外墻外保溫用巖棉產(chǎn)品標準和認證指南

外墻外保溫用巖棉產(chǎn)品標準和認證指南

在中國，巖棉作為一種a級防火材料，在外部外部系統(tǒng)中很少見。然而，在歐洲，它有著幾十年的發(fā)展歷史和成熟的產(chǎn)品標準和系統(tǒng)認證指南。歐洲外墻外保溫用巖棉的產(chǎn)品標準主要是prEN13500-2003《建筑外墻外保溫復合系統(tǒng)用礦物棉規(guī)范》(Thermalinsulationproductsforbuildings-Externalthermalinsulationcompositesystems(ETICS)basedonmineralwool-Specification),該規(guī)范的部分指標引用了EN13162-2001《建筑保溫用人造礦物棉規(guī)范》。在歐洲,該系統(tǒng)的認證指南主要是《帶抹灰外墻外保溫復合系統(tǒng)的歐洲技術(shù)評定指南》,即EOTAETAG004(Match2000)。這些規(guī)范和指南對我國外墻外保溫系統(tǒng)用巖棉的研究、生產(chǎn)和施工提供了重要的指導。巖棉應用于外墻外保溫,其形式可以是整個墻體使用巖棉保溫(使用巖棉板,纖維平行于墻面),同時具有外墻防火的作用;也可以配合其他保溫材料使用,其中巖棉帶起防火隔離的作用(稱隔離帶,纖維垂直于墻面)。1原料酸度系數(shù)我國目前有巖礦棉生產(chǎn)廠家200余家,但絕大部分都采用礦渣作為原料或主要原料,產(chǎn)品酸度系數(shù)普遍在1.5以下,按照酸度系數(shù)1.6(也有提出1.5或1.7)以上才屬于巖棉這一標準來劃分,這些產(chǎn)品并不是巖棉產(chǎn)品,而是礦渣棉產(chǎn)品,其性能遠遠達不到歐洲標準的技術(shù)要求。國內(nèi)主要巖棉產(chǎn)品的性能見表1。2下一步的強度下面就國內(nèi)如何提高巖棉垂直于板面的抗拉強度(包括干樣和老化后)進行探討。外墻外保溫用巖棉干樣垂直于板面的抗拉強度主要與以下因素有關(guān):(1)黏合劑特別處理、用量和分布狀況;(2)產(chǎn)品密度、纖維均勻分布狀況;(3)纖維三維立體分布狀況;(4)熔體配方的酸度系數(shù)(此為內(nèi)在因素,也最為重要)。巖棉老化后垂直于板面的抗拉強度保留率除了干樣性能優(yōu)越外,還與黏合劑耐老化處理等因素有關(guān)。2.1產(chǎn)品密度對不燃性能的影響很多參數(shù)的作用是相互制約或者其共同作用受到限制的,黏合劑和密度就受到不燃性能的限制。(1)對黏合劑進行憎水耐老化等處理有利于降低其吸水性,提高其耐老化等性能。(2)隨著黏合劑用量的增加,分布均勻,機械強度會增強。但黏合劑用量增加到一定程度就會影響其不燃性能(參照GB8624-1997《建筑材料燃燒性能分級方法》,主要是燃燒熱值和爐內(nèi)溫度都太高)。(3)隨著產(chǎn)品密度的增加,纖維分布狀況良好,機械強度也會增強,但密度增加到一定程度也會影響不燃性能。高密度還受到工藝條件的限制。垂直于板面的抗拉強度估算式為:TensileS=-30.466+0.223Density+2.909Binder(1)式中:TensileS—垂直于板面抗拉強度(kPa);Density—密度(kg/m3);Binder—黏合劑百分比(%)。從式中可以看出,抗拉強度隨著密度和黏合劑的增大而增大。單位黏合劑的貢獻率是密度的10倍以上,即增加1個百分點的黏合劑略大于每立方米增加10kg的密度。但黏合劑和密度的增加是有限度的,圖1為考慮不燃性能的情況下黏合劑和密度的用量限制曲線。由圖1可以看出,在曲線的左下側(cè),產(chǎn)品可以達到A級不燃性能;但在曲線的右上側(cè),產(chǎn)品則達不到A級不燃性能。也就是為達到A級不燃性能,產(chǎn)品的密度和黏合劑取值的交會點必須落在曲線左下側(cè)。外墻外保溫用巖棉要達到A級不燃性能,其密度和黏合劑的用量就會受到這種限制。2.2維立體交錯cr、o剪切強度從巖棉板的側(cè)面可以看出,正常產(chǎn)品的纖維分布是水平的,但可以通過一定的工藝處理使纖維呈現(xiàn)出一定程度的三維立體交錯分布。纖維立體分布導致機械性能各向異性明顯。適度的纖維三維立體交錯分布,能夠提高垂直于板面的抗拉強度,又對其他機械強度和導熱系數(shù)影響不明顯。抗拉強度的估算式為:TensileS=-al+0.096Cr+blIo+0.0811Density+0.8733Binder(2)某一個方向的剪切強度估算式為:ShearS=-a2-b2Cr-c2Io+d2Density+e2Binder(3)式中:TensileS—垂直于板面抗拉強度(kPa);Density—密度(kg/m3);Binder—黏合劑百分比(%);Cr—A向立體交錯比例(%);Io—B向立體交錯比例(%);ShearS—A向的剪切強度(kg/m3)。從式(2)可以看出,隨著三維立體交錯(Cr和Io)的增加,抗拉強度也隨之增加;但從式(3)可以看出,隨著三維立體交錯(Cr和Io)的增加,剪切強度隨之下降(常數(shù)-b2和-c2)。故控制適度的纖維三維立體交錯分布可以增強抗拉強度,其貢獻率大于密度。纖維三維立體交錯分布還會影響導熱系數(shù)。纖維水平分布時,巖棉垂直于板面的導熱系數(shù)低于纖維立體分布,即隨著纖維立體分布的增加,空氣通道略增加,板材的保溫效果略為下降。但是用于防火隔離帶的巖棉切條則剛好相反,即隨著纖維立體分布的增加,切條的保溫效果略為增強,這是由于原來纖維方向的通道減少了。2.3纖維內(nèi)在因素熔體配方的酸度系數(shù)(Ratio=(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO))是纖維內(nèi)在的因素,也最為重要。對外墻外保溫用巖棉的影響主要有干樣和老化后的機械強度和熱穩(wěn)定性能。2.3.1酸度系數(shù)和密度對纖維方向拉伸性能的影響密度為180kg/m3、黏合劑為3.5%~4%時,酸度系數(shù)與點載荷的關(guān)系見圖2。由圖2可知,酸度系數(shù)越高,點載荷性能也越高。密度為180kg/m3時,酸度系數(shù)與垂直于板面抗拉強度的關(guān)系見圖3,相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。由圖3和表2可知,酸度系數(shù)越高,垂直于板面抗拉強度也越高。圖4、圖5分別為密度105kg/m3和120kg/m3情況下,酸度系數(shù)與抗剪切強度的關(guān)系。由圖4、圖5可知,酸度系數(shù)越高,抗剪切強度也越高。圖6、圖7、圖8分別是密度為105kg/m3、120kg/m3、180kg/m3情況下,酸度系數(shù)與纖維方向的抗拉強度和老化后性能保留率的關(guān)系,相關(guān)數(shù)據(jù)見表3。由圖6、圖7、圖8和表3可知,酸度系數(shù)越高,纖維方向的抗拉強度也越高,老化后性能保留率也越好?；诒?所列數(shù)據(jù)計算出來的酸度系數(shù)和密度對纖維方向抗拉強度影響的估算式為:TensileS=-243.62+159.42Ratio+1.46Density(4)式中:TensileS—纖維方向抗拉強度(kPa);Ratio—酸度系數(shù);Density—密度(kg/m3)。由上式可知,酸度系數(shù)對纖維方向抗拉強度的貢獻率巨大,是密度的100余倍。即酸度系數(shù)增加0.1,對纖維方向抗拉強度的貢獻大于密度增加10kg/m3。盡管酸度系數(shù)大于1.6(也有認為大于1.5)的產(chǎn)品才屬于巖棉產(chǎn)品,但酸度系數(shù)1.7以下產(chǎn)品的機械強度較低,抗拉強度很難達到歐標要求。2.3.2實驗前后的產(chǎn)品對比密度為100kg/m3~120kg/m3時,酸度系數(shù)對熱穩(wěn)定性能影響的相關(guān)數(shù)據(jù)見表4,實驗前后的產(chǎn)品對比見圖9。由表4可知,酸度系數(shù)越低,受熱后產(chǎn)品的體積保留率越低,即產(chǎn)品萎縮變形越明顯,耐火時間極限也就越短。CG/Z007-94《船用礦物棉制品的試驗方法與檢驗》雖然對巖棉的機械強度沒有要求,但也針對酸度系數(shù)提出了具體要求。3密度和隔離帶的控制綜上所述,建議生產(chǎn)外墻外保溫用巖棉時應該符合如下要求:(1)巖棉產(chǎn)