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      以建筑節能領域的新產品、新技術、新工藝為社會的發展做出新的貢獻。

      禁用巖棉保溫制品是否可行大家談 | 無機巖棉外保溫墻材迎來發展新機遇

          近年來,國家和地區對建筑節能高度關注,從建筑的二步節能、三步節能、四步節能到超低能耗、近零能耗,直至“雙碳”目標的提出,我國建筑節能的理念與布局達到了前所未有的高度,對作為建筑節能重要組成部分的外墻外保溫材料的性能、施工構造和技術體系等提出了更高要求。

        

        我國近年來外保溫技術在逐漸發展過程中已形成了一些技術較為成熟的外墻外保溫系統,其中薄抹灰外保溫體系作為歷年來國家外墻外保溫產品標準和技術規程的主要推薦體系,在建筑節能工程中得到了廣泛的應用。

        

        然而,近年的幾起建筑大廈重大火災,造成了嚴重的人員傷亡和財產損失,引起了社會各界對不燃(A級)保溫材料的關注,采用安全、耐用、不燃的外墻外保溫體系已成為具有重大意義的緊迫任務。住房和城鄉建設部和國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布了《建筑設計防火規范》;甘肅省住房和城鄉建設廳、甘肅省公安廳聯合頒發了《關于規范我省建筑外墻保溫材料燃燒性能的通知》,對不同類型、不同高度的各類建筑防火要求進行了嚴格的規定,增加了A級不燃保溫材料應用范圍,提高了建筑外墻外保溫體系的耐火等級,以有效保障全國及甘肅省建筑節能健康發展,特別是高層和超高層建筑外墻外保溫的發展。

        

        同時,甘肅省因其氣候嚴寒寒冷干旱、地震烈度普遍較高、高層超高層建筑體量日增、經濟水平相對落后的復雜省情,對于建筑節能也有著異于平常地區的特別需求。針對寒旱氣候與節能要求,建筑外墻外保溫產品必須兼具保溫隔熱與防火性能;針對高地震設防烈度,建筑外墻外保溫產品需要在一般工況下及地震工況下均保證與主體可靠連接;針對高層超高層建筑體量日增和低經濟發展水平,建筑外墻外保溫產品盡量能就地取材、安全性高、耐久性好。目前國內的保溫建材大多無法同時滿足以上需求,需要基于對甘肅省省情及建筑節能領域發展現狀與問題的分析和把握提出滿足要求的新型保溫材料。

        

        因此,綜合現階段對外保溫體系節能、防火與安全性能提出的多重要求來看,建筑節能領域亟需發展保溫材料相關的技術創新與技術突破,建筑節能市場亟需兼具保溫與安全性能的新材料、新工藝和新體系。

        

        鋼絲網架復合巖棉外墻外保溫體系

        

        防火性能與結構同等級、保溫隔熱性能優的保溫材料。鑒于目前外墻外保溫材料能夠全面達到甘肅省地方標準:《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能75%設計標準》和A級不燃材料較少,一些無機保溫材料,雖然其燃燒性能可以達到A級,如泡沫玻璃、發泡水泥等,但其導熱系數較大,一般在0.05W/m·k至0.07W/m·k之間,且質量相對較重,一般為130kg/m3至200kg/m3之間,由于其柔韌性較差,易造成損傷開裂,如在高烈度地震區高層建筑上應用,除應考慮抗震性能外,還需考慮其自重和不同高負風壓的影響,其安全可靠性,目前尚無成熟的實踐經驗。目前在無機保溫材料中,只有巖棉保溫板導熱系數相對較低,一般在0.04W/m·k至0.045W/m·k之間,質量也相對較輕,一般為120kg/m3至150kg/m3,且近年來,巖棉生產工藝和物理力學性能已有極大改進,從過去采用沉降法生產的不憎水巖棉發展到目前采用擺錘法生產的憎水性巖棉板且具有防火性能與結構同等級(耐火極限相同)、保溫、隔熱、隔聲性好等優點。

        

        甘肅省建筑科學研究院有限公司對本土企業生產的質量為120kg/m3巖棉板進行大量的試驗和數理統計分析,得出其巖棉板的導熱系數的平均值為0.0367W/m·k,標準值為0.0387W/m·k,具有良好的保溫隔熱性能。

        

        目前,建筑節能設計多對外墻外保溫材料采用導熱系數平均值進行設計。一般未給出標準值,其節能效果保證率僅為50%,失效概率為50%,即可能有50%設計結果達不到節能設計標準要求,風險較大。而如果用導熱系數標準值進行設計,其節能效果保證率則為95%,失效概率為5%,即僅有5%設計結果達不到節能設計標準要求,風險較小。

        

        甘肅省建筑科學研究院有限公司和生產企業共同商定,將其生產的質量為120kg/m3的巖棉保溫板其導熱系數標準值定為0.04W/m·k,因此其保證率將高于95%,其失效概率低于5%,大大提高了采用上述巖棉保溫板的節能效果。

        

        耐久性能與建筑物同壽命的外墻外保溫體系。鑒于目前住房和城鄉建設部批準發布的國家行業標準《巖棉薄抹灰外墻外保溫工程技術標準》規定,上述薄抹灰外墻外保溫體系設計使用年限為25年,與建筑物設計使用年限為50年不同壽命。為克服此項缺點,甘肅省建筑科學研究院有限公司與本土巖棉產品生產企業共同商定,研究一種其耐久性能與建筑物同壽命的鋼絲網架復合巖棉保溫板體系,使其設計使用年限從目前的25年提高到50年,耐久性達到50年的主要依據如下。

        

        一是對甘肅省建筑科學研究院有限公司已使用近30年的兩棟家屬樓采用的沉降法生產的非憎水巖棉保溫體系的巖棉板,根據其不同朝向、不同樓層高度,共抽取近80塊巖棉保溫板進行檢測試驗,并進行數理統計分析。其結果為:兩棟樓的巖棉保溫板其導熱系數的平均值皆為0.041W/m·k,標準值一棟樓為0.043W/m·k,另一棟樓為0.044W/m·k,極差很小。巖棉板容重平均值為一棟樓為100.01kg/m3,另一棟為100.5kg/m3;容重標準值一棟樓為105.29kg/m3,另一棟為106.95kg/m3,極差也很小。上述試驗分析數據說明,盡管該兩棟家屬樓使用已近30年,由于采用鋼絲網體系,對不同朝向不同層高在太陽及雨水共同作用下及春夏秋冬四季室外溫濕度變化的影響下,該鋼絲網體系都對巖棉板起到了保護作用,增強了外墻外保溫的耐久性能。

        

        二是對甘肅省建筑設計研究院已使用近20年的辦公樓,采用鋼絲網復合巖棉外墻外保溫體系進行現場調查,沒有發現外保溫層出現空鼓裂縫情況,但該辦公樓山墻采用薄抹灰體系,表面都出現了嚴重的不規則裂縫。

        

        從上述對兩個單位的建筑采用巖棉外墻外保溫體系進行調查、檢測分析可以說明,該體系具有較好的耐久性能。

        

        三是擬采用的鋼絲網架復合巖棉保溫外墻體系是在工廠預制成型,內外鋼絲網架是采用斜插絲相互連接(直徑2mm至3mm)。提高了巖棉保溫板整體剛度和牢固性,使巖棉板在運輸和施工過程中的整體牢固性能有極大的提高。

        

        四是由于在巖棉板面層增設了鋼絲網架,可以減輕巖棉保溫板表面抹灰層的收縮和溫度應力,提高了抹灰面層的抗裂性能和耐久性。

        

        五是將巖棉板與鋼絲網架復合后,可以使該體系采用抗裂砂漿或混凝土層面,從而提高了該體系的耐候及耐久性能。

        

        六是該體系用錨栓(粘錨結合體系)和錨筋(保溫板與主體結構一體化施工體系)固定鋼絲網復合巖棉板,錨栓及錨筋數量計算,采用了保溫體系裝飾及面層和保溫層自重、不同建筑高度負風壓以及不同地震設防烈度共同作用下產生的拉力進行計算,同時還考慮了錨栓和錨筋的構造要求。給出了粘錨結合保溫體系錨栓與主體結構一體化施工體系錨筋的數量和長度,提高了上述兩種體系錨固的安全可靠性。

        

        七是考慮到目前甘肅省在大力推廣《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能75%設計標準》,比第三步65%節能指標保溫層厚度和重量將有所增加,為此規定在外墻每層樓板標高處增設通長角鋼托架的技術,以進一步提高鋼絲網復合外墻外保溫體系的安全和可靠性能。

        

        基于上述七大方面的依據和相關試驗,故將鋼絲網架復合巖棉外墻外保溫體系的設計使用年限提高到50年,即與建筑物耐久性同壽命。

        

        體系優勢及創新點

        

        通過上述對鋼絲網架復合巖棉外墻外保溫體系的研究可以看出,該體系有如下三大方面的優點和創新點。

        

        一是對本土企業生產的質量為120kg/m3的巖棉板進行了大量試驗和數理統計分析,給出了巖棉保溫導熱系數標準值為0.04W/m·k,使其保證率達到了95%以上,失效概率低于5%,大大提高了節能設計的可靠性。

        

        二是通過大量的調查和試驗研究與分析,不僅使鋼絲網復合巖棉板外墻外保溫體系達到了其防火性能與結構耐火極限同等級且其耐久性達到了與建筑物同壽命,即其設計使用年限從目前的25年提高到50年,具有顯著經濟、社會和環境效益。

        

        三是擴大該體系的適用范圍,即可在粘錨結合體系、自保溫體系和保溫板與主體結構同步一體化施工這3種體系中應用。

        

        三大體系應用范圍

        

        關于粘錨結合體系,其主要適用于各類新建、改建、擴建的民用建筑外墻外保溫,也適用于其他工業建筑的外墻外保溫構造,在正常使用條件下,設計使用年限為50年;抗震設防烈度8度及8度以下地區;建筑物高度為100m及100m以下;適用于建筑的承重外墻和非承重外墻。

        

        關于自保溫體系,其主要適用于各類新建、改建和擴建民用與工業建筑外墻外圍護自保溫填充墻及內隔墻;在正常使用條件下,設計使用年限為50年;地震設防烈度8度及8度以下地區;適用于建筑高度24m及24m以下的建筑。

        

        關于一體化施工體系,主要適用于各類新建、改建、擴建民用建筑和工業建筑外圍護結構,在正常使用條件下,設計使用年限為50年;抗震設防烈度8度及8度以下地區;建筑物高度為100m及100m以下;適用于鋼筋混凝土框架結構、框剪結構和剪力墻結構。

        

        鋼絲網架復合巖棉板外墻外保溫體系是在建筑防火要求與建筑節能標準提升的基礎上研發提出,經過多次技術質詢并投入大量資金和人力建成生產線,并配套編制技術標準、設計圖集作為技術應用規范與指導。通過上述各項工作,使目前的巖棉外墻外保溫體系上升了一個新的技術高度,為“雙碳”目標的實現、節能減排綠色發展及構建資源節約型、環境友好型社會作出了貢獻,具有顯著的經濟、社會和環境效益。


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