岩棉保温工程应用技术研究

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节约资源是我国的基本国策,建筑节能作为其中的重要内容,对这一基本国策的贯彻落实意义重大,外墙外保温更是重中之重。随着我国建筑节能标准的逐步提高,建筑外墙节能保温事业迅速发展。然而,2009年2月9日北京央视新址附属文化中心、2010年11月15日上海胶州路教师公寓、2011年2月3日沈阳皇朝万鑫大厦等相继发生火灾事故,这些事故都直接或间接地与外墙外保温技术和材料有关,建筑节能与消防安全之间的矛盾凸显出来,建筑外墙外保温技术和材料的应用引起了质疑。当前,对达到A级防火要求的保温材料研究还不够,而且市场上高性能防火保温材料种类有限。岩棉作为一种优质高效的保温材料,与传统的保温材料相比,岩棉及其制品具有导热系数低、不燃、无毒、适用范围广、化学物理性能稳定、使用周期长等突出优点。在国外,尤其是欧洲的建筑中大量使用岩棉制品作为保温材料,其生产及应用技术已比较成熟。针对天津实际要求,开展岩棉外保温系统应用技术的研究可有效推进A级防火要求的保温材料在建筑中的应用,从而提升天津市建筑墙体保温工程安全防火技术水平,提高建筑节能工程质量和使用寿命。
一、外墙外保温用岩棉的研究与选择(一)若棉与矿渣棉的区别和选择岩棉属于矿物棉的一种,是采用天然火成岩石(玄武岩、辉绿岩、安山岩等经高温熔融,用离心力、高压载能气体喷吹而制成的纤维,加入适量热固性树脂胶粘剂及憎水剂后,经压制、固化、切割制成的板状或带状制品。
矿渣棉的主要原料为高炉渣或其他治金炉渣,岩棉的主要原料则为玄武岩或辉绿岩。过去岩棉、矿渣棉主要用于建筑物的填充绝热、吸声、隔声、制氧机和冷库保冷及各种热力设备填充隔热等。
近年来,岩棉和矿渣棉开始较多地用于建筑外墙保温工程,但由于二者特性不同,是否都适用于外墙保温有待研究。笔者分析一下岩棉与矿渣棉的性能差异以及具体应用。
1.岩棉与矿渣棉化学成分及酸度系数的差别。
如表1所示,岩棉与矿渣棉的化学成分差异较大
从表1看出,岩棉的酸度系数一般大于1.6,甚至可高达2.0以上;矿渣棉的酸度系数一般只能保持在1.2左右。2.岩棉与矿渣棉性能的差异。
岩棉与矿渣棉化学成分及酸度系数的差别,导致它们在性能上也存在一定的差别。
(1D岩棉与矿渣棉耐水性的差别。
尽管岩棉与矿渣棉都属于硅酸盐Ca0-Al0,-SiO,物系中的产物,但由于它们化学成分上的差异,岩棉中很少存在2Ca0-Si02,从而使岩棉在水溶液的作用下,形成更少的水化硅酸盐和水化铝酸盐,使岩棉纤维在潮湿环境中的稳定性优于矿渣棉。岩棉与矿渣棉的pH值差别较大,岩棉的一般小于4,属耐水性特别稳定的矿物纤维;矿渣棉的一般大于5,甚至超过6,其耐水性只能是中等稳定或不稳定的。因此岩棉比矿渣棉耐水性好。
(2②岩棉与矿渣棉耐热度的差别。
矿渣棉纤维温度超过675℃时开始析晶,纤维收缩增粗,脆化结块,失去保温作用,并且碎裂粉化而解体,矿渣棉的使用温度不宜超过675℃;而岩棉没有这一变化,使用温度可高达800℃以上,其软化温度高达900℃-1000℃。因此岩棉比矿渣棉耐热度高。
(3)岩棉与矿渣棉耐腐蚀性的差别。
在生产矿渣棉时,高炉中部分Cas进入矿渣棉中,其含量在5%左右。当矿渣棉在湿度大的环境中使用时,其中的Cas与水发生反应,生成Ca(OHD,和HS。这两种反物质对矿渣棉的使用均会产生不良影响:一是Ca(OD,使水呈碱性,矿渣棉中的β-
2Ca0·Si0,在碱性水溶液的激发之下,更促使其水化反应的进行,使矿渣棉耐水性进一步降低;二是H2S气体可溶解于水生成氢硫酸,在与金属接触时将起腐蚀作用。岩棉一般以玄武岩或辉绿岩为原料,除在熔炼时由焦炭带入微量硫外,不存在更多的硫来源,对金属无腐蚀作用。因此岩棉比矿渣棉耐腐蚀性强。3.岩棉与矿渣棉的选择。
岩棉与矿渣棉存在一些差异,不能完全混为一谈。在岩棉外保温系统中,要选用岩棉而不是矿渣棉,且用于外墙外保温的岩棉不能采用《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》(GB/T19686-200)和《绝热用岩棉、矿渣棉及其制品》(GB/T 11835-200)的产品,必须使用达到《建筑外墙外保温用岩棉制品》(GB/T25975-2010标准的产品。(二)若棉外保温系统中若棉产品的选择
1.岩棉类别的选择。
岩棉根据生产工艺的不同,可分为沉降法岩棉、摆锤法岩棉和三维法岩棉。其中,沉降法岩棉不宜用于外墙外保温系统,而摆锤法岩棉和三维法岩棉可用于外墙外保温系统。
2.岩棉指标的提高与增加。
为了保证岩棉外保温系统的耐久性,在保证岩棉产品满足《建筑外墙外保温用岩棉制品》(GB/T
25975-2010)的基础上,笔者从岩棉的垂直于表面的抗拉强度、酸度系数等方面做了研究与分析,并根据天津市工程实际要求对有关指标进行了调整。
①垂直于表面的抗拉强度。
岩棉产品按垂直于表面的抗拉强度水平分级为带,TR80;板,TR15、TR10和TR7.5。由于TR7.5规格的岩棉板垂直于表面的抗拉强度指标较低,应用于外墙保温系统会给工程质量带来隐患,为保证天津市岩棉保温工程的安全性,不采用此规格岩棉板。在施工中宜优先选用抗拉强度水平较高的岩棉带。
②酸度系数。
酸度系数是岩棉纤维内在的因素,是衡量岩棉化学耐久性的重要指标,是岩棉最重要的技术指标之一。它影响外墙外保温用岩棉的很多重要性能,酸度系数越高,垂直于表面的抗拉强度越高,压缩强度也越高,外保温系统的耐久性就越高。在天津地区外墙外保温应选用酸度系数≥1.8的岩棉制品。)密度。
随着产品密度的增加,岩棉的纤维分布状况良好,机械强度会增强,抗拉强度随之提高,但高密变岩棉生产受工艺条件限制,且岩棉密度增大,会曾加保温系统的自重,影响系统安全性,也会增加工程建设成本。经考察并与岩棉生产厂家沟通,正常生产的合格产品,密度≥140千克/立方米的岩棉反垂直于表面的抗拉强度满足≥10千帕,密度≥
100千克/立方米的岩棉带垂直于表面的抗拉强度满足≥80千帕,故增加了密度的指标:岩棉板不小于140千克/立方米,岩棉带不小于100千克/立方米,在当前条件下明确岩棉制品的密度,可以为设计人员提供计算参数。


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