外墻外保溫用巖棉性能的影響因素

外墻外保溫用巖棉性能的影響因素

巖棉外包的使用仍然是一種a級(jí)防火材料，但在歐洲已經(jīng)超過(guò)了幾十年的歷史，并且提供了相對(duì)成熟的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)認(rèn)證指南。歐洲外墻外保溫巖棉的標(biāo)準(zhǔn)主要是《建筑外墻外保溫復(fù)合系統(tǒng)用礦物棉規(guī)范》即prEN13500-2003。該規(guī)范部分指標(biāo)引用《建筑保溫用人造礦物棉規(guī)范》(即EN13162-2001);在歐洲的系統(tǒng)認(rèn)證指南主要是《帶抹灰外墻外保溫復(fù)合系統(tǒng)的歐洲技術(shù)評(píng)定指南》,即EOTAETAG004(Match2000)。這些規(guī)范和指南對(duì)國(guó)內(nèi)外墻外保溫系統(tǒng)用巖棉的研究、生產(chǎn)和施工應(yīng)提供了重要的指導(dǎo)。巖棉應(yīng)用于外墻外保溫,可以是整個(gè)墻體使用巖棉保溫(使用巖棉板,纖維平行于墻面)同時(shí)具有外墻防火作用,也可以是巖棉配合其他保溫材料共同對(duì)墻體起保溫作用,同時(shí)巖棉帶起防火隔離的作用(稱隔離帶,纖維垂直于墻面)。酸度系數(shù)對(duì)產(chǎn)棉性能的影響盡管國(guó)內(nèi)有200余家?guī)r礦棉廠家,但絕大部分產(chǎn)家采用礦渣作為原料或主要原料,生產(chǎn)的棉產(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或者1.7)以上屬巖棉來(lái)劃分,這些不是巖棉產(chǎn)品,而是礦渣棉產(chǎn)品。這些棉產(chǎn)品的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到歐洲標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。這些不足主要體現(xiàn)見(jiàn)表1國(guó)內(nèi)大部分產(chǎn)家的巖棉產(chǎn)品性能狀況。干樣試驗(yàn)條件以下針對(duì)國(guó)內(nèi)廠家如何提高提高垂直于板面的抗拉強(qiáng)度(包括干樣和老化后)做一些探討。外墻外保溫用巖棉干樣垂直于板面的抗拉強(qiáng)度主要與下列因素有關(guān):(1)粘合劑特別處理、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)(內(nèi)在因素,最重要)。老化后垂直于板面的抗拉強(qiáng)度保留率除了干樣性能優(yōu)越外,還主要與粘合劑耐老化處理等因素有關(guān)。1、材料的不燃性能很多參數(shù)的作用是相互制約或者其共同作用受到限制的,粘合劑和密度就是受到不燃性能的限制。(1)粘合劑憎水耐老化等處理,對(duì)降低吸水性,提高耐老化等都有利。(2)隨著粘合劑用量增加、同時(shí)分布均勻,機(jī)械強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)。但粘合劑用量增加到了一定程度會(huì)影響不燃性能。(3)隨著產(chǎn)品密度的增加、同時(shí)纖維分布狀況良好,機(jī)械強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)。但到了一定程度也會(huì)影響不燃性能。當(dāng)然高密度還受工藝條件限制。估算式(1)是垂直于板面的抗拉強(qiáng)度估算式。從估算式中可以看出,隨著密度和粘合劑的增大,抗拉強(qiáng)度也隨著增大;單位粘合劑的貢獻(xiàn)是密度的10倍以上,即增加1個(gè)百分點(diǎn)的粘合劑略大于每立方米增加10kg的密度。但粘合劑和密度的增加是有限度的,圖1是考慮不燃性能的情況下,粘合劑(Y軸)和密度(X軸)用量限制的曲線。在曲線的左下側(cè),產(chǎn)品可以達(dá)到A級(jí)不燃性能;但在曲線的右上側(cè),產(chǎn)品則達(dá)不到A級(jí)不燃性能。即為達(dá)到A級(jí)不燃性能,產(chǎn)品的密度和粘合劑選取數(shù)交會(huì)點(diǎn)必須落在曲線左下側(cè)。外墻外保溫用巖棉必須達(dá)到A級(jí)不燃性能,其密度和粘合劑的量就受到這種限制。2、機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)從巖棉板的側(cè)面看,正常產(chǎn)品的纖維分布是水平的?？梢酝ㄟ^(guò)一定的工藝處理,讓纖維呈現(xiàn)一定程度的三維立體交錯(cuò)分布。由于纖維立體分布,機(jī)械性能各向異性明顯!適度的纖維三維立體交錯(cuò)分布,能夠提高垂直于板面的抗拉強(qiáng)度,又不明顯地影響其他機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)。兩條估算式分別是抗拉強(qiáng)度估算式(2)和某一個(gè)方向的剪切強(qiáng)度估算式。從抗拉強(qiáng)度估算式(2)可以看出,隨著三維立體交錯(cuò)(Cr和Io)的增加,抗拉強(qiáng)度隨著增加;但是從A向的剪切強(qiáng)度估算式(3)可以看出,隨著三維立體交錯(cuò)(Cr和Io)的增加,剪切強(qiáng)度隨著下降(常數(shù)-b2和-c2)。故控制適度的纖維三維立體交錯(cuò)分布,可以增強(qiáng)抗拉強(qiáng)度,其貢獻(xiàn)大于密度。纖維三維立體交錯(cuò)分布,還會(huì)影響導(dǎo)熱系數(shù)。纖維水平分布,垂直于板面的導(dǎo)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,板材保溫效果略為下降。不過(guò)用于防火隔離帶的巖棉切條剛好反過(guò)來(lái),即隨著纖維立體分布的增加,切條保溫效果略為增強(qiáng),因原來(lái)纖維方向的通道減少了。3、密度和酸度對(duì)巖棉力學(xué)性能的影響熔體配方的酸度系數(shù)(Ratio=(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO))是纖維內(nèi)在的因素,最為重要。它影響了產(chǎn)品的很多重要性能,對(duì)外墻外保溫用巖棉的影響主要有:干樣和老化后機(jī)械強(qiáng)度;熱穩(wěn)定性能。(1)干樣和老化后機(jī)械強(qiáng)度圖2是酸度系數(shù)與點(diǎn)載荷的關(guān)系圖(密度180kg/m3,粘合劑3.5%～4%),由圖可以發(fā)現(xiàn),酸度系數(shù)越高,點(diǎn)載荷性能也越高;圖3是酸度系數(shù)與垂直于板面抗拉強(qiáng)度的關(guān)系圖(密度180kg/m3),表2是數(shù)據(jù)表。由圖表可以發(fā)現(xiàn),酸度系數(shù)越高,垂直于板面抗拉強(qiáng)度也越高。圖6、圖7和8是酸度系數(shù)與纖維方向的抗拉強(qiáng)度和老化后性能保留率的關(guān)系圖(密度105,120,180kg/m3),表3是數(shù)據(jù)表。由圖表可以發(fā)現(xiàn),酸度系數(shù)越高,纖維方向的抗拉強(qiáng)度也越高,老化后性能保留率也越好;估算式(4)是基于表3的數(shù)據(jù)算出來(lái)的酸度系數(shù)和密度對(duì)纖維方向抗拉強(qiáng)度影響的估算式,從估算式可以發(fā)現(xiàn),酸度系數(shù)的貢獻(xiàn)巨大,是密度的100余倍。即增加0.1的酸度系數(shù),對(duì)纖維方向抗拉強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于增加10kg/m3的密度。盡管酸度系數(shù)大于1.6(也有認(rèn)為大于1.5)的產(chǎn)品屬于巖棉產(chǎn)品,但酸度系數(shù)1.7以下產(chǎn)品機(jī)械強(qiáng)度較低,抗拉強(qiáng)度很難達(dá)到歐標(biāo)的要求。(2)熱穩(wěn)定性能表4是酸度系數(shù)影響熱穩(wěn)定性能的數(shù)據(jù)(密度100-120kg/m3);圖9是實(shí)驗(yàn)前后產(chǎn)品的對(duì)照照片。從表4可以看出,酸度系數(shù)越低,受熱后產(chǎn)品體積保留率越低,即產(chǎn)品萎縮變形越明顯。其耐火時(shí)間極限也就越短。船舶產(chǎn)品規(guī)范CG/Z007-94雖然對(duì)巖棉沒(méi)有機(jī)械強(qiáng)度的要求,但也針對(duì)酸度系數(shù)提出具體的要求。抗剪切強(qiáng)度的要求從文章探討中可以得出建議,生產(chǎn)外墻外保溫用巖棉應(yīng)該具備如下要求:1、酸度系數(shù)應(yīng)大于1.7;2、比較高的密度,如板材在140-200kg/m3,隔離帶應(yīng)大于100kg/m3;3、適當(dāng)?shù)睦w維立體分布;4、特殊處理過(guò)的粘合劑。