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岩棉复合板研制及安全稳定性研究

一、导言

岩棉复合板
经过几十年的不断发展,人们对建筑节能和保温技术的要求也越来越高。一方面,节能设计标准已从50%逐步提高到75%。另一方面,节能保温技术的结构安全和消防安全也成为建筑节能市场自主选择的重要决定因素特别是自GB50016《建筑防火设计规范》颁布实施以来,由于有机保温材料均为燃烧B1级和B2级材料,因此具有优异保温性能的有机保温材料在使用范围和形式上受到很大限制。同时,无机保温材料虽然是甲级材料,能够很好的满足GB50016《建筑防火设计规范》的相关应用要求,但是无机保温材料的导热系数太大,不能满足75%节能的标准要求。那么,在75%节能标准和GB50016《建筑防火设计规范》双重控制的情况下,如何选择单一的保温材料呢?它能为建筑节能市场提供一种安全可靠的复合材料吗?


二、岩棉复合板


项目组充分考虑了无机保温材料和有机保温材料各自的优缺点,提出了无机/有机复合保温材料的技术思路。分别选择无机保温材料——岩棉和有机保温材料——硬质泡沫聚氨酯(PUR)两种保温材料,将两种材料以适当的方式组合,制成岩棉复合板。该复合方法可以通过粘结粘合剂或直接发泡聚氨酯来进行。基本结构如图1所示。在工程应用中,岩棉侧是外侧。图1岩棉复合板

由于岩棉板本身的抗拉强度较低,为了保证岩棉复合板具有较高的抗拉强度,我们选择了河北省某公司生产的纵向钢丝岩棉带,其主要性能参数见表1。表1岩棉带主要性能参数

硬质泡沫聚氨酯保温材料我们选择了山东某公司生产的硬质泡沫聚氨酯作为外墙保温材料。主要性能参数如表2所示

表2硬质泡沫聚氨酯的主要性能参数

无机/有机复合保温材料岩棉复合板的优点:自GB50016《建筑防火设计规范》颁布实施以来,具有燃烧性能的B1和B2保温材料的使用受到多种因素(建筑高度、结构形式、耐火门窗等)的限制。),这极大地阻碍了有机隔热材料的使用。但是,当满足GB50016《建筑防火设计规范》第6.7.3条的规定时,“当保温材料的燃烧性能为B1或B2时,保温材料两侧的墙体应采用不燃材料,厚度不得小于50毫米”,有机保温材料的应用不受建筑高度、防火屏障的设置和耐火门窗的限制。"通过分别控制岩棉保温层和聚氨酯保温层的厚度,岩棉复合板可以满足本防火规范的要求。同时,在提高节能标准的前提下,岩棉复合板可以扩大岩棉无机保温材料在保温领域的应用。这种无机保温材料的导热系数太大,单次使用需要大幅度增加保温层厚度。然而,绝缘层的厚度在经济适用性和使用安全性方面受到限制,并且这个问题不能通过盲目增加绝缘层的厚度来解决。保温材料满足传热系数限值要求时的厚度值分别根据山东省工程建设标准db37/5026-2014《住宅建筑节能设计标准》(节能75%)中外墙传热系数k限值0.45 w/(m2·k)的确定依据进行计算表3绝缘材料厚度计算选择表

从表3可以看出,当单独使用岩棉时,岩棉厚度为105毫米,并且传热系数K为0.440瓦/(平方米·克)。使用岩棉/聚氨酯复合板时,复合板总厚度为80 mm,在满足《建筑防火设计规范》第6.7.3条规定的前提下,传热系数K可达0.417 W/(m2·K)如果考虑到一些现浇外保温系统也需要在保温板外侧找平和抹灰,从而减小岩棉/聚氨酯复合板中岩棉层的厚度,进一步减小岩棉复合板的整体厚度,降低材料成本,降低保温系统的自重,提高工程质量的稳定性三、岩棉复合板安全稳定性研究


主要实验仪器设备:

(1)BH-NH绝缘系统耐候性试验装置源于沈阳魏紫机电设备有限公司(2) JW二号楼热温热流巡检仪由北京东方太田仪器设备有限公司生产(3)来源于南京实验仪器厂的HG 101-3A鼓风干燥箱(4)游标卡尺由上海量具刀具厂制造为了研究岩棉复合板在保温系统应用中的安全性和稳定性,我们设计了岩棉复合板现浇混凝土保温系统。基本施工方法是:现浇混凝土墙+岩棉复合板(岩棉带50 mm,聚氨酯25 mm)+10 mm厚胶粉聚苯颗粒浆+5 mm抹灰砂浆(内复合耐碱玻璃纤维网)+饰面涂料实验室计划进行大规模风化试验。耐候性试验模拟墙体在夏季暴露于高温和阳光后,冬季突然降雨和昼夜温差的反复作用。它是模拟自然气候条件下大型保温系统墙体的加速老化试验,是检测和评价保温系统质量稳定性的最重要的试验项目。耐候性试验与实际工程密切相关,能更真实地反映保温工程的耐候性。根据法国CSTB的试验,通过比较在恶劣天气条件下测试了几年的绝缘系统的实际性能变化和实验室的耐候性试验,为了保证绝缘系统在规定的使用寿命内的可靠性,耐候性试验是非常必要和可行的。同时,为了研究外部温度变化时整个保温系统各材料层的温度分布,我们在进行耐候性试验的同时进行了测温点布置。测点位置如下:1#测点(在基层混凝土墙和聚氨酯板之间)、2 #测点(在聚氨酯板中间)、3#测点(在岩棉带中间)、4 #测点(在聚苯乙烯颗粒浆中)、5#测点(在石膏浆中)和6#测点(在试验装置内部空间)温度巡回试验和耐候性试验墙见图2图2温度巡回测试和耐候性测试墙

从图2和实际耐候性试验结果来看,耐候性试验后的岩棉复合板现浇混凝土保温系统试验墙状况良好,饰面层无起泡、粉化、空鼓、脱落、开裂等破损现象。这说明岩棉复合板保温系统稳定可靠,也证明岩棉复合板稳定可靠。为了进一步验证岩棉复合板的稳定性和可靠性,我们分别选取了加热升温阶段、加热恒温阶段和喷淋冷却阶段三组测点的温度数据,如表4所示。表4岩棉复合板保温系统各种材料在上升和下降阶段的温度试验结果

从表4中的数据可以看出,最外面的抹灰砂浆层(,5#测点)直接面对外部温度的变化(6#测点),并且不同升温和降温阶段的变化相对显著,这反过来要求抹灰砂浆必须具有优异的柔韧性和抗裂性,这就是为什么所有保温系统标准要求抹灰砂浆的压缩比必须≤3.0但聚氨酯(2#测点)前面有岩棉和聚苯乙烯颗粒浆,在不同的升温和降温阶段,温度变化相对均匀平缓,最高40.6℃,最低35.8℃岩棉(3#测点)变化相对平缓,最高51.3℃,最低40.2℃众所周知,无论是使用粘结胶浆还是聚氨酯直接发泡,岩棉与聚氨酯及其他有机保温材料之间的粘结安全性都不成问题。对于这种有机/无机复合材料,最容易不稳定和不安全的影响因素是外界温度的变化。由于它们各自的材料特性,两种材料在尺寸变化上会有很大的差异,并且它们不能实现同步变形,从而造成损伤。从表1和表2中,我们还可以看到测试条件都是70℃。由于岩棉是在高温下烧结和熔化的,尺寸变化率很小,长度、宽度和厚度方向的尺寸变化率分别为0.1%、0.1%和0.2%,而聚氨酯分别为0.5%、0.4%和0.8%。两者之间的差别很大。但是为什么在岩棉复合板现浇混凝土保温系统的恶劣天气试验中,两者的变形差异不会造成破坏现象呢?笔者认为这主要是因为岩棉与聚氨酯复合后,由于岩棉隔热层的保护作用,聚氨酯在面对外界温度变化时不会有较高的温度,另一方面,其温度变化率会变得更加平缓。为了验证这一推论,我们在实验室测试了聚氨酯在不同温度下的尺寸稳定性。测试数据如表5所示。表5不同温度条件下聚氨酯的尺寸稳定性

从表5的试验数据可以看出,聚氨酯在50℃以下的尺寸变化率很小,特别是在40℃左右,与岩棉相似。因此,综合耐候性试验结果、现浇系统各材料测点的温度数据和聚氨酯在不同温度下的尺寸变化率试验数据相互印证,岩棉复合板和现浇系统是安全稳定的,也说明无机/有机复合保温材料的技术思路是可行的Iv .结论


(1)岩棉复合板能很好地融合有机保温材料和无机保温材料各自的优点,避免单一使用的不利因素,符合GB50016《建筑防火设计规范》的相关防火规定和建筑节能高标准的要求,具有较高的市场推广应用价值(2)耐候性试验、系统各材料层温度试验和尺寸稳定性试验证明岩棉复合板和岩棉复合板现浇保温系统安全可靠,也表明无机/有机复合保温材料的技术理念是可行的。


来源:岩棉复合板研制及安全稳定性研究

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