外墙外保温不燃保温材料适应性分析

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公安部和住建部46号文和公安部65号文的相继出台,将不燃保温材料推到了市场的前沿。传统的有机保温材料具有质轻,保温系统相对成熟等优势。墙体保温在建筑围护结构保温中占主导地位,而外墙外保温系统在墙体保温中又占有主导地位。不燃保温材料基本为无机材料,相对有机保温材料,无机保温材料在外墙外保温系统中应用还处于起步阶段。尽管在材料应用上我们进行很多试点工作,但是无论技术文件(包括标准、规范、图集等)、试点工程的规模和需要检验的时间均未达到有机保温材料的水平。问题的严重性在于,模糊保温系统之间的差别,将适用于其它形式保温系统的方法简单地适用于外墙外保温系统;模糊有机材料与无机材料之间的差别,将适用于有机保温材料的薄抹灰外墙外保温系统简单的移植到无机保温材料中,致使无机保温材料在外墙外保温中应用出现了混乱的局面。本文将就外墙外保温系统系统的特点、不燃型保温材料的特点及其它们之间的适应性进行分析,以期说明不燃保温材料的应用考察的重点。
1.墙体保温系统的分类和特点
墙体保温有多种形式,各种保温形式对于保温材料的性能要求有很大的差距。因此在探讨保温材料的应用时,需要结合其形式差别,区别对待。
(1)形式一自保温墙体
自保温墙体是墙体本身既具有保温性能,有具有结构性能的一类方式。它不需要增加其他保温即可达到所需的传热系数要求。由于墙体的厚度较大,这类材料允许导热系数相对较大,但同时要求其具有一定的抗压强度要求。在框架结构的建筑中,自保温墙体形式应用比较广泛。
单一材料的自保温墙体主要有加气混凝土、泡沫混凝土、陶粒混凝土等。复合保温自保温墙体形式多样,包括夹心、空腔填充等制品形式。
(2)形式二外墙内保温
处于内墙的保温材料对防水性能和强度性能要求要低,因为分层施工,保温系统不需要承受累计应力,也无需承受风压作用,对防水性能要求也很低。因此石膏基的材料在内墙可以使用,而不会在外墙使用。(3)形式三中置保温(夹心保温)保温材料处于墙体中间。该保温系统将保温功能性与墙体的结构要求融于一体,对于系统的结构要求很高,而保温材料主要配合系统设计而变化。
(4)形式四外墙外保温
外墙外保温是墙体保温的主导形式,从使用要求上划分为幕墙保温和墙体保温两种形式。
幕墙保温由于受到面板的保护,保温无论在材料上还是在系统上的要求均低于墙体保温,特别是背通风封闭式幕墙,对保温材料的要求甚至低于内保温的要求,是典型的填充式保温。
外墙外保温(薄抹灰)是墙体保温的主导形式,由于保温材料仅依靠防护层和外饰层保护,要求材料具有一定强度、耐水性、耐久性、耐候性和冻融循环等诸多要求,是几种保温形式中要求最严格的。因此,各种保温材料有其保温方式的适应性,不可简单地将一种适用方式移植到另一种保温方式之中。
2.外墙外保温系统技术要求
总体上,外墙外保温系统的技术要求可以归结为如下几个方面。
(1)保温性能
外墙外保温系统是为外墙专门设置的建筑构造,要求导热系数低,以达到一定厚度有效保温的目的。表1显示了常见不燃保温材料的导热系数。对于严寒和寒冷地区,传热系数要求低,材料的导热系数更不宜过大,以免造成保温层厚度过大。
(2)物理强度性能
保温系统在自重、负风压、震动等综合作用下,保证系统稳定和安全。基于系统强度性能的综合体现的测试内容既包括系统各材料的强度(例如,对保温材料拉伸粘接强度,粘结剂与墙体、保温材料的粘接强度,抹面砂浆与保温材料的粘接强度),也包括系统综合性能的要求(如,抗风压性能、抗震性能)。这些强度是抗拉强度和压剪强度的综合。
衡量材料强度主要性能是垂直于表面的拉伸粘接强度,按照JGJ144规范的推延,强度性能应在0.1Mpa,且破坏在保温材料内部。
另一方面是要求保温材料应有一定的抗压强度,并保证系统上抗冲击性不低于3J。
(3)化学稳定性
由于保温系统中介质主要是水分,材料和系统化学稳定主要体现在耐水稳定性。化学稳定性是一个长期作用的结果。它与系统的耐久性密切相关。对于绝大多数材料在水分的作用下会发生水解作用,使得材料的强度逐渐降低,最后引起系统的破坏。图1是不同酸度系数材料的耐水性测试结果,酸度系数为2.0的材料较之酸度系数为1.0的高出将近4倍。
(4)冻融循环性能
水凝结成冰时,体积要膨胀。如果外保温系统内部含有过多的水分,冬季的夜晚,室外气温低于零度,水分结冰,体积膨胀;白天气温高于零度,冰又融化;夜晚再次结冰;这种冰和水变化过程中,体积膨胀收缩,循环往复,就可以造成系统松散,形成外保温系统的破坏。抵抗这种破坏能力称为抗冻融循环性能。
冻融循环对系统的破坏表现为脱皮、开裂、粉化、起泡、拱起等现象。
(5)含水率和水汽排出性能
系统中含水量高的直接后果是,第一,保温材料的导热系数随含水率的增加急剧下降;第二,含水率过高,创造了破坏材料化学稳定性的介质条件;第三,含水率越高,其冻融循环性能越差。
由于基础墙体混凝土本身含有水分,粘结砂浆和抹面砂浆也含有分水,加之系统可能漏水产生的水分,一定的含水率难以避免的,因此,要求系统和材料具有一定的水汽渗透性能,排出水汽,以减少水汽对系统和材料威胁的机会。
排湿性能性能就是所谓的透气性能,纤维制品表面的憎水性使得水分存贮在纤维之间,尽管表现出很大的吸水量,但是其排放速度也是很快的。因此,用于外墙外保温系统岩棉制品的标准在此方面做了很多的规定,包括短期吸水量、长期吸水量、质量吸水率和憎水率,即保证其在吸水和排水两个方面得到控制。带有抹面层和饰面层岩棉系统的湿流密度大于40g/(m2-d),该数值是EPS相同状态的两倍。相比之下,泡沫水泥的吸水量也很大,其最大的问题的,在水泥的毛细结构中水分是润湿的,其排湿速度要慢的很多。
(6)耐候性能
外保温系统要受到自然界阳光暴晒、风吹雨淋、寒来暑往温差等气候循环作用,外保温系统要有抵抗这些气候因素作用的能力,不能发生破坏并保持系统应有性能稳定,这种长期抵抗气候作用的能力就是耐候性和耐久性。耐候性考察了在急冷急热时产生的温差的应力对系统的破坏性,也考察紫外线作用下对材料的老化和黄变性能。
(7)防火性能
A级包括对于匀质材料和复合(夹芯)材料。目前说法的A级对于匀质材料,复合(夹芯)材料究竞能否用于外墙外保温系统还有待于进一步明确。
3.不燃保温材料外墙外保温系统适应性重点问题(1)导热系数
保温材料的基本原理是利用空气的导热系数低,将气体分隔在不能流动的固相的材料中。因此,质轻、地容重是保温材料的基本特性。
容重及其与强度矛盾问题。EPS薄抹灰容重是20kg/m2左右,而岩棉板、泡沫玻璃、泡沫陶瓷等薄抹灰容重一般在150kg/m2。容重增加意味着系统的剪切应力增加,对系统提出更高的要求。
(2)吸水性
有机保温材料是疏水性的,吸水率很低。而无机保温材料一般是亲水性的,只有经过憎水处理才能获得疏水性。高吸水率会产生很多不良的后果,首先,水分为材料分解提供了反应介质,对化学稳定性和耐久性产生严重后果:其次,吸水后的保温材料导热系数迅速上升:再次,吸水材料可能在冻融循环中暴露出很多问题;最后,潮气过大会引起结露、发霉、潮湿等众多问题。
(3)化学稳定性问题
有机材料在保温系统中降解速度很慢,因此关于其化学稳定性问题在标准和规范中均无此项指标。但是,无机材料在水分作用下方式水解反应会导致材料粉化。材料表面积越大,水解的速度越快。矿渣棉的碱土金属氧化物含量高,纤维的表面积很大,这样耐水性问题就很突出。

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