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无机岩棉外保温墙材迎来发展新机遇

发布日期:2021-08-09 06:26   来源:未知   阅读:

  香港特平五连肖。近年来,国家和地区对建筑节能高度关注,从建筑的二步节能、三步节能、四步节能到超低能耗、近零能耗,直至“双碳”目标的提出,我国建筑节能的理念与布局达到了前所未有的高度,对作为建筑节能重要组成部分的外墙外保温材料的性能、施工构造和技术体系等提出了更高要求。

  我国近年来外保温技术在逐渐发展过程中已形成了一些技术较为成熟的外墙外保温系统,其中薄抹灰外保温体系作为历年来国家外墙外保温产品标准和技术规程的主要推荐体系,在建筑节能工程中得到了最为广泛的应用。

  然而,近年的几起建筑大厦重大火灾,造成了严重的人员伤亡和财产损失,引起了社会各界对不燃(A级)保温材料的关注,采用安全、耐用、不燃的外墙外保温体系已成为具有重大意义的紧迫任务。住房和城乡建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《建筑设计防火规范》;甘肃省住房和城乡建设厅、甘肃省公安厅联合颁发了《关于规范我省建筑外墙保温材料燃烧性能的通知》,对不同类型、不同高度的各类建筑防火要求进行了严格的规定,增加了A级不燃保温材料应用范围,极大提高了建筑外墙外保温体系的耐火等级,以有效保障全国及甘肃省建筑节能健康发展,特别是高层和超高层建筑外墙外保温的发展。

  同时,甘肃省因其气候严寒寒冷干旱、地震烈度普遍较高、高层超高层建筑体量日增、经济水平相对落后的复杂省情,对于建筑节能也有着异于平常地区的特别需求。针对寒旱气候与节能要求,建筑外墙外保温产品必须兼具保温隔热与防火性能;针对高地震设防烈度,建筑外墙外保温产品必须在一般工况下及地震工况下均保证与主体可靠连接;针对高层超高层建筑体量日增和低经济发展水平,建筑外墙外保温产品最好能就地取材、安全性高、耐久性好。目前国内的保温建材大多无法同时满足以上需求,需要基于对甘肃省省情及建筑节能领域发展现状与问题的分析和把握提出满足要求的新型保温材料。

  因此,综合现阶段对外保温体系节能、防火与安全性能提出的多重要求来看,建筑节能领域亟需发展保温材料相关的技术创新与技术突破,建筑节能市场亟需兼具保温与安全性能的新材料、新工艺和新体系。

  防火性能与结构同等级、保温隔热性能优的保温材料。鉴于目前外墙外保温材料能够全面达到甘肃省地方标准:《严寒和寒冷地区居住建筑节能75%设计标准》和A级不燃材料较少,一些无机保温材料,虽然其燃烧性能可以达到A级,如泡沫玻璃、发泡水泥等,但其导热系数较大,一般在0.05W/m·k至0.07W/m·k之间,且质量相对较重,一般为130kg/m³至200kg/m³之间,由于其柔韧性较差,易造成损伤开裂,如在高烈度地震区高层建筑上应用,除应考虑抗震性能外,还需考虑其自重和不同高负风压的影响,其安全可靠性,目前尚无成熟的实践经验。目前在无机保温材料中,只有岩棉保温板导热系数相对较低,一般在0.04W/m·k至0.045W/m·k之间,质量也相对较轻,一般为120kg/m³至150kg/m³,且近年来,岩棉生产工艺和物理力学性能已有极大改进,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且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。

  甘肃省建筑科学研究院有限公司对本土企业生产的质量为120kg/m³岩棉板进行大量的试验和数理统计分析,得出其岩棉板的导热系数的平均值为0.0367W/m·k,标准值为0.0387W/m·k,具有良好的保温隔热性能。

  目前,建筑节能设计多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有限公司和生产企业共同商定,将其生产的质量为120kg/m³的岩棉保温板其导热系数标准值定为0.04W/m·k,因此其保证率将高于95%,其失效概率低于5%,大大提高了采用上述岩棉保温板的节能效果。

  耐久性能与建筑物同寿命的外墙外保温体系。鉴于目前住房和城乡建设部批准发布的国家行业标准《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年,与建筑物设计使用年限为50年不同寿命。为克服此项缺点,甘肃省建筑科学研究院有限公司与本土岩棉产品生产企业共同商定,研究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体系,使其设计使用年限从目前的25年提高到50年,耐久性达到50年的主要依据如下。

  一是对甘肃省建筑科学研究院有限公司已使用近30年的两栋家属楼采用的沉降法生产的非憎水岩棉保温体系的岩棉板,根据其不同朝向、不同楼层高度,共抽取近80块岩棉保温板进行检测试验,并进行数理统计分析。其结果为:两栋楼的岩棉保温板其导热系数的平均值皆为0.041W/m·k,标准值一栋楼为0.043W/m·k,另一栋楼为0.044W/m·k,极差很小。岩棉板容重平均值为一栋楼为100.01kg/m³,另一栋为100.5kg/m³;容重标准值一栋楼为105.29kg/m³,另一栋为106.95kg/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年,由于采用钢丝网体系,对不同朝向不同层高在太阳及雨水共同作用下及春夏秋冬四季室外温湿度变化的影响下,该钢丝网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。

  二是对甘肃省建筑设计研究院已使用近20年的办公楼,采用钢丝网复合岩棉外墙外保温体系进行现场调查,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。

  三是拟采用的钢丝网架复合岩棉保温外墙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2mm至3mm)。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。

  四是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。

  五是将岩棉板与钢丝网架复合后,可以使该体系采用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。

  六是该体系用锚栓(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,锚栓及锚筋数量计算,采用了保温体系装饰及面层和保温层自重、不同建筑高度负风压以及不同地震设防烈度共同作用下产生的拉力进行计算,同时还考虑了锚栓和锚筋的构造要求。给出了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。

  七是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。

  基于上述七大方面的依据和相关试验,故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年,即与建筑物耐久性同寿命。

  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,该体系有如下三大方面的优点和创新点。

  一是对本土企业生产的质量为120kg/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0.04W/m·k,使其保证率达到了95%以上,失效概率低于5%,大大提高了节能设计的可靠性。

  二是通过大量的调查和试验研究与分析,不仅使钢丝网复合岩棉板外墙外保温体系达到了其防火性能与结构耐火极限同等级且其耐久性达到了与建筑物同寿命,即其设计使用年限从目前的25年提高到50年,具有显著经济、社会和环境效益。

  三是扩大该体系的适用范围,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。

  关于粘锚结合体系,其主要适用于各类新建、改建、扩建的民用建筑外墙外保温,也适用于其他工业建筑的外墙外保温构造,在正常使用条件下,设计使用年限为50年;抗震设防烈度8度及8度以下地区;建筑物高度为100m及100m以下;适用于建筑的承重外墙和非承重外墙。

  关于自保温体系,其主要适用于各类新建、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;在正常使用条件下,设计使用年限为50年;地震设防烈度8度及8度以下地区;适用于建筑高度24m及24m以下的建筑。

  关于一体化施工体系,主要适用于各类新建、改建、扩建民用建筑和工业建筑外围护结构,在正常使用条件下,设计使用年限为50年;抗震设防烈度8度及8度以下地区;建筑物高度为100m及100m以下;适用于钢筋混凝土框架结构、框剪结构和剪力墙结构。

  钢丝网架复合岩棉板外墙外保温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,经过多次技术质询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。通过上述各项工作,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“双碳”目标的实现、节能减排绿色发展及构建资源节约型、环境友好型社会作出了贡献,具有显著的经济、社会和环境效益。


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