐患。下面，将从岩棉及矿渣棉的化学成分、生产工艺、物理性能等几个方面分别对两者的理化性能进行介绍，同时，也会介绍一些直观的方法进行二者的辨别。

3 矿渣棉与岩棉的性能及差异

3.1 化学成分

矿渣棉主要是由高炉渣、矿渣或其他冶炼余渣生产的。它的化学成分特点为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁的总含量大于90%，铁氧化物含量较小，硫含量在5%左右，因为硫的存在，在湿度大的环境中使用时与金属接触会有腐蚀作用。矿渣棉颜色一般为灰白色。

岩棉是以辉绿岩、白云石、玄武岩天然矿石等为主要原料生产的产品。辉绿岩、玄武岩的化学成分特点是二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁的总含量比高炉矿渣低10%，为80%，而铁氧化物，如氧化铁、氧化亚铁的含量是高炉矿渣的十余倍，由于三氧化二铁的染色作用，岩棉的颜色一般为灰绿色。

3.2 主流生产工艺

目前岩棉与矿渣棉所采用的主流生产工艺为离心法中的冲天炉法。冲天炉是由烟囱、加料口、热风管、炉缸、炉底门等部件组成，炉身设有冷却水以确保设备安全。具体工艺流程是将称量后的原料及燃料通过提升机由加料口加入冲天炉内，使混合物熔融后进入炉体，然后将空气预热，将其由设置于冲天炉周身的热风管送入冲天炉。熔融态混合物通过冲天炉底门进入三辊或四辊离心机甩制成纤维，同时添加部分粘合材料。这些纤维在风环中高压风的作用下喷吹到集棉机，在风压作用下，将纤维均匀地牵落在网带上，然后通过摆锤机进行布棉操作（摆锤法）制成原棉（喷胶棉），再将原棉送进固化炉固化，然后通过切割等一系列操作形成制品。

3.3 耐水性能

在岩棉和矿渣棉中，耐水性能指的是两者的组成矿物纤维的耐水解性能。耐水性能决定矿物棉在潮湿环境及易浸水环境下的耐久性。

矿渣棉中固相主要含有Ca[Al2Si2O8]（钙长石）、Ca3[Si3O9]（硅灰石）及2CaO·SiO2（硅酸二钙）。硅酸二钙在部分条件下可与水发生反应生成3CaO·2SiO2·3H2O（硅酸钙凝胶）和Ca（OH）2（氢氧化钙晶体），使矿渣棉在潮湿或与水接触的环境中耐久性下降。矿渣棉纤维会与水反应，所以耐水性较差，即使干燥后也不能回复性能，用在建筑外墙的话，容易出现因浸雨、雪水导致的保温层粉化破坏，致保温层及饰面层脱落。

由于生产的原料不同，岩棉中固相主要含有的Ca[Al2Si2O8]（钙长石）、Ca3[Si3O9]（硅灰石）及铝方柱石结晶均不具备与水反应硬化的特性，且岩棉中的硅酸二钙含量很少，在潮湿环境吸水后变化很小。因此，岩棉纤维近乎于不吸水，仅仅纤维之间的间隙会吸附少量水分，吸水再干燥后性能下降不明显，不会出现保温层粉化破坏。所以岩棉材料的耐水、耐潮湿性能较好，用于建筑外墙保温，质量有保障。

3.4 耐腐蚀性能

对于矿物棉而言，它的化学稳定性主要由酸度系数（以Mk表示）决定，酸度系数为样品中的二氧化硅与三氧化二铝的质量分数之和比上氧化钙和氧化镁的质量分数之和，即Mk=（wSiO2+wAl2O3）/（wCaO+wMgO）。在国家相关产品标准中岩棉制品的酸度系数均要求不小于1.6，而矿渣棉的酸度系数一般为1.2。由于氧化硅和三氧化二铝的化学性质较为稳定，而氧化钙与氧化镁则属于碱金属氧化物，较为活泼，一定条件下易发生反应，若酸度系数小，则说明氧化钙与氧化镁的含量较大，矿物棉的化学稳定性较差。

岩棉的原料玄武岩、辉绿岩的成分主要为二氧化硅与三氧化二铝，钙镁氧化物的含量很少，所以酸度系数较大。

矿渣棉的原料主要为炼钢生铁高炉渣、铸造生铁高炉渣等，其中氧化钙与氧化镁的总含量约为50%，且铁氧化物含量小，若要在矿渣棉成纤过程中除去氧化钙与氧化镁，则原料熔融体的粘度及温敏性会大大提高，导致难以成型质量稳定的纤维，且成本也会大大上升。因此原料及工艺、成本等方面的限制，矿渣棉中钙镁氧化物含量难以降低，导致矿渣棉酸度系数较小。所以在与腐蚀性液体接触时，岩棉惰性较高，很难因发生化学反应而导致纤维单丝断裂，因此耐腐蚀性能方面，岩棉要大大优于矿渣棉。所以酸度系数也是区分矿渣棉和岩棉的一个好方法。

3.5 保温性能

矿物棉的保温性能和纤维的粗细、长短、排布结构等指标有关。同种生产工艺下，纤维的指标决定了矿物棉的保温性能。以离心法为例，在离心机成纤过程中，岩棉的原料铁氧化物含量高，它的熔融体拥有稳定的成纤粘度与温度范围，有利于成纤过程的操作，制成的纤维较长。且岩棉原料酸度系数较大，CaO 含量低，制取的纤维也较细，因此成纤质量较高；矿渣棉原料中铁氧化物含量很低，若强行提高酸度系数，则其熔融物的稳定性很差，温度的小幅改变都会使熔融体的粘度变化很大，无法保证成纤质量，所以矿渣棉无法通过仅仅提高酸度系数来提高成纤质量。因此矿渣棉的纤维相对于岩棉来说较短、较脆，铺棉而成的制品导热系数也略高。

此外，矿物棉的保温性能还和渣球含量密不可分，渣球指的是矿物棉中大于一定粒径的非纤维物质，在生产中，它是矿物棉在成纤工艺过程中产生的有害成分，渣球含量高的话，纤维杂质就多，不仅不利于保温，也会导致矿物棉触感扎人，施工时多有不便，经常不能一个班组连续施工。以多辊离心法工艺为例，在离心机成纤过程中，熔融体瞬间离心成纤，余下未成纤部分成为渣球。而由于原料及工艺原因，矿渣棉渣球含量大于岩棉，一般情况下，岩棉的导热系数要略小于矿渣棉，保温性能更好。

3.6 耐高温性能

岩棉及矿渣棉均为符合国标《建筑材料及制品燃烧性能分级》（GB 8624—2012）中A 级的不燃材料，其中不燃性试验参照《建筑材料不燃性试验方法》（GB/T 5464—2010）。要求在750℃±10℃下，在不燃性试验炉内加热样品至温度平衡（即可燃成分已燃烧完毕），根据试验后样品的质量损失，炉内温升，持续燃烧时间指标做为燃烧性能的判定标准。

矿渣棉的原料为高炉矿渣，在其生产过程中，硅酸二钙含量较高，而硅酸二钙分为三种晶型——α、β、γ 型，其中γ 型在温度大于675℃时易因晶型转变而膨胀粉化。岩棉的硅酸二钙含量很小，它的主要矿物组成硅灰石-铝方柱石-钙长石的共熔点在1200℃以上。因此，在不燃性实验中，岩棉的质量损失比矿渣棉要小。

对于矿物棉的耐温性能，国标《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》（GB/T 11835—2016）中采用加热线收缩率来表示。加热线收缩率是指样品在一定温度下保持特定的时间后，其尺寸的收缩率。对于岩棉制品，国标（GB/T 11835-2016）规定为在650℃以下，持续24h，线收缩不大于4%；对于矿渣棉制品，为在450℃以下，持续24h，线收缩不大于4%。在不燃性实验中，因不燃炉平衡温度为750℃，所以试验后矿渣棉样品的尺寸收缩率也比岩棉样品要大，通过经验可粗略判断矿物棉的成分。同时也由此可以看出，岩棉的耐高温性能比矿渣棉要优秀。

4 结语

随着我国大力发展低碳经济，不断推进节能减排工作，矿物棉保温节能材料的市场会越来越广阔。目前我国高质量矿物棉的产能依旧较小且价格较高，因此在使用岩棉做为保温材料的工程中，不乏以矿渣棉冒充岩棉的现象，所以在使用中要注意辨别岩棉与矿渣棉的区别，在进场检测时最好增加酸度系数等检测指标进行区分，防止不合格材料进入市场。