巖棉保溫材料在建筑火災(zāi)中的應(yīng)用

巖棉保溫材料在建筑火災(zāi)中的應(yīng)用

0國(guó)內(nèi)外巖棉和其它材料的保溫性能目前，中國(guó)大多數(shù)城市民用建筑墻體的建筑材料都采用了丙烯醇泡沫塑料（ep）和壓縮聚苯乙烯泡沫熟料（xps），一些公共建筑還采用了聚苯乙烯泡沫塑料（pm）。這些有機(jī)類保溫材料具有成本低廉、導(dǎo)熱系數(shù)小、隔熱性能好的優(yōu)點(diǎn),并具有施工方便、力學(xué)性能好、抗老化等特征,已形成了成熟的施工技術(shù)。這些材料及其配套的施工技術(shù)和較完善的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范體系,為我國(guó)的建筑節(jié)能50%做出了巨大的貢獻(xiàn),是我國(guó)建筑節(jié)能的重大科技成果。然而,由于各種防火措施和管理措施沒(méi)有落實(shí)到位,隨著聚苯乙烯泡沫(PS)和聚氨酯泡沫(PU)墻體保溫材料開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于公共與民用建筑以來(lái),火災(zāi)事故接連不斷?；馂?zāi)慘劇逐年上升,造成生命財(cái)產(chǎn)巨大損失,并引起了一定的社會(huì)恐慌和環(huán)境污染。巖棉是一種優(yōu)質(zhì)高效的保溫材料,它具有良好的保溫隔熱、隔聲及吸聲性能,與傳統(tǒng)的保溫材料相比,具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、不燃燒、防火無(wú)毒、適用范圍廣、化學(xué)性能穩(wěn)定、使用周期長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn),是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的理想保溫材料。在國(guó)外,尤其是歐洲的建筑市場(chǎng)中大量使用了巖棉制品,北歐人均消耗量在20kg以上,美國(guó)人均消耗量為5~10kg。由于防火問(wèn)題,在美國(guó)巖礦棉占70%,在德國(guó)超過(guò)22m高的建筑外保溫幾乎全部采用巖棉保溫材料。但在我國(guó),巖棉作為建筑保溫材料的使用率還較低,主要應(yīng)用于能源、石油化工、船舶工業(yè)和建筑輕板的絕熱、防火、隔聲等方面,而在民用建筑中應(yīng)用得很少。特別是外墻外保溫的應(yīng)用國(guó)內(nèi)仍是空白。分析和總結(jié)巖棉的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、不足及其存在問(wèn)題,將有利于其更好的應(yīng)用和發(fā)展。1巖棉建筑材料的性能特點(diǎn)與當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的有機(jī)保溫材料(如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等)相比,巖棉的性能優(yōu)勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面。1.1巖棉制品阻燃整理目前市場(chǎng)上的有機(jī)保溫材料(PS、PU),防火等級(jí)較低。例如,聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)燃點(diǎn)是346℃,自燃點(diǎn)是490℃。外部熱源穿過(guò)3~5mm厚的聚合物抹面砂漿或者鈦鋅合金板達(dá)到490℃,只需幾分鐘就能引發(fā)泡沫塑料自燃。EPS能連鎖燃燒,阻燃級(jí)泡沫塑料燃燒后很快融熔,熔滴溫度遠(yuǎn)高于490℃,熔滴滴到之處,又引起泡沫塑料自燃,形成連鎖燃燒。這種連鎖燃燒是泡沫塑料最為可怕之處。巖棉是目前外墻外保溫材料中能夠達(dá)到A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的最佳材料。巖棉中的所有金屬氧化物都為穩(wěn)定氧化物,在火災(zāi)過(guò)程中沒(méi)有氧化還原反應(yīng)發(fā)生,因此為理想的不燃材料。巖棉制造過(guò)程中加入的有機(jī)粘結(jié)劑等外加劑,是影響巖棉制品燃燒性能的主要因素。控制有機(jī)物的添加量,巖棉制品的防火性能完全能夠達(dá)到B1級(jí)甚至A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。巖棉具有良好的高溫穩(wěn)定性,在300℃以下服役,體積和強(qiáng)度性能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定不變。短時(shí)高溫作用于巖棉板表面,其整體體積和形狀不發(fā)生變化。1.2有機(jī)外墻保溫有機(jī)保溫材料易老化,使用壽命較短,實(shí)際壽命僅為15~20年,對(duì)于設(shè)計(jì)壽命為50~70年的普通建筑物來(lái)說(shuō),若使用有機(jī)保溫材料做外墻保溫,將意味著同一建筑物需做數(shù)次外墻保溫,這將是一個(gè)巨大的工程,所花的費(fèi)用也無(wú)可估量。巖棉成分屬于CaO-Al2O3-SiO2體系,化學(xué)成分穩(wěn)定,可以顯著提高外墻保溫體系的使用壽命,達(dá)到與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命同步。1.3成火災(zāi)、火災(zāi)有機(jī)保溫材料在制造過(guò)程中,有可能發(fā)生化學(xué)泄漏而造成中毒、火災(zāi)、爆炸等危害。巖棉以玄武巖等天然巖石或高爐礦渣為主要原料,是無(wú)毒、無(wú)污染的無(wú)機(jī)材料,其原料、生產(chǎn)及施工應(yīng)用過(guò)程都不會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響。2巖棉在巖棉中的應(yīng)用我國(guó)現(xiàn)有的巖棉尚不能用于外墻保溫,與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)要求相距甚遠(yuǎn)。表1是我國(guó)現(xiàn)行巖棉制品的標(biāo)準(zhǔn)GB/T19686—2005《建筑用巖棉、礦渣棉絕熱制品》與歐洲外墻用巖棉保溫板要求EN13500的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比。從表1可以看出,歐洲巖棉制品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)酸度系數(shù)、質(zhì)量吸濕率、抗拉強(qiáng)度、短期吸水量等性能的要求優(yōu)于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有制品標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)巖棉絕大部分是用于蒸汽管道和爐墻的保溫,其質(zhì)量與大規(guī)模用于墻體保溫的要求還相差甚遠(yuǎn),主要表現(xiàn)在酸度系數(shù)偏低,由于玻璃體內(nèi)硅氧四面體和鋁氧四面體結(jié)構(gòu)骨架內(nèi)能偏高,導(dǎo)致抗?jié)駸嵝阅?、彈性、抗拉?qiáng)度和熱穩(wěn)定性等偏低。國(guó)產(chǎn)巖棉的硅氧-鋁氧骨干結(jié)構(gòu)不合理,并且在成型過(guò)程中設(shè)備自動(dòng)控制程度不高,導(dǎo)致板材中纖維的三維分布狀況不理想,使得板材的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度偏低,彈性不好。因此,只有在爐料配比、爐況調(diào)整、熔體溫度控制、熔體冷卻過(guò)程控制、甩絲過(guò)程與工藝控制、集棉、定型過(guò)程控制等多環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合攻關(guān),才能解決巖棉大規(guī)模用于高等級(jí)防火外墻外保溫的關(guān)鍵技術(shù)難題。3應(yīng)采取的措施3.1改變酸度系數(shù)目前我國(guó)幾乎所有企業(yè)生產(chǎn)的巖棉的酸度系數(shù)都在1.6以下。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。改變酸度系數(shù)能控制巖棉的生成物相,減少C2S物相的存在,避免其發(fā)生水化反應(yīng),能夠有效地改善其耐水性能。同時(shí),高酸度系數(shù)意味著堿含量小,纖維中硅氧鍵斷裂減少,強(qiáng)度提高。另外,堿金屬離子還易于吸附空氣中的水分,使微裂紋擴(kuò)展,降低堿含量可以降低該因素對(duì)強(qiáng)度的不利影響。3.2酸度系數(shù)對(duì)巖棉成纖率的影響若要提高酸度系數(shù),就必須提高熔體中SiO2和Al2O3的含量,使CaO和MgO含量相應(yīng)地有所降低,在鐵含量較低的情況下,勢(shì)必使熔體的黏度增大,以致難以保證巖棉纖維的品質(zhì)。含氧化鐵較低的熔體,當(dāng)其酸度系數(shù)為1.2左右時(shí),在最佳成纖溫度下具有寬而穩(wěn)定的黏度范圍,該情況下即使流股溫度波動(dòng)100℃,其纖維質(zhì)量和成纖率所受影響也不大。但是,隨著酸度系數(shù)逐步提高,熔體穩(wěn)定性變差,對(duì)溫度變化的敏感性也隨之提高,只要溫度略有波動(dòng),其黏度將發(fā)生較大幅度的變化,甚至無(wú)法成纖,這就是酸度系數(shù)變化對(duì)巖棉工藝造成難度的原因。改變配方后,提高熔制溫度,需要分析溫度提高后成纖效果和物相變化,以此摸索出適宜的熔制溫度和溫度控制方法。3.3噴膠系統(tǒng)的確定粘接劑與固化條件密切相關(guān),使用粘接劑的目的是將纖維形成空間立體的交織點(diǎn),并通過(guò)固化工藝將這種結(jié)構(gòu)固定。由于材料的開(kāi)裂總是在最薄弱之處開(kāi)始,固化劑的均勻性對(duì)強(qiáng)度影響很大,因此如何在高速成纖的情況下將粘接劑噴涂均勻則需要對(duì)噴膠系統(tǒng)進(jìn)行不斷的調(diào)整。增加粘接劑用量可增加纖維間的粘接強(qiáng)度,但粘接劑為有機(jī)材料,過(guò)量的粘接劑將使材料的燃燒性能達(dá)不到A級(jí)要求,因此必須進(jìn)一步研究粘接劑種類及加入量。3.4拉伸強(qiáng)度的變化巖棉保溫材料棉片打褶的目的是使棉片曲面疊加,以提高垂直于板面的拉伸強(qiáng)度。從目前強(qiáng)度破壞狀態(tài)看,打褶的深度應(yīng)進(jìn)一步提高,需要研究擺動(dòng)鋪氈技術(shù),優(yōu)化擺動(dòng)機(jī)構(gòu),保證形成連續(xù)的迭棉帶,包括擺動(dòng)鋪氈工藝參數(shù)的確定、迭棉帶成形工藝等。3.5巖棉材料在外墻外保溫工程中的應(yīng)用開(kāi)展保溫系統(tǒng)構(gòu)造形式、界面連接方式及配套材料的研究,通過(guò)改變保溫材料與墻體、保溫材料與保護(hù)層的連接方式,提高相互之間的連接能力,解決外墻保溫抗風(fēng)壓差、易脫落的問(wèn)題,建立施工技術(shù)規(guī)程,實(shí)現(xiàn)巖棉材料在外墻外保溫工程中的應(yīng)用。4建全巖棉產(chǎn)品配方巖棉無(wú)論是從性價(jià)比,還是從產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)來(lái)說(shuō),都是優(yōu)質(zhì)的A級(jí)