岩棉外墙外保温系统技术要求与应用研究

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近年来,外墙外保温系统的防火要求越来越受到重视。目前国内使用较多的保温材料为EPS板、XPS板、PU、聚苯颗粒保温砂浆等,均是防火B级(难燃)的材料,但一些高层建筑、以重质外墙面砖为饰面层的建筑以及宾馆等公共建筑,均对外墙外保温系统提出了更高的防火要求。
在欧洲,防火A级(不燃)的外保温材料以岩棉板(条)为主。对建筑防火要求最高的德国,规定高度22m以上的建筑必须使用防火A级的外保温系统,因此岩棉类外保温系统在德国的应用非常成熟。本文介绍岩棉类外保温系统的技术要求,同时就岩棉类外保温系统在国内使用的适用性方面提出一些看法。
1岩棉材料的技术要求
严格地说,在欧洲,以材料纤维排列方向的不同,有两种形式的岩棉类保温板,一种是纤维平行于墙面,姑且称之为岩棉板”另一种是纤维垂直于墙面,姑且称之为岩棉条”。后者在密度较低的情况下有较高的抗拉强度,可达前者的5~6倍。对两者的技术要求略有不同,见表1。
1.1抗拉强度
由于岩棉的抗拉强度是各向异性的,表1中的抗拉强度均指垂直于墙面方向,无论是岩棉板”还是岩棉条”。欧标EN13500岩棉类外墙外保温系统》将岩棉板”分为不同的强度等级,15kPa及7.5kPa,甚至还有5kPa等级。在德国,使用15kPa等级的较多,但2007年起德国外保温协会有可能允许使用7.5kPa强度级的岩棉板”,以与欧标靠拢。
1.2抗拉强度保留率
由于岩棉的吸湿率和吸水率较大,在潮湿状态下,岩棉的抗拉强度会大幅度衰退,影响外保温系统的安全性,故岩棉的抗拉强度除了上述常态强度要求外,还规定了潮湿状态下的强度保留率。测试方法按ETAG004第5.2.4.1.2。
方法一:将岩棉板(条)在(702)C和(955)%的气候调节箱内分别放置7d和28d,再在(23)C和(505)%的条件下放置至恒重后测试其抗拉强度,计算强度保留率。
方法二:将岩棉板(条)在由一个65℃水槽所蒸发的水蒸气中放置5d,然后将试件密封入塑料袋中,在(232)C下分别放置7d、28d,再去除塑料袋,在(23士2)C和(505)%的条件下放置至恒重后测试其抗拉强度,计算强度保留率。
1.3吸水量
吸水量一般用短时间、部分浸泡吸水量”法作评定,测试方法按欧洲标准EN1609,即将(200士)mm×
(200士)mm的试件部分浸入水中,浸水深度(102)mm,浸水时间24h,再在(232)C和(505)%的条件下干燥(100.5)min后测试试件重量,计算吸水量。
2岩棉类外墙外保温系统的固定方式外保温的固定方式主要有粘贴法(或同时辅以锚栓),或锚栓固定法(或同时辅以粘贴)。在德国一般规定,自重〉10kgm2(不含粘胶)的外保温系统在粘贴的同时应附加锚栓固定。
是否需要附加锚栓还与岩棉的抗拉强度有关,岩棉条”在密度较低的情况下可获得较高的抗拉强度,例如在密度为65.0kgm时,抗拉强度可达80kPa,而岩棉板”密度在150kgm~165kgm时,抗拉强度要达到15kPa都有点困难。欧洲标准EN13500中规定:岩棉条”可用纯粘贴的方式固定,岩棉板”则必须以粘贴附加锚栓的方式固定。保温厚度设计较厚时,岩棉条”外保温的自重常可达到10kgm2以上,故实际情况是岩棉条”外保温也经常采用粘贴附加锚栓的方式固定。
岩棉条”的纤维排列是垂直于墙面的,因此所用的锚栓锚盘直径应增大至14cm(常规的锚盘直径5cm~
6cm即可),胶粘剂的最低粘贴面积为40%,锚栓的用量为4~6个m2,高层建筑阳角等负风压较大的部位可酌情适当增加至6~10个m2。锚栓一般固定在岩棉板(条)上,也可固定在玻纤网防护层上。如果岩棉板”
的抗拉强度是7.5kPa等级的,建议锚栓固定在玻纤网防护层上这样更安全。
如果纯以锚栓固定的方法固定岩棉板,锚栓的数量应按负风压计算:
锚栓每平方米数量≥聚含社金雅金最方负风压负风压安全系数
另有一种(铝合金)型材固定法的方式,只适合于强度等级为15kPa的岩棉板”。此种方法同样可用于安装EPS板外保温系统,目前已由上海申得欧太阳城娱乐APP下载在中国申请专利。该种方式特别适用于有问题但没有条件作处理的老墙基面,国内目前使用还不普遍(参见笔者发表的型材固定法外墙外保温系统》一文)。3岩棉外保温系统及系统其他组成材料的技
术要求岩棉板本身的抗拉强度不足60kPa,要获得60kPa以上的拉伸粘结强度,其表面需经过特殊处理。
4采用陶瓷面砖饰面的技术问题
岩棉类外保温系统也可使用陶瓷面砖作为外饰面,其相关的特别要求有:
(1)应选用15kPa强度等级的岩棉板”,或采用岩棉条”较为合适。
(2)AR型耐碱玻纤网的耐碱断裂强力应提高至≥
1000N5cm。如采用中碱玻璃加耐碱涂敷处理的玻纤网,耐碱断裂强力应提高至≥1300N/5cm。
(3)锚栓必须锚固在带有玻纤网的增强防护层上。
(4)胶粘剂的最小粘贴面积应提高至≥50%。
(5)系统必须留抗裂分隔缝,一般为每隔6m连续长(高)度设计一条分隔缝,分隔缝必须做好防水密封处理。
(6)对瓷砖的重量、大小、厚度、吸水率等有限制,具体为:重量≤30kgm3,长度宽度≤300mm800mm或200mm400mm,厚度≤14mm,吸水率≤3%。
(7)必须采用薄层粘贴类面砖粘结剂粘贴陶瓷面砖,严禁使用水泥砂浆贴砖。面砖间必须留砖缝,并以吸水率小、收缩较小、柔性较好的勾缝剂勾嵌砖缝。
5岩棉类外保温系统在中国使用的问题岩棉类外保温系统在德国等欧洲国家使用比较普遍,且技术成熟,在中国应用需注意以下问题。
5.1国产岩棉质量
国内还没有岩棉条”生产切割工艺。国产岩棉板”
的技术性能较国外产品有很大差距,主要表现在抗拉强度及吸水率方面。据检测,容重达150kgm~180kgm的国产岩棉板”,抗拉强度均不足5kPa,而短时间、部分浸泡吸水量”却超过欧洲标准规定指标的10~20倍,是不适应外墙外保温要求的。从表观看,进口岩棉板”不但板材本身的结构较国内的板密实,抗撕拉能力强,其表面还经过增强、憎水的特殊处理,呈坚壳状。因此,国内岩棉厂家需加强与国外厂家的技术交流,调整、改进生产工艺,提高板材本身的性能,改善板材表面状态。
5.2中国气候带适应问题
由于岩棉具有高吸湿性和吸水性,在潮湿状态下强度会大幅下降,导热系数会大幅上升,加之外保温系统热工验算时一般不允许在内侧出现结露,否则必须验算在适当的气候条件下这些冷凝水能否通过水蒸气渗透的方式排走,因而岩棉类外保温系统对饰面层透汽性的要求较高。
欧标EN13500规定了岩棉类外保温系统的防护层及含饰面层在内的整个薄抹面层的透湿量均不得<
40g/(m2·d)。此项指标是基于欧洲在冬季采暖季节,室内相对湿度〈60%、室内外温差〈30K的假设气候条件,一般认为在该条件下满足该透湿量时不会在保温层内产生冷凝现象。而气候条件如果与此假设条件有差异,则需另外按照实际气候条件进行结露计算。中国的气候条件与欧洲有很大不同,各地域差异很大,并且同一地域夏、冬季的差异也很大。欧洲基本上不存在实质意义上的夏季,而我国很多地区都是既有夏季又有冬季,墙体的温度曲线和水蒸气压力曲线在夏、冬季是完全相反的。岩棉类外保温系统是否适用于我国各气候带,欧标关于外饰面材料的透汽性指标是否在中国各地区适用,这些都存有一定的疑问。有关科研院所有必要就这些区域的实际气候条件进行验算。由于规程所规定的各地的气候条件已经与近两年的实际情况有较大差异,建议对各地的极端气候条件进行验算。结露计算方面,我国的水蒸气压力曲线是以墙体结构各层材料的厚度为横坐标;欧洲的Glaser法”却是以各材料层的水蒸气渗透(当量)空气层厚度Sd值作为横坐标,计算方法为:Sd=uS(m)式中:-水蒸气渗透当量,指假设空气的水蒸气渗透阻为1时,该材料的水蒸气渗透阻是空气的多少倍;梦少旧,S一材料层厚度(m)。
结露区是指饱和蒸气压力曲线与实际水蒸气压力曲线的相交区,国内、国外两种方法的差异是:如果以材料层厚度为横坐标,因为外保温饰面层的厚度很小,也就几个毫米,甚至罩面涂料只有几个微米,相对于墙体及保温板的厚度,饰面层的厚度几乎在横坐标中可忽略不计,有可能导致结露区在曲线图中显示不出来。而如果恰好饰面层材料的水蒸气渗透阻非常大,例如采用非常致密的高弹涂料或釉面砖为外饰面时,其Sd值在横坐标中就有可能反而比保温层都大。图1为国内的水蒸气压力曲线图,在采用水蒸气渗透阻较大的饰面材料时,有可能反映不出结露区。图2为Glase法”水蒸气压力曲线图,在采用水蒸气渗透阻较大的饰面材料时,结露区出现。以上问题影响着岩棉类外保温系统在我国的推广使用,一方面岩棉厂家应尽快生产出适用于外墙外保温系统的岩棉板(条);另一方面,应对岩棉类外保温系统在各地区的适用性进行验算,并制订相应的适用于我国各气候带的相关指标,也可在一些代表性地域先进行一些小规模的试点建筑,积累工程实践经验,对安全性、墙体传热系数等进行跟踪考察。
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