一、引 言
經(jīng)過幾十年來的持續(xù)發(fā)展，人們對建筑節(jié)能保溫技術(shù)的要求也越來越高，一方面節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)由節(jié)能50%，逐步提高到了75%，另一方面節(jié)能保溫技術(shù)的結(jié)構(gòu)安全、防火安全也都已成為建筑節(jié)能市場自我選擇的重要決定因素。特別是GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》發(fā)布實(shí)施以來，保溫隔熱性能優(yōu)異的有機(jī)保溫材料因均為燃燒B1、B2 級材料，使用范圍、使用形式均受到了極大的限制。同時，雖然無機(jī)保溫材料為A級材料，可以很好地符合GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的相關(guān)使用要求，但無機(jī)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)偏大，難以滿足節(jié)能75%標(biāo)準(zhǔn)要求。那么，在節(jié)能75%標(biāo)準(zhǔn)和GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》雙控的條件下，單一保溫材料該怎么去選用？能不能為建筑節(jié)能市場提供一種安全可靠的復(fù)合材料？
二、巖棉復(fù)合板
本項(xiàng)目組充分考慮無機(jī)保溫材料與有機(jī)保溫材料各自的優(yōu)勢和不足，提出了無機(jī)/有機(jī)復(fù)合保溫材料的技術(shù)思路，分別選取無機(jī)保溫材料－巖棉和有機(jī)保溫材料－硬泡聚氨酯(PUR) 這兩種保溫材料，采用合適的方式將二者進(jìn)行復(fù)合，制成巖棉復(fù)合板。復(fù)合方式可采用粘結(jié)膠漿粘貼或聚氨酯直接發(fā)泡的方式進(jìn)行。其基本構(gòu)造見圖1，工程應(yīng)用時巖棉側(cè)為外側(cè)。
因?yàn)閹r棉板本身的抗拉強(qiáng)度較低，為了保證巖棉復(fù)合板具有較高的抗拉強(qiáng)度，我們選用了某公司產(chǎn)的縱絲巖棉帶，其主要性能參數(shù)見表1。
硬泡聚氨酯( PUR) 保溫材料我們選用的是某公司生產(chǎn)的外墻保溫用硬泡聚氨酯，其主要性能參數(shù)見表2
無機(jī)/有機(jī)復(fù)合保溫材料巖棉復(fù)合板的優(yōu)點(diǎn)：自GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》發(fā)布實(shí)施以來，燃燒性能B1、B2級保溫材料的使用受到諸多限制(建筑高度、構(gòu)造形式、須配套耐火門窗等)，極大的阻礙了有機(jī)類保溫材料的使用。但是當(dāng)滿足GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中第6.7.3條“當(dāng)保溫材料的燃燒性能為B1、B2級時，保溫材料兩側(cè)的墻體應(yīng)采用不燃材料且厚度不應(yīng)小于50 mm”的規(guī)定時，有機(jī)保溫材料的應(yīng)用可不受建筑高度、設(shè)置防火隔離帶和耐火門窗的限制。巖棉復(fù)合板可以通過控制巖棉保溫層和聚氨酯保溫層各自的厚度，來滿足這一防火規(guī)范要求。同時，在節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)日益提高的前提下，巖棉復(fù)合板可以擴(kuò)大巖棉類無機(jī)保溫材料在保溫領(lǐng)域中的應(yīng)用，這類無機(jī)保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)偏大，單獨(dú)應(yīng)用需大幅增加保溫層的厚度。但是，無論從經(jīng)濟(jì)適用性，還是使用安全性來說，保溫層厚度是有限值要求的，無法靠一味增加保溫層厚度的做法來解決這一問題。
以山東省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) DB37/5026—2014《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(節(jié)能75%)中外墻傳熱系數(shù)K限值0.45 W/(m2·K) 為判定依據(jù)，來分別計(jì)算當(dāng)滿足傳熱系數(shù)限值要求時保溫材料的厚度取值。
表 3 保溫材料厚度計(jì)算選用表
從表3可以看出，單獨(dú)使用巖棉時，巖棉厚度105 mm，傳熱系數(shù)K為0.440 W/(m2·K)，而采用巖棉/聚氨酯復(fù)合板時，在滿足GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第6.7.3條規(guī)定的前提下，復(fù)合板的總厚度為80 mm，傳熱系數(shù)K就能達(dá)到0.417 W/(m2·K)。如果考慮一些現(xiàn)澆類外保溫系統(tǒng)還需要在保溫板外側(cè)進(jìn)行找平和抹面，從而降低巖棉/聚氨酯復(fù)合板中巖棉層的厚度進(jìn)一步減少巖棉復(fù)合板的整體厚度，降低了材料成本，減輕了保溫系統(tǒng)的自重，提高了工程質(zhì)量的穩(wěn)定性。
三、巖棉復(fù)合板的安全穩(wěn)定性研究
實(shí)驗(yàn)用主要儀器設(shè)備：
（1）BH－NH 保溫系統(tǒng)耐候性試驗(yàn)裝置源自沈陽紫微機(jī)電設(shè)備有限公司。
（2）JW－Ⅱ型建筑熱工溫度熱流巡回檢測儀為北京東方奧達(dá)儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)。
（3）HG101－3A 鼓風(fēng)干燥箱源自南京實(shí)驗(yàn)儀器廠。
（4）游標(biāo)卡尺為上海量具刃具廠生產(chǎn)。
為了研究巖棉復(fù)合板在保溫系統(tǒng)應(yīng)用中的安全穩(wěn)定性，我們設(shè)計(jì)了巖棉復(fù)合板現(xiàn)澆混凝土保溫系統(tǒng)，其基本構(gòu)造做法為：現(xiàn)澆混凝土墻體+巖棉復(fù)合板(巖棉帶50 mm、聚氨酯25 mm)+10 mm厚膠粉聚苯顆粒漿料+5 mm抹面膠漿(內(nèi)復(fù)合耐堿玻纖網(wǎng))+飾面涂料。在實(shí)驗(yàn)室擬進(jìn)行大型耐候性試驗(yàn)。耐候性試驗(yàn)?zāi)M夏季墻面經(jīng)高溫日曬后突然降雨和冬季晝夜溫差情況下的反復(fù)作用，是對大尺寸的保溫系統(tǒng)墻體進(jìn)行模擬自然氣候條件下的加速老化試驗(yàn)，是檢驗(yàn)和評價(jià)保溫系統(tǒng)質(zhì)量穩(wěn)定性最重要的試驗(yàn)項(xiàng)目。耐候性試驗(yàn)與實(shí)際工程有著密切的相關(guān)性，能較為實(shí)際地反映保溫工程耐候性能的優(yōu)劣。根據(jù)法國 CSTB的試驗(yàn)，通過在嚴(yán)酷氣候條件下經(jīng)過了幾年考驗(yàn)的保溫系統(tǒng)實(shí)際性能變化與實(shí)驗(yàn)室耐候性試驗(yàn)的對比來看，為了確保保溫系統(tǒng)在規(guī)定使用年限內(nèi)的可靠性，耐候性試驗(yàn)是十分必要和可行的。
同時，為了研究整個保溫系統(tǒng)在外界溫度變化時各材料層的溫度分布情況，我們在進(jìn)行耐候性試驗(yàn)的同時進(jìn)行了溫度測點(diǎn)布置，測點(diǎn)位置如下：1#測點(diǎn)(基層混凝土墻體與聚氨酯板間)，2 #測點(diǎn)(聚氨酯板中間)，3#測點(diǎn)(巖棉帶中間)，4 #測點(diǎn)(聚苯顆粒漿料間)，5#測點(diǎn)(抹面膠漿間)，6#測點(diǎn)(試驗(yàn)裝置內(nèi)部空間)。溫度巡回測試及耐候性試驗(yàn)墻見圖2所示。
從圖2和實(shí)際耐候性試驗(yàn)結(jié)果來看，經(jīng)過耐候性試驗(yàn)的巖棉復(fù)合板現(xiàn)澆混凝土保溫系統(tǒng)試驗(yàn)墻完好，未出現(xiàn)飾面層起泡、粉化，抹面層空鼓、脫落、開裂等破壞現(xiàn)象。這說明使用了巖棉復(fù)合板的保溫系統(tǒng)是穩(wěn)定可靠的，從而也證明了巖棉復(fù)合板是穩(wěn)定可靠的。為了進(jìn)一步驗(yàn)證巖棉復(fù)合板的穩(wěn)定可靠性，我們分別選取了加熱升溫階段、加熱恒溫階段、噴淋降溫階段3組測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，見表4。
從表4數(shù)據(jù)可以看出，最外側(cè)抹面膠漿層(,5#測點(diǎn))直接面對外界溫度(6#測點(diǎn))的變化，在不同升降溫階段的變化是比較顯著的，這也反過來要求抹面膠漿必須要具備優(yōu)異的柔韌抗裂性能，這也是所有的保溫系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)均要求抹面膠漿的壓折比必須≤3.0的緣由。而聚氨酯(2#測點(diǎn))因其前面有巖棉和聚苯顆粒漿料，在不同升降溫階段溫度變化相對均勻平緩，最高 40.6 ℃，最低35.8 ℃。巖棉(3#測點(diǎn))的變化也相對比較平緩，最高51.3 ℃ ，最低,40.2 ℃。眾所周知，對于巖棉和聚氨酯等有機(jī)類保溫材料進(jìn)行復(fù)合，無論是采用粘結(jié)膠漿粘貼還是采用聚氨酯直接發(fā)泡的復(fù)合方式，二者之間的粘結(jié)安全性是沒有問題的。對這類有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料而言，最容易導(dǎo)致其不穩(wěn)定、不安全的影響因素是面對外界溫度變化，二者因各自材性特質(zhì)會產(chǎn)生差異較大的尺寸變化差，二者無法實(shí)現(xiàn)同步形變，進(jìn)而出現(xiàn)破壞。從表1和表2我們也可以看出同為70 ℃的測試條件，因巖棉是經(jīng)高溫?zé)Y(jié)熔融而成，所以尺寸變化率較小，長度、寬度、厚度方向尺寸變化率分別為0.1%、0.1%、0.2%，而聚氨酯則分別為0.5%、0.4%、0.8%，二者相差比較懸殊，但為什么巖棉復(fù)合板現(xiàn)澆混凝土保溫系統(tǒng)在嚴(yán)酷的耐候性試驗(yàn)中并沒有因二者懸殊的形變差異而導(dǎo)致出現(xiàn)破壞現(xiàn)象呢？筆者以為，這主要是因?yàn)閹r棉與聚氨酯復(fù)合后，因有巖棉保溫層的保護(hù)作用，在面對外界溫度變化時，聚氨酯一方面不會出現(xiàn)較高的溫度，另一方面其溫度變化速率也變得較為平緩。為了驗(yàn)證這種推斷，我們在實(shí)驗(yàn)室對聚氨酯在不同溫度下的尺寸穩(wěn)定性進(jìn)行了測試，測試數(shù)據(jù)見表5。
從表5中測試數(shù)據(jù)我們得出聚氨酯在50 ℃以下時，尺寸變化率是較小的，特別是在40℃左右時與巖棉的尺寸變化率相近。因此，綜合耐候性試驗(yàn)結(jié)果、現(xiàn)澆體系各材料測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)及聚氨酯在不同溫度下的尺寸變化率測試數(shù)據(jù)，相互印證，巖棉復(fù)合板及其現(xiàn)澆體系均是安全穩(wěn)定的，這也說明無機(jī)/有機(jī)復(fù)合保溫材料這一技術(shù)思路是切實(shí)可行的。
四、結(jié) 語
( 1) 巖棉復(fù)合板可很好地融合有機(jī)保溫材料與無機(jī)保溫材料各自的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避各自單一使用時的不利因素，符合 GB50016《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的相關(guān)防火規(guī)定和建筑節(jié)能高標(biāo)準(zhǔn)的要求， 有較高市場推廣應(yīng)用價(jià)值。
( 2) 經(jīng)耐候性試驗(yàn)、系統(tǒng)各材料層溫度測試及尺寸穩(wěn)定性測試，證明巖棉復(fù)合板及巖棉復(fù)合板現(xiàn)澆保溫系統(tǒng)均是安全可靠的， 同時亦表明無機(jī) /有機(jī)復(fù)合保溫材料這一技術(shù)理念是可行的。
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