钢丝网架复合岩棉板外墙外保温体系研究

王公胜，匡 静，李德荣[甘肃省建筑科学研究院（集团）有限公司， 甘肃 兰州 730070]

随着我国建筑业飞速发展，外墙保温相关技术也在较短时间内得到了创新应用与发展，尤其是薄抹灰外保温体系历年来为国家相关技术标准和规程推荐技术并在建筑节能工程项目中应用广泛。然而，近年来发生的有保温材料参与的建筑火灾事件，使得工程项目更关注采用安全性高、耐久性好、耐热性强的不燃（A 级）保温材料。同时，我国需应用保温墙材的大部分地区因气候严寒寒冷、高地震活动和高烈度情况、30 层以上的高层建筑日益倍增、经济发展相对落后的复杂省情，针对各类地区建筑节能体系的特殊需求在不断增长，内容要求也在不断提升[1]。在寒冷气候区，建筑取暖的节能问题日益突出，建筑外保温体系产品须具有特别好的保温性，并且其耐火性能要强；针对高地震活动和高烈度设防情况，建筑外保温体系产品须保证安全，即在地震等地质灾害情况下保证建筑质量安全。对于类似甘肃省的 30 层以上高层建筑日益倍增多和社会经济发展水平较低的情况，建筑外保温体系产品须保证材料选取经济实惠、质量好、安全可靠及长久耐用[2]。目前，国内的保温建材大多无法同时满足以上需求，需要基于对建筑节能领域发展现状与问题的把握研发出满足要求的新型保温材料。

综上所述，对于现阶段外保温体系的发展情况，国内社会对其节能降耗、耐火防火以及耐用安全等性能的提升越来越高，为满足建筑领域节能发展，要不断加强保温产品的相关技术创新和研究突破，同时还要考虑地区经济水平、研发能力，在保证材料质量和成本的前提下，加快外保温产品的新型材料应用、新型工艺制造水平研究建设[3]。

1 钢丝网架复合岩棉外墙保温厚抹灰体系特点

1.1 产品防火与保温性能特点

当前综合防火、耐火性能评定标准和 JGJ 26-2018《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》为评判依据对外墙外保温材料进行研判，能够达到保温性能且 A 级燃烧性能的材料较少，部分无机保温材料的燃烧性能等级为 A级，但由于导热系数高，即保温性能差，其导热系数一般在 0.05～0.07 W/(m·K) 之间，且质量相对较重，一般为130～200 kg/m3，在受力变形后会出现断裂（韧性差），易造成损伤开裂，对于 30 层左右的高层建筑，不仅要考虑抗震性能，还需特别关注墙体材料的承重和负风压的影响作用。在其安全、耐久及质量可靠方面，还没有相关的应用经验和实践基础[2]。岩棉的导热系数相比发泡陶瓷、发泡水泥和泡沫玻璃等无机材料的导热系数较低，主要在0.040～0.045 W/(m·K) 区间内，自身重量也小；主要集中在 120～150 kg/m3区间内。且因近年来，岩棉生产工艺和物理力学性能的极大改进，从过去采用沉降法生产的不憎水岩棉发展到目前采用摆锤法生产的憎水性岩棉板，使之具有防火性能与结构同等级（耐火极限相同）、保温、隔热、隔声性好等优点[4]。

甘肃省建筑科学研究院（集团）有限公司（简称甘肃省建科院集团）在进行资料收集、文献查阅以及针对大量棉板产品的实验数据分析基础上，研究发现省内某企业生产的岩棉板，其导热系数的平均值为 0.036 7 W/(m·K)，标准值为0.038 7 W/(m·K)，具有良好的保温隔热性能；并且质量较轻，为 120 kg/m3。

结合甘肃目前的建筑节能设计情况，主要是对外墙外保温材料采用导热系数平均值进行设计。一般未给出标准值，其节能效果保证率仅为 50%，失效概率为 50%，即可能有 50% 设计结果达不到节能设计标准要求，风险较大。而如果用导热系数标准值进行设计，其节能效果保证率则为95%，失效概率为 5%，即仅有 5% 设计结果达不到节能设计标准要求，风险较小。

甘肃省建筑科学研究院（集团）有限公司和生产企业共同商定，其生产的岩棉保温板导热系数标准值定为0.04 W/(m·K)，故其保证率将＞95%，其失效概率＜5%，且质量达到 120 kg/m3，大大提高了采用上述岩棉保温板的节能效果，且自重较低。

1.2 安全耐久性能特点

根据 2019 年国家住建部批准发布的行业标准 JGJ/T 480-2019《岩棉薄抹灰外墙外保温工程技术标准》规定，上述薄抹灰外墙外保温体系设计使用年限为 25 a，与建筑物设计使用年限为 50 a 不同寿命。为克服此项缺点，甘肃省建筑科学研究院（集团）有限公司与本土岩棉产品生产企业共同研发一种其耐久性能与建筑物同寿命的钢丝网架复合岩棉保温板厚抹灰体系，使其设计使用年限从目前的 25 a 提高到 50 a。其耐久性达到 50 a 的主要依据如下。

（1）对采用非憎水岩棉保温厚抹灰体系的岩棉板的某两栋家属楼进行检测试验，其中家属楼使用年限为 30 a，以不同朝向、不同楼层高度的为试验对照变量，共抽取近 80 块岩棉保温板，开展对比试验。在试验数据的基础上，进行数据分析，得出相关结论：两栋楼的岩棉保温板导热系数的平均值皆为 0.041 W/(m·K)，标准值一栋楼为 0.043 W/(m·K)，另一栋楼为 0.044 W/(m·K)，极差很小。岩棉板重力平均值为一栋楼为 100.01 kg/m3，另一栋为 100.5 kg/m3；重力标准值一栋楼为 105.29 kg/m3，另一栋为 106.95 kg/m3，极差也很小。上述试验分析数据说明，尽管该两栋家属楼使用已近 30 a，采用钢丝网厚抹灰体系，不同朝向不同层高在太阳及雨水共同作用下以及春夏秋冬四季室外温湿度变化的影响下，该钢丝网厚抹灰体系都对岩棉板起到了保护作用，增强了外墙外保温的耐久性能。

（2）对采用钢丝网复合岩棉外墙外保温厚抹灰体系的某单位办公楼进行现场调查研究，该楼使用年限为 20 a，试验没有发现外保温层出现空鼓裂缝情况，但该办公楼山墙采用薄抹灰体系，表面都出现了严重的不规则裂缝。从上述对两个单位的建筑采用岩棉外墙外保温厚抹灰体系进行调查、检测分析可以说明，该体系具有较好的耐久性能。

（3）拟采用的钢丝网架复合岩棉保温外墙厚抹灰体系是在工厂预制成型，内外钢丝网架是采用斜插丝相互连接(直径 2～3 mm)，提高了岩棉保温板整体刚度和牢固性，使岩棉板在运输和施工过程中的整体牢固性能有极大的提高。

（4）由于在岩棉板面层增设了钢丝网架，可以减轻岩棉保温板表面抹灰层的收缩和温度应力，提高了抹灰面层的抗裂性能和耐久性。

（5）将岩棉板与钢丝网架复合后，可以使该体系采用厚抹灰抗裂砂浆或混凝土层面，从而提高了该体系的耐候及耐久性能。

（6）该体系用锚栓（粘锚结合体系）和锚筋（保温板与主体结构一体化施工体系）固定钢丝网复合岩棉板。通过保温体系装饰和面层以及保温层的自重、不同建筑高度负风压影响、不同地震活跃程度、不同地震烈度设防因素下产生的拉力进行计算，从而计算得到锚栓及锚筋数量。此外，在计算过程中，还需要考虑锚栓和锚筋的构造要求。基于上述计算，得到粘锚结合保温体系锚栓与主体结构一体化施工体系锚筋的数量和长度，提高了上述两种体系锚固的安全可靠性。

（7）考虑到目前甘肃省在大力推广《严寒和寒冷地区居住建筑节能 75% 设计标准》，比第三步 65% 节能指标保温层厚度和重量将有所增加，为此规定在外墙每层楼板标高处增设通长角钢托架的技术，以进一步提高钢丝网复合外墙外保温体系的安全和可靠性能。

基于上述 7 个方面的依据和相关试验，将钢丝网架复合岩棉外墙外保温体系的设计使用年限提高到 50 啊，即与建筑物耐久性同寿命。

2 体系优势

通过上述对钢丝网架复合岩棉外墙外保温体系的研究可以看出，该体系有如下几方面的创新优势。

（1）对本土岩棉产品生产企业生产的质量为 120 kg/m3的岩棉板进行了大量试验和数理统计分析，给出了岩棉保温导热系数标准值为 0.04 W/(m·K)，使其保证率达到了 95%以上，失效概率＜5%，大大提高了节能设计的可靠性。

（2）通过大量的调查和试验研究分析，本研究提升了钢丝网复合岩棉板外墙外保温产品的耐火性能、防火性能，并提升产品耐久性，保证其与建筑寿命相同，其设计年限增加 25 a，从而具有一定的社会经济效益。

（3）扩大该外墙保温体系的适用范围，即可在粘锚结合体系、自保温体系和保温板与主体结构同步一体化施工这3 种体系中应用。

3 各体系应用范围

3.1 粘锚结合体系

该体系适用于抗震设防烈度 8 度及 8 度以下地区、建筑物高度≤100 m 的各类新建、改建、扩建的民用建筑外墙外保温构造，也适用于其他工业建筑的外墙外保温构造。

3.2 自保温体系

该体系适用地震设防烈度 8 度及 8 度以下地区、建筑物高度≤24 m、结构形式为钢筋混凝土框架结构或钢结构的各类新建、改建和扩建民用与工业建筑外墙外围护自保温填充墙及内隔墙，且当作为内隔墙使用时不限制建筑高度。

3.3 一体化施工体系

该体系适用于抗震设防烈度 8 度及 8 度以下地区、建筑物高度≤100 m、结构形式为钢筋混凝土框架结构、框剪结构和剪力墙结构的各类新建、改建、扩建民用建筑和工业建筑外围护结构。

4 结 语

钢丝网架复合岩棉板外墙外保温厚抹灰体系是在建筑防火要求与建筑节能标准提升的基础上研发提出的，经过多次技术论证并投入大量资金和人力建成生产线，并配套编制技术标准、设计图集作为技术应用规范与指导。上述各项工作，使目前的岩棉外墙外保温体系上升了一个新的技术高度，为国家碳达峰规划实现、节能减排绿色发展及构建资源节约型、环境友好型社会做出了贡献，在经济、社会和环境效益方面均有重大贡献和深远影响。