淺談“巖棉外保溫建筑構(gòu)造圖集”的編寫

羅天祥宋旭輝康小軍程 艷李玉璽吳 巖

（1甘肅省建材科研設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730020；2甘肅省節(jié)能墻體屋面材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730020；3甘肅省建筑材料資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730020；4蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州 730065)

外墻外保溫是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法，因其可以減輕冷橋的影響，同時(shí)保護(hù)主體墻材不受太大的溫度變形應(yīng)力，是目前應(yīng)用最廣泛的保溫做法，也是國(guó)家大力倡導(dǎo)的保溫做法。

目前，我國(guó)外墻保溫材料應(yīng)用最多的是模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)、聚氨酯泡沫塑料(PU)等。這些保溫材料具有導(dǎo)熱系數(shù)小、隔熱性能好的優(yōu)點(diǎn)，但這些保溫材料(如EPS、XPS等)防火性能差，當(dāng)動(dòng)火作業(yè)且保護(hù)不當(dāng)或因外部火焰易被引燃，一旦保溫材料引燃后，火焰會(huì)迅速蔓延，從而引發(fā)火災(zāi)事故，造成生命財(cái)產(chǎn)巨大損失，并引起一定的社會(huì)恐慌和環(huán)境污染。因此，防火性能好、保溫性能出色的材料更能贏得市場(chǎng)的認(rèn)可。

巖棉是以優(yōu)質(zhì)玄武巖或輝綠巖為主要原料，經(jīng)高溫熔融，用離心等方法制成纖維，并施加霧化的酚醛樹脂粘結(jié)劑及憎水劑等，形成均勻棉氈，再經(jīng)固化、壓制、切割等工序制成的礦物棉硬質(zhì)制品[1]。巖棉是一種優(yōu)質(zhì)高效的保溫材料，它具有不燃(燃燒性能為A級(jí))、耐高溫(熔點(diǎn)高于1000℃)、遇火情況下無毒無煙、良好的保溫性能(導(dǎo)熱系數(shù)≤0.040 W/m·K)、透汽、化學(xué)性能穩(wěn)定等突出優(yōu)點(diǎn)，是國(guó)內(nèi)公認(rèn)的理想保溫材料。

隨著人們對(duì)建筑物防火要求的逐步提高，巖棉外保溫系統(tǒng)由于其良好的保溫和防火性能，開始推廣應(yīng)用。但是沒有一部可以完全適用于設(shè)計(jì)人員的標(biāo)準(zhǔn)圖集，使得巖棉外保溫系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)和建造中的應(yīng)用被極大的限制，在很多建筑中由于無標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的參照，設(shè)計(jì)人員無基本設(shè)計(jì)參數(shù)。同時(shí)由于缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)和說明，導(dǎo)致了施工方法不規(guī)范，缺乏施工過程的必要質(zhì)量控制致使技術(shù)、材料的質(zhì)量性能不符合要求。從而給工程質(zhì)量留下了很大的隱患。“巖棉外保溫建筑構(gòu)造圖集”就是在這個(gè)基礎(chǔ)之上結(jié)合嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)以及抗震要求進(jìn)行編制。

1 巖棉板的性能要求

根據(jù)目前的生產(chǎn)工藝， 巖棉板可分為沉降法巖棉板、擺錘法巖棉板和三維法巖棉板。

1)沉降法生產(chǎn)巖棉板是將各類天然巖石通過高溫熔化成液體后再經(jīng)過離心機(jī)吹制成巖棉纖維，然后在沉降室的輸送帶上堆積，當(dāng)巖棉纖維達(dá)到一定厚度以后，經(jīng)過加壓輥進(jìn)入固化爐與適量粘結(jié)劑、防塵劑、憎水劑等添加劑混合生成巖棉板，沉降法巖棉的纖維為平面分布，密度和粘結(jié)劑的均勻性較差，影響板的抗壓性能和層間結(jié)合強(qiáng)度。

2)擺錘法生產(chǎn)巖棉板是在沉降法的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)收棉方法，先由捕集帶收集較薄的巖棉纖維層，經(jīng)擺錘的逐層疊鋪壓實(shí)，達(dá)到一定的層數(shù)和厚度，再由加壓輥進(jìn)行壓制，進(jìn)入固化爐固化，再經(jīng)冷卻、切割、包裝等工序制成成品。通過擺錘法生產(chǎn)出來的巖棉板由于改善了棉層及所含的粘結(jié)劑的均勻程度，并且由于棉層疊鋪時(shí)產(chǎn)生的斜度，纖維呈部分豎向分布，因而抗壓強(qiáng)度和層間結(jié)合強(qiáng)度得到提高。

3)三維法生產(chǎn)巖棉板是把擺錘法疊鋪形成的未固化巖棉纖維層，通過機(jī)械方法改變巖棉纖維層的分布方向，使巖棉纖維層均勻分布，從而形成高強(qiáng)度的三維巖棉產(chǎn)品。三維法巖棉的纖維呈三維分布，抗壓強(qiáng)度高，不易分層和剝離。因此不論在抗壓強(qiáng)度還是在抗剝離強(qiáng)度上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它生產(chǎn)工藝生產(chǎn)出來的產(chǎn)品。

表1 巖棉板的主要性能指標(biāo)[3]

表2 巖棉外保溫系統(tǒng)各材料界面粘結(jié)強(qiáng)度的最低要求

在民用建筑中，特別是在高層民用建筑中，采用巖棉板作為保溫材料時(shí)，應(yīng)該選用壓縮強(qiáng)度和抗剝離強(qiáng)度均比較大、吸水性比較小的巖棉板[2]。因此，本圖集選用三維法巖棉板。

本圖集要求巖棉板的性能指標(biāo)應(yīng)符合表1的規(guī)定，其他指標(biāo)應(yīng)符合GB/T 25975-2010《建筑外墻外保溫用巖棉制品》的要求。

本圖集對(duì)巖棉的酸度系數(shù)要求較高(≥1.8)，目前我國(guó)的多數(shù)巖棉生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的巖棉的酸度系數(shù)都在1.6左右，而國(guó)外用于外墻外保溫的巖棉酸度系數(shù)一般在1.8以上。巖棉的耐水性隨著酸度系數(shù)的增大而提高；體積收縮率隨酸度系數(shù)增大而迅速下降[4]。因此酸度系數(shù)高的巖棉產(chǎn)品，具有更好的耐水性和尺寸穩(wěn)定性，更適用作外墻保溫材料。故本圖集對(duì)巖棉的酸度系數(shù)做出了較高的要求(≥ 1.8)。

巖棉板隨著其表觀密度的不同，其力學(xué)性能差異較大，然而GB/T 25975-2010《建筑外墻外保溫用巖棉制品》中卻對(duì)表觀密度沒有要求。為了保證巖棉板的性能滿足外保溫技術(shù)的要求，防止質(zhì)量參差不齊的產(chǎn)品進(jìn)入巖棉外保溫系統(tǒng)，本圖集對(duì)巖棉板的密度有嚴(yán)格的要求，要求表觀密度必須大于150kg/m3。

2 巖棉外保溫系統(tǒng)安全性分析

根據(jù)DBJT25-135-2012《巖棉外保溫建筑構(gòu)造》對(duì)巖棉外保溫系統(tǒng)組成材料及各材料界面粘結(jié)強(qiáng)度的最低要求(見表2)。

由表2可知，巖棉外保溫系統(tǒng)抗拉強(qiáng)度最薄弱的環(huán)節(jié)是膠粘劑、抹面砂漿與巖棉板之間的界面，強(qiáng)度均為0.015 MPa(15kPa)。

查GB50009-2001《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，甘肅省武威市100年一遇的基本風(fēng)壓為0.65kPa(為 甘 肅省各個(gè)地區(qū)100年一遇的基本風(fēng)壓最大值)，重要高聳建筑調(diào)整系數(shù)取1.2，W0=0.65×1.2=0.78 kPa。

地面粗糙度按C類計(jì)算，計(jì)算公式：Wk=1.5βgzμsμzW0

式中1.5：為考慮高樓林立所產(chǎn)生的風(fēng)壓增大系數(shù)(穿堂風(fēng))。

βgz：高度Z處的陣風(fēng)系數(shù)

μs：風(fēng)荷載體形系數(shù) 墻面為-1.0、墻角(陽(yáng)角)為-1.8

μz：風(fēng)壓高度變化系數(shù)

這樣算得武威地區(qū)高層建筑負(fù)風(fēng)壓及抗負(fù)風(fēng)壓安全系數(shù)如表3。

由表3可以看出，當(dāng)巖棉板與基層的有效粘貼面積采用全面積粘貼法時(shí)，100m高度建筑物陽(yáng)角的抗風(fēng)壓安全系數(shù)只有2.6，富余不多。目前已有的巖棉外保溫系統(tǒng)采用點(diǎn)框結(jié)合法，巖棉板與基層有效粘貼面積僅為50%。按照這種做法的話100m高度建筑物陽(yáng)角的抗風(fēng)壓安全系數(shù)只有1.3，無法滿足安全要求(抗風(fēng)壓安全系數(shù)＞1.5)。因此本圖集要求巖棉板與基層的有效粘貼面積采用全面積粘貼法，同時(shí)要求附加錨栓，以防止膠粘劑在未達(dá)到一定強(qiáng)度之前保溫板受風(fēng)壓影響與墻面脫離。

3 巖棉外保溫系統(tǒng)構(gòu)造

巖棉外保溫系統(tǒng)是由巖棉板保溫層、抹面層、固定材料(膠粘劑、錨固件等)和飾面層構(gòu)成，并固定在基層墻體上的非承重保溫構(gòu)造層〔3〕。

表3 武威地區(qū)高層建筑負(fù)風(fēng)壓及抗負(fù)風(fēng)壓安全系數(shù)

目前國(guó)內(nèi)的巖棉外保溫系統(tǒng)以涂料飾面層為主，適用于夏熱冬冷地區(qū)。本圖集結(jié)合甘肅省嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)以及抗震要求，對(duì)以涂料為飾面層的巖棉外保溫系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析和改進(jìn)以適應(yīng)甘肅省的氣候特點(diǎn)以及抗震要求。在此基礎(chǔ)上又新增了飾面磚飾面和幕墻飾面兩種外保溫系統(tǒng)，并對(duì)他們的使用也作了詳細(xì)的描述。為巖棉大規(guī)模推廣和應(yīng)用起到積極的促進(jìn)作用。

本圖集外保溫系統(tǒng)包括三種：①以涂料為飾面層的外保溫系統(tǒng)；②以飾面磚為飾面層的外保溫系統(tǒng)；③以幕墻為飾面層的外保溫系統(tǒng)。

3.1 以涂料為飾面層的外保溫系統(tǒng)

保溫構(gòu)造如圖1所示〔3〕。由內(nèi)到外為：基層、粘接層、巖棉保溫板、抹面砂漿層、抗裂砂漿復(fù)合耐堿網(wǎng)布、彈性底涂柔性膩?zhàn)印⑼鈮ν苛稀?/p>

圖1 以涂料為飾面層的外保溫系統(tǒng)構(gòu)造

3.2 以飾面磚為飾面層的外保溫系統(tǒng)

保溫構(gòu)造如圖2所示〔3〕。由內(nèi)到外為：基層、粘接層、巖棉保溫板、抹面砂漿層、抗裂砂漿復(fù)合耐堿網(wǎng)布、熱鍍鋅電焊網(wǎng)、抗裂砂漿、面磚粘接砂漿、面磚。

圖2 以飾面磚為飾面層的外保溫系統(tǒng)構(gòu)造

3.3 以幕墻為飾面層的外保溫系統(tǒng)

保溫構(gòu)造如圖3所示〔3〕。由內(nèi)到外為：基層、粘接層、巖棉保溫板、抹面砂漿層、抗裂砂漿復(fù)合耐堿網(wǎng)布、龍骨、幕墻。

圖3 以幕墻為飾面層的外保溫系統(tǒng)構(gòu)造

4 構(gòu)造設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本圖集在構(gòu)造設(shè)計(jì)方面與目前已有的巖棉外保溫系統(tǒng)的不同之處在于：

1)考慮到工程實(shí)際應(yīng)用的需要，本圖集新增了飾面磚飾面和幕墻飾面兩種外保溫系統(tǒng)，以促進(jìn)巖棉的推廣和應(yīng)用。

2)本圖集巖棉板與基層墻體采用粘結(jié)、釘結(jié)合工藝，巖棉板與基層的有效粘貼面積采用全面積粘貼法。目前已有的巖棉外保溫系統(tǒng)采用點(diǎn)框結(jié)合法。有效粘貼面積為50%。本圖集的做法可以更加保證保溫板與基層墻體的粘接力。

3)巖棉粘貼24h后方能鉆孔安裝錨栓。位于建筑高度20m以下錨栓的用量不應(yīng)小于7個(gè)/m2，位于建筑高度在20米以上，不少于9個(gè)/ m2。本圖集錨栓的數(shù)量比目前已有的巖棉外保溫系統(tǒng)多，錨固更牢固。

4)錨栓進(jìn)入主體墻內(nèi)深度≥60mm，錨栓的圓盤直徑為≥140 mm，用在空心磚墻體時(shí)應(yīng)采用有回?cái)Q打結(jié)功能的錨栓。錨栓進(jìn)入主體墻內(nèi)深度比目前已有的巖棉外保溫系統(tǒng)要深，圓盤直徑比目前已有的巖棉外保溫系統(tǒng)用的要大。目前已有的巖棉外保溫系統(tǒng)錨固深度為≥40 mm，錨栓的圓盤直徑為≥80 mm。考慮到甘肅省的氣候特點(diǎn)和抗震要求本圖集的做法更加牢固、安全。

5)為改善巖棉板表面與基層的粘結(jié)性能，施工前在巖棉板兩面涂刷防水型界面劑。目前已有巖棉外保溫系統(tǒng)多不采用防水型界面劑，其巖棉板表面與基層的粘結(jié)性能較弱。

6)與涂料飾面層相比，飾面磚作為飾面層的外墻外保溫系統(tǒng)的安全問題主要是自重。以涂料為飾面層的外墻外保溫系統(tǒng)自重一般不會(huì)超過10kg/m2，而飾面磚作為飾面層的外墻外保溫系統(tǒng)自重可達(dá)到50 kg/m2以上，甚至80 kg/m2，為涂料系統(tǒng)的5～8倍。由于飾面磚自重大容易下墜，普通的外保溫做法無法解決飾面磚的下墜問題。本圖集的抹面砂漿層中在抗裂砂漿復(fù)合耐堿網(wǎng)格布的基礎(chǔ)上再加一層熱鍍鋅電焊網(wǎng)，大大增強(qiáng)了抹面砂漿層與飾面磚的粘接性能。但是由于累積作用的影響，該保溫系統(tǒng)不適用于過高的建筑。本圖集要求該保溫系統(tǒng)用于距地高度不超過3m的建筑物。

5 針對(duì)現(xiàn)有巖棉外保溫系統(tǒng)存在問題而采取的解決措施

5.1 提高巖棉板粘接性能的措施

在施工前在巖棉板兩面需要涂刷防水型界面劑。采用防水型界面劑對(duì)巖棉板面層進(jìn)行處理不僅可防止巖棉板面層的細(xì)小纖維到處飛揚(yáng)， 還可增強(qiáng)巖棉板的防水性， 阻斷巖棉板從找平層吸水的路徑， 保證了找平層材料不會(huì)因過快失水而開裂，并且有利于提高找平材料與巖棉板表面的粘結(jié)力， 從而保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.2 防止和消除保護(hù)層和飾面層出現(xiàn)裂縫的措施

保護(hù)層和飾面層出現(xiàn)裂縫主要有如下幾種原因：①保護(hù)層和飾面層收縮變形較大，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫；②由于門窗洞口處應(yīng)力集中，導(dǎo)致保護(hù)層和飾面層出現(xiàn)裂縫。

針對(duì)上述產(chǎn)生裂縫的兩種主要原因，本圖集采取以下防裂措施：

1)采用粘結(jié)強(qiáng)度較高、收縮變形小且具有一定彈性的抗裂砂漿同時(shí)將耐堿玻纖網(wǎng)布作為增強(qiáng)材料埋入抗裂砂漿中，用以提高抹面層的抗裂性。

2)將保護(hù)層進(jìn)行分塊留縫并做好嵌縫防水處理，在門窗洞口周邊進(jìn)行大面玻纖網(wǎng)布加強(qiáng)之前，采用45°斜向玻纖網(wǎng)布進(jìn)行加強(qiáng)，并將斜向加強(qiáng)網(wǎng)布埋入抹面砂漿中固定，以便減少收縮和溫度應(yīng)力。

5.3 減小變形和應(yīng)力影響的措施

巖棉外保溫系統(tǒng)一般可能產(chǎn)生以下兩種變形：①收縮變形，由于非周期性的室外空氣影響，保護(hù)層材料硬化后產(chǎn)生收縮變形；②溫差變形，室外溫度、表面吸濕系數(shù)、風(fēng)速等是影響溫差變形的主要因素。

巖棉外保溫系統(tǒng)應(yīng)力的影響分三個(gè)階段：粉刷施工后24小時(shí)左右，材料彈性比較大，應(yīng)力不大；幾個(gè)月左右，變形大，收縮嚴(yán)重；在使用階段，幾年后，應(yīng)力相對(duì)比較穩(wěn)定。

考慮到上述情況的產(chǎn)生，外保溫工程施工期間以及完工24小時(shí)內(nèi)，基層及環(huán)境空氣溫度不應(yīng)低于5℃。夏季應(yīng)避免陽(yáng)光暴曬，巖棉板安裝上墻后應(yīng)及時(shí)做抹面找平層。5級(jí)以上大風(fēng)天氣及雨天不得施工，雨期施工應(yīng)做好防雨措施。冬季施工應(yīng)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求采取防凍措施。

5.4 降低飾面磚縫隙開裂問題的措施

由于飾面磚的剛性遠(yuǎn)大于涂料飾面，與系統(tǒng)防護(hù)層所要求的柔性相抵觸，較之于直接在剛性墻面上粘貼飾面磚，或較之于涂料飾面外墻外保溫系統(tǒng)，這種柔性基底-剛性面層結(jié)構(gòu)所造成的系統(tǒng)的變形更大，飾面磚與防護(hù)層之間產(chǎn)生更大的溫濕剪切應(yīng)力，從而導(dǎo)致飾面磚縫隙的開裂。本圖集抹面砂漿層中在抗裂砂漿復(fù)合耐堿網(wǎng)格布的基礎(chǔ)上再加一層熱鍍鋅電焊網(wǎng)，有效降低了系統(tǒng)的變形。同時(shí)為了進(jìn)一步降低飾面磚縫隙開裂的可能與程度，設(shè)置了伸縮縫，伸縮縫的間距為3～6m。最大連續(xù)墻面的面積不大于36m2。

6 結(jié)語

《巖棉外保溫建筑構(gòu)造圖集》DBJT25-135-2012的出版完善了省外墻外保溫系統(tǒng)圖集框架體系，提高保溫體系材料的應(yīng)用，進(jìn)而促進(jìn)節(jié)能減排的利用進(jìn)程。

[1]10J121，外墻外保溫建筑構(gòu)造圖集.2010

[2]宋長(zhǎng)友，黃振利，陳丹林，等.巖棉外保溫系統(tǒng)技術(shù)研究與應(yīng)用.建筑科學(xué)，2008，24(2):84-92,73.

[3]DBJT25-135-2012，巖棉外保溫建筑構(gòu)造圖集[S].2012

[4]陳超，孫詩(shī)兵，趙金平，等.酸度系數(shù)與巖棉性質(zhì)的關(guān)系研究[J].新型建筑材料，2012(4):23-24,53.