建筑用岩棉板应用（精选4篇）
建筑用岩棉板应用 篇1
0 引言
传统的聚苯板、聚氨酯等外墙保温材料在外墙外保温层未发生变化时, 具有良好的保温节能效果, 但由于这些传统的外墙保温材料在燃烧的过程中释放出大量的热量的同时, 也会释放出大量的剧毒气体, 导致采用这种材料做外墙保温存在的弊端和问题越来越多。所以急需一种既能达到跟传统保温材料同等保温效果又能阻燃的新型节能安全材料代替传统的建筑外墙保温材料。岩棉就是在这种情况下应运而生的, 它是一种既具有保温效果又能阻燃的新型节能安全材料, 可采用现场复合墙体和工厂预制复合墙体两种形式, 具有广阔的市场应用前景, 尤其是在北方寒冷地区。
1 传统外墙保温材料的弊端分析
1.1 安全危害突出。
传统外墙保温材料的特点是耐热性能差、易燃烧等, 虽然能够释放大量热量, 但同时也会释放大量有毒气体, 一旦发生火灾, 就是最容易对人员造成伤害的因素。
1.2 耐久性差, 易引发民怨。
耐久性是建筑最重要的一个特征, 国家要求民用建筑的寿命至少要五十年, 而传统外墙保温材料的有效使用年限一般是二十五年左右, 甚至更少。
1.3 将会产生大量的建筑垃圾, 污染环境。
外墙保温多种多样, 传统外墙保温是由多种材料复合而成的, 现场粘结施工。由于民用建筑的使用寿命要两倍于传统外墙保温材料, 说明了中间至少需要更换一次保温材料。而每更换一次保温材料, 不仅经济消耗巨大, 更重要的是会产生大量的建筑垃圾, 严重污染了我们赖以生存的自然环境。
2 保温岩棉复合板的优势分析
2.1 保温性能好
复合岩棉中的是采用优质岩棉复合而成的。标准要求导热系数W/ (m/K) ≤0.044;憎水率≥98.0%;吸水率≤5%;热荷重收缩度≥600℃, 本产品导热系数W/ (m/K) =0.043;憎水率=98.30%;吸水率=3.6%;热荷重收缩度=660℃。
2.2 防火隔音性能好
岩棉复合板板材属于不燃A级产品, 具有良好的防火性能。岩棉复合板专门设计的防火系统则可以达成0.5~4小时的耐火极限, 保护建筑物内部使用人员及财产的安全。
岩棉良好的隔音性能保证了岩棉复合板板材的基本隔声量达到31db。同时, 对于有吸音要求的项目, 内表面打孔处理的岩棉复合板板材则可以同时满足隔声和吸音要求。
2.3 经济性好、综合成本低
岩棉复合板具有非常优异的结构性能, 是高强度的自承重产品。板材仅需两端固定在主结构上, 无需檩条, 便可以使其跨度达到普通同类板材的2~5倍, 最大设计单跨可达12m (根据应用的荷载和选用板材的厚度) , 能够节省大量的次结构用量, 节省综合成本。
由于岩棉复合板板材是按照项目尺寸预制, 最大限度避免了施工现场的切割, 安装时岩棉复合板板材本身的接口简单易于安装, 而且由于板材的强度高, 跨度大, 固定点少 (一般仅需两端固定即可) 更是大大地简化了安装程序, 缩短了施工周期。
2.4 防火性能优良
岩棉本身是非常好的保温材料, 0.034w/mk的导热系数保证了80mm厚岩棉复合板板材就符合常规节能建筑的外墙保温标准, 而50mm-240mm之间更为宽泛的厚度选择为不同隔热要求的个体项目提供了全面的解决方案, 广泛应用于保温墙体, 岩棉复合板具有优异的保温隔热性能。
2.5 优越的耐侯性能和抗冲击性能
复合岩棉、玻璃棉板中的饰面板是采用高强耐侯的水泥纤维板作为防护层。标准密度 (g/cm3) 1.4<D≥1.7, 检测密度 (g/cm3) =1.6;标准吸水率≤28%, 检测吸水率21%;标准抗冻性无破裂无分层, 检测抗冻性无破裂无分层;标准耐湿率≤0.23%, 检测耐湿率=0.13%;标准抗折强度气干≥18MPa饱水≥14MPa, 检测抗折强度气干=19MPa饱水=15MPa;标准抗冲击强度≥2.0k J/m2, 检测抗冲击强度=4.0k J/m2。
2.6 产节能环保
新型保温装饰一体化板是通过流水线生产, 集保温、防水、饰面等功能于一体, 是满足当前房屋建筑节能需求, 提高工业与民用建筑外墙保温水平的优选材料, 也是对既有建筑节能改造的首选材料。
3 建筑外墙保温岩棉复合板的施工工艺
由岩棉板保温层、固定材料 (胶粘剂、锚固件等) 、抹面层 (或找平层) 和饰面层构成, 并固定在外墙外表面的非承重保温构造总称, 简称岩棉板外保温系统。该系统包括岩棉板复合浆料外墙外保温系统和岩棉板增强网薄抹灰外墙外保温系统。
3.1 施工准备
3.1.1 现场交接准备
进入现场, 须对进行上道工序进行交接验收, 并办理相应的手续。
3.1.2 技术准备
(1) 组织图纸学习和会审, 尽可能把设计图纸上的疑问解决在施工之前。 (2) 修订和编制施工组织设计和施工方案, 报业主和监理认可。 (3) 根据工程需要加密现场的平面和高程控制点, 并且加以保护。
3.1.3 物资准备
三大工具和主要材料设备。采用规格为1200mm*600mm的岩棉板, 表观密度为140kg/m3。
3.2 主要施工工具
本外墙系统施工主要工具有不锈钢抹子、槽抹子、搓抹子、角抹子、700-1000r/min电动搅拌器 (或可调速电钻加配搅拌器) 、专用锯齿抹子以及粘有大于20粒度粗砂纸的不锈钢打磨抹子等。此外尚需配电热丝切割器、冲击钻、靠尺、刷子、多用刀、灰浆托板、拉线、弹线墨盒、开槽器、皮尺、毛辊等一般施工工具以及操作人员必须的劳保用品等。
3.3 项目施工将严格按岩棉复合板施工程序图进行施工 (如图1所示)
4 工程实例
该工程为内蒙古鄂尔多斯的毛乌素沙漠煤矿3栋单身公寓楼, 建筑平面尺寸为50.9m×20.48m, 层数为6层, 高度为20.55m。主体为砖混结构, ±0.000以上采用烧结多孔砖, 外墙面饰面做法为涂刷烟灰色外墙涂料。外墙外保温图纸原设计做法为45厚挤塑聚苯板。由于公消2011第65号红头文件规定民用建筑外墙保温材料必须采用燃烧性能为A级的防火保温材料, 故将单身公寓外墙外保温改为岩棉复合板, 燃烧性能为A级厚度为60mm。应用岩棉板后建筑外墙的防火安全性大幅提高且缩短了工期, 取得了很好的经济及社会效益。
5 应用效果分析
5.1 耐候性试验
为了验证岩棉板外墙外保温构造系统的稳定性可靠性及耐温度应力变化等性能, 按照行标JGJ144-2004的要求对现浇岩棉板外墙外保温系统进行耐候性试验。验证在经过热/雨周期80次循环并放置48h后, 经热/冷周期5次循环检验, 试件未出现开裂、空鼓或脱落现象, 试验后试件的面层拉仲粘结强度大于0.1MPa, 破坏界面符合标准要求。通过该试验证实, 岩棉板外墙外保温系统是稳定可靠的, 具有很好的耐候性能, 能够抵抗巨大温度应力的影响。
5.2 热工性能试验
为了验证岩棉板外墙外保温系统的热工性能, 对岩棉板复合各构造层后的热工性能进行了测试。各墙体层代号具体名称及构造原材料如表1, 试验测试结果见表2。可以看出, 在复合岩棉板保温层后, 热阻显著增大, 而传热系数明显降低, 这也证实了岩棉板外墙外保温系统的热工性能是可靠且高效的, 利用岩棉板进行外墙保温是可行的, 同时也可满足国家相应标准的要求。
6 结论
由于岩棉具有优良的保温隔热, 比起泡沫它还具有良好的防火功能, 非常适合于建筑外墙保温隔热, 即防止冬天的热损失和夏天的热增益。岩棉复合墙体的推广对我国尤其是北方寒冷地区的建筑节岩棉复合板能具有重要的意义。
参考文献
[1]朱春玲.外保温系统火灾场景及防火试验方法[J].建筑科学, 2012 (08) .
[2]谭丹君, 王莹, 王鹏起, 赵金平.我国岩棉不燃型外墙外保温材料的应用与存在问题[J].新型建筑材料, 2011 (11) .
[3]张永进, 张毅.外墙外保温系统防火现状及进展研究[J].新型建筑材料, 2011 (08) .
[4]何忠全.建筑外墙外保温系统防火构造措施作用机理探究[D].太原理工大学, 2011.
[5]范娟.民用建筑外墙外保温技术的分析与实施[D].山东大学, 2011.
[6]袁志能.建筑岩棉的腐蚀行为和力学性能研究及应用经济性[D].华东理工大学, 2014.
建筑节能用岩棉性能的研究 篇2
1 实验
1.1 原材料
由摆锤法生产的3种岩棉板和1种岩棉带,见表1。
1.2 相关应用技术规范
EN 13500《岩棉外墙外保温复合系统(ETICS)标准》;EN13162《Thermal insulation products for buildings factory made mineral wool(MW)products specification》;GB/T 10294—2008《稳态热阻及有关特性的测定-防护热板法》;EN 1607《Thermal insulating products for building applications determination of tensile strength perpendicular to faces》;EN 1609《Thermal insulating products for building applications determination of short term water absorption by partial immersion》;ETAG 004《Guideline for European technical approval of external thermal insulation composite systems with rendering》;EN 12087《Thermal insulating products for building applications determination of long term water absorption by immersion》。
2 岩棉板及岩棉带性能实验结果与分析
2.1 导热系数的测定实验结果及分析
根据GB/T 10294—2008的方法测试岩棉板及岩棉带的导热系数。热阻可以衡量材料抵抗热流传递的能力,岩棉板及岩棉带的热阻可以用厚度除以导热系数来计算。实验采用MW-100A、MW-120A、MW-160A、MW-120B的4种不同类型岩棉板及岩棉带,试件尺寸均为300 mm×300 mm,导热系数实验结果见图1。
从图1可以看出,各试件的导热系数均不大于0.042 W/(m·K),满足EN 13500的要求。随着温度升高岩棉板及岩棉带的导热系数均有增大的趋势。这是由于随着温度升高,岩棉纤维和孔隙的辐射传热增大,导致导热系数增大,由25℃升温至70℃时,岩棉导热系数平均增大了5.26%,表现出岩棉良好的热稳定性[3]。岩棉板及岩棉带可以视为由岩棉纤维和孔隙组成的多孔固体材料,其导热系数受到密度、孔隙大小及特性、温度、湿度的影响。随着密度增大,岩棉纤维之间的孔隙缩小,孔隙中的空气对流传热降低,导热系数相应变小。当密度达到一定程度之后,导热系数变小的趋势减小,这是由于随着孔隙尺寸缩小,孔隙中空气对流越来越不明显,当孔隙尺寸缩小到一定尺寸时,孔隙接近真空状态,导热系数降到最低。如果孔隙尺寸继续缩小,导热系数由于受到岩棉纤维导热的影响反而增大。MW-120A与MW-120B的导热系数相同,表明相同密度的岩棉板与岩棉带导热系数相同。
2.2 岩棉板及岩棉带抗拉强度实验及分析
岩棉板及岩棉带的抗拉强度按照EN 1607中的实验方法进行。MW-100A、MW-120A、MW-160A试件(尺寸均为200mm×200 mm),不同密度的试件以及用MW-100A制成尺寸分别为100 mm×100 mm、150 mm×150 mm、200 mm×200 mm的试件进行抗拉强度实验。实验结果见图2和图3。
从图2和图3可以看出,MW-100A、MW-120A、MW-160A的抗拉强度分别为13.1 k Pa、13.6 k Pa、14.4 k Pa,符合EN 13500中高于7.5 k Pa,低于15 k Pa的规定,可以在外墙保温体系中使用,但是不能采用粘结固定的形式,适宜采用型材固定、加强锚栓、预埋钢筋等方式固定。MW-120B的垂直表面抗拉强度为104.3 k Pa,高于规范80 k Pa的要求,可以使用粘结固定。从图2可知,随着密度增大,岩棉板的抗拉强度随之增大,但是抗拉强度增大的幅度逐渐减小。密度由100 kg/m2增大到120 kg/m2时,密度增加了20%,抗拉强度增加了3.8%;当密度由120 kg/m2增大到160 kg/m2时,密度增加了33%,强度仅增加了5.9%。由图3可以看出,抗拉强度随着试件尺寸增大而提高。当尺寸由100 mm×100 mm增大到150 mm×150mm时,抗拉强度增大了8.8%;由150 mm×150 mm增大到200 mm×200 mm时,抗拉强度增大了9.7%。
2.3 岩棉板及岩棉带短期部分浸泡实验及分析
按EN 1609的规定,测量试件部分浸泡24 h吸水量的方法与ETAG004的方法存在分歧,ETAG004要求试件四周密封,只允许底面与水接触,然而EN 1609未要求密封。本实验采用以上2种方法并进行对比。MW-120A和MW-120B(尺寸均为200 mm×200 mm)经部分浸泡24 h的吸水量,测试MW-120A密封、MW-120A未密封、MW-120B密封、MW-120B未密封的试件,浸水24 h取出干燥10 min,吸水量平均值分别为0.331、0.394、0.350、0.410 kg/m2;浸水24 h取出干燥24 h后,吸水量平均值为0。浸泡随时间变化的规律见图4。
由图4可以看出:(1)岩棉板及岩棉带部分浸泡24 h吸水量低于EN 13162的规定值,两者24 h部分浸泡的吸水量均符合规定。(2)岩棉板及岩棉带通过蒸发散失水分,经24 h吸水之后于24 h内就几乎把其吸收的水分全部散失,表明其具有良好的透气性。(3)岩棉板及岩棉带试件四周是否密封对检测岩棉板及岩棉带24 h吸水量有很大的影响,其原因在于四周密封减小了岩棉板与水的接触面积,相应地减小了毛细作用的面积。(4)工程应用中,正常情况下岩棉板只能通过粘结面吸附砂浆渗透过来的水分,故而测量岩棉的吸水量还是四周密封为佳,以便与实际工程应用吻合。
2.4 岩棉板及岩棉带长期部分浸泡实验及分析
按照EN 12087的方法,对MW-120A、MW-120B(200mm×200 mm)28 d部分浸泡的吸水量进行测试。MW-120A密封、MW-120A未密封、MW-120B密封、MW-120B未密封,经浸水28 d取出干燥10 min,试样吸水量平均值测试结果分别为1.300、1.332、1.297、1.340 kg/m2;而浸水28 d取出干燥24h后,吸水量平均值接近0。浸泡时间对吸水量的影响规律见图5。
由图5可以看出:(1)岩棉板及岩棉带28 d部分浸泡吸水量低于EN 13162的规定值。(2)MW-120A密封试件与非密封试件实验结果相同,表明MW-120A经28 d部分浸泡其吸水量与四周是否密封的试件基本没有影响;MW-120B密封试件与非密封试件实验结果相同,表明MW-120B及岩棉带28 d浸泡其吸水量试件与四周是否密封没有影响;MW-120A密封试件与MW-120B密封试件实验结果相同,MW-120A、MW-120B的24 h部分浸泡吸水量略有不同,但两者28 d的部分浸泡吸水量相同。(3)岩棉板及岩棉带试件四周密封对24 h部分浸泡吸水量影响比较明显,28 d部分浸泡吸水量在浸水的前7 d略有差异,后期基本相同。(4)图5符合毛细吸水过程的规律,早期吸水速率大于蒸发速率,材料吸水,然后吸水速度逐渐降低,吸水速率也随之下降,当吸水速率等于蒸发速率时,材料的吸水量达到极值,然后维持不变。(5)岩棉板通过蒸发散失水分,在28 d吸水之后,经24 h干燥其吸收的水分几乎全部散失,表明其具有良好的透气性能。
2.5 岩棉板及岩棉带潮湿状态的强度保留率实验及分析
对MW-120A、MW-120B(200 mm×200 mm)进行岩棉板及岩棉带潮湿状态下强度保留率的试验。
实验采取了2种方法:方法一:将试件放置在(70±2)℃、相对湿度(95±5)%的养护箱中分别养护7 d、28 d,取出后放置在(23±2)℃、相对湿度(50±5)%的环境中养护。当试件达到恒重后测量其抗拉强度,计算其强度保留率。方法二:第一阶段:准备一水槽,水温(60±5)℃,在其上放置试件,试件应紧密放置(或者用泡沫材料填满试件之间的空隙),使得水蒸气不会从空隙间渗入试件。试件的另一表面覆盖一块铝板,四周也用泡沫材料包裹,保证水蒸气只从一个表面渗入试件。第二阶段:持续保持第一阶段中的状态5 d,然后取出,用塑料袋密封放置在(23±2)℃环境中养护。待养护至7 d、28 d,从塑料袋中取出试件并放置在温度为(23±2)℃、相对湿度为(50±5)%的环境中,待试件恒重后测试其抗拉强度,计算其强度保留率。试验结果见图6。
由图6可知,(1)MW-120A、MW-120B 2种岩棉板7 d、28 d的强度保留率均符合ETAG 004中不应低于50%的要求。(2)方法一中潮湿状态下的MW-120A试件7 d强度下降14.63%,28 d强度下降26.48%,试件8~28 d的强度下降11.85%,比前7 d的强度下降率减小2.78个百分点;MW-120B试件7 d强度下降10%,28 d强度下降19%,试件8~28d强度下降了9%,较前7 d减小1个百分点。方法二潮湿状态下MW-120A试件7 d强度下降11.27%,28 d强度下降25.01%,8~28 d强度下降13.73%,较前7 d的下降率增大2.46个百分点;MW-120B试件7 d强度下降8.25%,8~28 d强度下降9.22%,比前7 d的强度下降率增大0.97个百分点。可见水分对岩棉强度的影响很大。(3)对于MW-120A试件,方法一比方法二的7 d强度下降率增大3.36个百分点,28 d强度下降率方法一比方法二增大1.47个百分点;对于MW-120B试件,7 d强度下降率方法一比方法二增大1.75个百分点,28 d强度下降率方法一比方法二增大1.53个百分点。对比2种试验结果相差很小,方法二操作简便,对实验仪器要求简单,故可以采取方法二代替方法一。(4)当岩棉板及岩棉带长期处于潮湿环境中,强度在初期下降幅度很大,后期下降的幅度有所减缓。因些,控制岩棉板及岩棉带的吸水量是十分必要的。
3 结语
(1)MW-120A类岩棉板常温(25℃)时的导热系数为0.037W/(m·K),抗拉强度13.6 k Pa;MW-120B类岩棉带常温(25℃)时的导热系数为0.037 W/(m·K),抗拉强度104.3 k Pa。MW-120A和MW-120B均符合相关规定要求。但是MW-120A的抗拉强度较低,不适用粘结固定,宜使用型材固定,或加强锚栓、预埋钢筋等方式固定;MW-120B的抗拉强度较高,可以使用粘结固定。
(2)岩棉板的吸水能力强,吸水之后强度下降。通过潮湿状态下的强度保留率实验发现,MW-120B及岩棉带吸水之后强度下降接近20%,但其强度仍在80 k Pa以上,低强度的岩棉板MW-120A吸水之后强度下降较大约为25%。值得注意的是,潮湿状态下7 d的强度下降率与8~28 d的强度下降率基本相等,可见,一旦岩棉板吸水之后,短期强度下降较快,下降幅度较大,必须注意岩棉在保温工程中应用的防水问题。
参考文献
[1]蔡凤武,姚文生,刘晓波.岩棉保温材料性能探讨[J].河北建筑工程学院学报,2011,29(1):49-52.
[2]李晓梅,曹玉柱,郑松青.建筑外墙外保温用岩棉性能及应用[J].辽宁建材,2011(2):41-45.
建筑用岩棉板应用 篇3
关键词：卷烟厂房,岩棉彩钢复合板,围护结构,节能
工业建筑外墙是建筑围护结构的重要能耗部位, 合理选择围护结构的材料, 满足厂房使用功能, 防火和节能效果更佳等尤为重要。
1 外围护结构热工设计相关技术指标的确定
围护结构热工性能与投资增量经济模型的准确性是经济、技术分析的关键。非透明围护结构 (外墙、屋顶) 的热工性能主要以传热系数来衡量。外墙的传热系数采用平均传热系数即K值。夏热冬冷地区要同时考虑冬季保温和夏季隔热, 不同于北方供暖建筑主要考虑单向的传热过程。能耗分析结果表明, 在该气候区改变围护结构传热系数时, 随着K值的减少, 能耗并非按线性规律变化:提高屋顶热工性能总是能带来更好的节能效果;但是提高外墙的热工性能时, 全年供冷能耗量增加, 供热能耗量减少, 变化幅度接近, 导致节能效果不明显。但是考虑到随着人们生活水平以及生产厂房环境适应的日益提高, 该地区对室内环境热舒适度的要求越来越高, 因此对该地区围护结构保温性能的要求也做出了相应的提高。
西南地区 (夏热冬冷地区) 外墙传热系数限值:传热系数K≤1.0 W/ (m2·K) ;北方地区 (寒冷地区) 当体形系数≤0.3时, K≤0.50;当0.3<体形系数≤0.4时, K≤0.45[1]。
2 墙体保温传统做法
2.1 外墙外保温
外墙外保温是一种把保温层放置在主体墙材外面的保温做法, 其基本构造见图1。其大致分为A型———粘贴保温板外保温系统、B型———胶粉EPS颗粒保温胶料外保温系统、C型———EPS板现浇混凝土外保温系统、D型———EPS钢丝网架板现浇混凝土外保温系统、E型———胶粉EPS颗粒浆料贴砌EPS板外保温系统、F型———现场喷涂硬泡PUR外保温系统、G型———保温装饰板外保温系统几类[2,3]。
2.2 外墙内保温
外墙内保温用于墙面内表面的非承重保温构造, 主要由保温层和防护层组成, 与基层墙体的连接方法可为粘接、自粘接或机械连接, 必要时设置隔蒸汽层, 简称内保温系统[2,3]。
其基本构造见图2。
3 岩棉板外墙保温系统
岩棉复合板外墙保温系统是以彩钢板为面层, 岩棉、防火、阻燃的保温材料作芯层的新型外墙建筑材料, 主要由立柱、内外金属面板、岩棉构成, 其构造见图3。岩棉彩钢复合板与传统的保温材料相比, 具有密度小、导热系数低、吸音及密封性好, 不燃、不蛀、施工方便, 综合造价低, 抗弯, 抗腐蚀, 外型美观等明显优势[2,4]。
品质主要特征:1) 隔热保温效果好, 在常温条件下 (25℃左右) 岩棉板使用芯材密度为120 kg/m3~140 kg/m3, 它们的传热系数通常在0.03 W/ (m2·K) ~0.05 W/ (m2·K) [5]。2) 强度高, 可作围护结构, 承重结构, 抗弯抗压, 一般房屋不用梁柱。3) 色泽鲜艳, 无需表面装饰。4) 安装灵活快捷, 施工周期可缩短40%以上。
4 岩棉彩钢复合板的防火性能
岩棉、矿渣棉制品本身属无机质硅酸盐纤维, 是不可燃的, 防火等级可以达到A级, 在火灾中不产生大量烟雾及有毒气体或融滴物;最高使用温度不小于700℃、熔点不小于1 000℃, 在最高使用温度下线收缩率小于1%, 在火灾或高温情况, 也能长时间保持结构的稳定。防火测试标准温度—时间曲线见图4, 不同火灾阶段温度曲线见图5。
5 采用岩棉彩钢复合板围护与传统建筑围护的节能比较
1) 可适当提高容积率, 在同样的施工面积上, 采用檩条加复合板材的建筑相比传统框架结构的建筑的容积率提升5%左右, 卷烟厂房一般对内空间要求较为充实, 使用复合板材体系增加了使用面积。
2) 案例分析:位于成都地区的一幢卷烟厂房, 建筑物的室内层高6.5 m, 成都市每年的采暖、制冷天数为110 d+90 d, 考虑每天实际采暖、制冷10 h。
以下两种外墙保温结构形式按标准[1]通过热传导计算出总能耗, 同样的单位面积, 岩棉彩钢复合板材体系比传统框架结构的节能降耗效果显著。
第一种:采用传统建筑墙体保温做法的形式, 外墙内表面抹灰的240砖墙+30 mm厚XPS保温板, 经查计算:系统总传热阻值R=0.480 m2·K/W;系统总传热系数K=2.81 W/ (m2·K) 。
冬季的总能耗:Q1=K×F× (tn-twn) ×α×d×T。
其中, Q1为基本耗热量, W;α为温差修正系数, 取1.0;F为面积, 取10 000 m2;K为传热系数;tn为冬季室内计算温度时, 取19℃, 夏季室内计算温度时, 取20℃;twn为采暖室外计算温度时, 取2℃, 夏季室外计算温度时, 取40℃;d为成都市每年的采暖、制冷天数;T为考虑每天采暖时间, 10 h (保守时间) 。
则:Q1=832 000 k W·h。
第二种形式:岩棉彩钢复合板材形式, 墙体厚度为100 mm。
经查彩钢复合板的热传导系数:不大于0.042 W/ (m·K) , 岩棉导热系数λ (25℃) :0.035 W/ (m·K) ~0.040 W/ (m·K) 。
经计算:总传热阻值R=2.5 m2·K/W;总传热系数K=0.4 W/ (m2·K) ;冬季的总能耗:Q2=K×F× (tn-twn) ×α×d×T。
则:Q2=160 000 k W·h。
第二种比第一种形式节省耗电能:Q=Q1-Q2=832 000-160 000=672 000 k W·h。
小结:工业用电暂按0.8元/k W·h计算, 每年可以节约资金0.8×672 000/10 000=53.76万元, 以岩棉彩钢复合板使用寿命最少为25年考虑, 就节电方面可节约1 300余万元, 如再适度增加岩棉或者彩钢板的厚度, 节能效果将有所增加。
6 岩棉彩钢复合板材和烟草行业的特性匹配
1) 卷烟主厂房基本为单层形式, 建筑生产类别为丙类, 耐火等级Ⅱ级, 外墙高度在15 m~24 m, 卷包厂房室内高6 m, 制丝厂房室内高12.5 m, 卷包生产环境温度要求在22℃~ (27±2.0) ℃、湿度 (60.0±5.0) %[6], 相应对外墙围护结构要求高。室内外都需要高度防火和防虫, 岩棉憎水, 有利于隔绝外部水汽, 使厂房保持干燥, 有利于烟草的品质长期得到保证, 岩棉呈弱碱性, 可有效防止虫类的滋生, 透气性好, 减少建筑物结露, 不会产生霉变, 更不会滋生细菌。
2) 相关规范和认定表明岩棉制品同建筑的匹配性。建筑用岩棉制品必须具有较强的憎水性, 憎水率不小于99% (GB/T10299) , 同时岩棉制品也不会吸收空气中的水汽, 岩棉制品的质量吸水率小于1.0% (GB/T 5480) 。
岩棉制品由于其纤维状多孔结构特点, 使其具有极好的透气性, 即使被水打湿也会很快蒸发出去, 有助于减少冷凝作用及建筑霉变, 保证了足够的冷暖通风。
岩棉制品耐热稳定性好, 在650℃下保持24 h, 岩棉线性变化小于1%[5], 因此, 四季温差变化不会导致任何热胀冷缩;耐化学稳定性好, 岩棉化学是惰性的, 其成分决定了岩棉具有非常好的耐酸碱性能、耐油性物质或有机溶剂的腐蚀;耐候性好, 96%以上成分来自岩石, 且多为二氧化硅和三氧化二铝, 不存在老化现象;即使在温度、湿度发生急剧变化时, 也不会产生膨胀或收缩, 因此, 在岩棉板接缝处不会产生裂纹, 不会产生渗漏现象。
7 结语
采用岩棉彩钢复合板材体系, 能有效增加建筑面积, 减少建设过程中的材料浪费, 后期拆除可利用率高, 使用岩棉为芯材的岩棉彩钢复合板材, 又紧密的和卷烟厂房的使用特性相匹配, 综合来看在卷烟厂房的建设和改造中应大力研究和推进此类体系在此类建筑中的使用。但据目前市场各种板型的企口以及安装方式, 在断桥、防吸湿方面还可以通过改进设计, 这样更能提高建筑节能效果。
参考文献
[1]GB 50189—2015, 公共建筑节能设计标准[S].
[2]10J121, 外墙外保温建筑构造[S].
[3]08J911, 建筑专业设计常用数据[S].
[4]岩棉外墙保温系统应用技术规程术语及其作用[J].中国建设报, 2012 (8) :26.
[5]GB/T 19686, 建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品[S].
[6]GB/T 25975, 建筑外墙外保温用岩棉制品[S].
建筑用岩棉板应用 篇4
在国内的岩棉外墙外保温使用中, 出于安全和市场的考虑, 对岩棉板的强度进行了限制。其出发点是:假设市场使用的岩棉较差, 或者通过加设这一高要求, 期望本来供货的岩棉为了达到10KPa, 厂家就必须提高产品质量, 或许这些厂家供货的产品实际强度在7Kpa, 而在实践中, 正规按照产品要求出货, 诚实的企业不得不提高产品的密度以达到10KPa的要求, 而有些厂家通过一些偷梁换柱, 以次充好, 最终在市场中出现了“劣品逐良品”, 好的岩棉不仅没有被推广, 反而被以次充好, 影响了一个产业的健康发展。
要做到高抗拉强度的产品, 需要将密度提高到一定的范围, 厂家为了达到要求, 必须提高容重或有机物含量, 但是有机物含量是有限制的 (燃烧性能) , 所以只有提高容重;但是当容重 (密度) 被提高后, 产品的最大厚度会被限制, 以目前中国的生产产能看, 2~2.5万吨级别的岩棉生产线都存在这一限制。
随着节能标准的不断提高, 保温层的厚度增加;而且, 随着岩棉容重的提高, 导热系数增加, 对于保温毫无帮助, 而且还会降低性能;合适的产品对于社会资源来讲, 也可以减少更多的资源消耗。
参考国外的编制标准, 在EN13500中, 对矿物棉板用于外保温复合系统的矿物棉板应该遵守EN 13162和表1的要求, 在GB/T 25975-2010中, 已经将最低级别的强度提高到TR7.5了, 如果在各地标中进一步提高, 对中国岩棉市场的发育是负面的, 对于岩棉板的选择余地将非常有限 (表1) 。
2 系统理论受力分析
除开岩棉带 (国内也称竖丝岩棉) 的应用, 本节主要探讨锚栓盘穿透网格布的应用方式。
做法:岩棉板, 双层网格布加强, 锚栓固定, 锚栓盘位于第一层网格布上 (图1) 。
以下从不同的粘贴面积分析受力:
受力的过称参考下面, 粘接面积较小 (40%~50%) 的过程 (图2) 。
在荷载很小的时候, 整个岩棉板是参与受力的, 而且岩棉板是主要的受力部位 (图3) 。
当荷载较大, 岩棉可能产生变形, 可能的情形是:岩棉板弯曲, 岩棉板内部剥离;或者, 岩棉在锚栓固定的部位出现剪切破坏, 一旦岩棉的抗拉强度达到极限, 就可能出现右图所示的局部剪切破坏, 岩棉表现为斜向的破坏。在这一状况下, 主要受力的部位是:锚栓, 锚栓盘与面层的砂浆层, 以及在斜向上局部的岩棉还会起辅助受力。
从这一受力破坏的推理中可以很清晰看到, 岩棉板使用锚栓固定时, 在锚栓的位置, 岩棉板使用砂浆粘贴对受力的提高很多;而且, 主要的湿热荷载导致面层砂浆的变形, 还有保温层的变形, 都需要基层与保温层之间的粘接砂浆固定。所以, 即便考虑全部由锚栓受力, 也必须使用砂浆层粘贴。在上图的模型中, 锚栓将主要承受风荷载, 锚栓盘与面层砂浆网格布结合的部位承受风荷载与湿热荷载的组合荷载, 而局部的岩棉板仍然受力。
当使用不同数量的锚栓时, 模型如下 (图4) 。
每件板材使用3个锚栓固定 (单位面积为4.2个) , 每个受力的单元如右图, 每个单元由4个锚栓承担荷载, 每个单元可以看成矩形区域 (图5) 。
在增加锚栓数量, 锚栓的排布参考上图, 呈交错的排列, 每件板材使用4个锚栓固定 (单位面积为5.6个) , 每个受力单元为三角形, 而且三角形受旁边的影响。
如果从受力看, 在适量增加锚栓数量的条件下, 这样的受力方式更合理;每个单元的面积大大减少 (图6) 。
如果需要进一步增加锚栓, 每一个受力单元如果面积要有效减小, 需要在一块板材上加设8个锚栓 (单位面积为11个) 。
如果考虑锚栓全部受力, 如果简单地认为加设锚栓数量就一定能提高系统的荷载承受能力, 理论上并不是!从理论的力学分析, 关注到每个受力单元, 在某些地方锚栓密。某些区域锚栓疏时, 针对整个系统而言, 有效的锚栓只能考虑分布最极限的地方, 当然, 局部增加锚栓, 会提高附近区域的承载力。
结合细部和受力的模型, 从极限的条件看, 受力可以使用锚栓全部受力, 局部的岩棉也参与受力, 岩棉受力的区域是剪切破坏后保留区域, 而且岩棉板在剪切破坏 (或变形) 的过程中剪切力非常大, 因为力的方向和主要的纤维垂直, 如果假设锚栓盘和锚栓受力部位没有位移, 每个锚栓附近岩棉的剪切强度值会增加系统的整体强度。所以, 在外墙用岩棉板中, 当岩棉板的厚度增加时, 在其它条件不变的条件下, 对整个系统的安全性能是会得到提升, 因为岩棉受力后, 在锚栓盘附近的剪切力会增加。在粘接面积较小的系统中 (50%左右) , 系统的承载力由锚栓主导, 同时和使用的岩棉板厚度、岩棉板的抗拉强度、剪切强度有一定的关系 (图7) 。
当系统使用较多面积的砂浆粘贴时, 受力的情况便会发生稍许变化。和粘接面积较少区域相比, 一旦粘接面积较大, 岩棉在风压增加的过程中会主要参与受力。从岩棉板的应力与应变的关系看, 岩棉即使达到破坏的强度, 本身的变形仍然非常小, 而且在荷载施加的过程中, 由于面层的变形, 荷载会传递到锚栓中, 所以大面积的粘贴后, 岩棉板的受力是保温层与锚固件同时受力, 如同前面的分析, 在荷载相对较小的时候是岩棉主要 (大面积) 受力, 当荷载较大, 两者共同受力, 直到某个点出现破坏。
这里有个关键点, 即岩棉板的抗拉强度与粘接面积的配合问题, 并非全部粘贴就一定合理, 参考图8。
如前所述, 即使满粘设计, 从实际工程中的情况看, 实际的有效粘接面积也不过50%~70%, 如果使用强度较大的岩棉满粘, 如强度TR10以上的产品, 即使在最大的风压荷载 (如风压达到5KPa) , 岩棉内部也不会出现破坏;但是, 岩棉板和基层的粘接之间由于不是100%粘接, 被荷载破坏的几率可能大些, 所以可能表现为岩棉板抗拉有效而粘接区域失效。
在这种条件下计算系统的承载能力时, 完全可以看做岩棉板主要受力, 而锚栓则次要受力。
但是如果使用强度较低的岩棉板, 粘贴面积为满粘, 出现的受力又是一种, 见图9。
岩棉满粘, 如使用强度较低的TR5 (参考EN13500中的级别划分) , 在受到荷载作用时, 岩棉内部出现破坏, 在这种条件下, 整个系统的受力承载力和局部粘接没有太大的区别 (图10) 。
所以在国外的矿棉 (WM) 应用于外墙中时, 在满足荷载的条件下, 有TR5的产品, 而且粘接的面积很明确在大于40%, 从纯粹的力学分析看, 欧洲的这种应用是有理论依据并且是合适的。
1、面层砂浆和网格布;3、岩棉板剪切破坏;4、锚栓盘破坏;5、岩棉板拉伸破坏;6、锚栓拉拔破坏
所以, 关于岩棉板和锚栓结合的系统, 在设计系统做法时如何选用岩棉级别和粘接面积, 可以从以下的思路考虑:
首先明确岩棉的极端老化 (参考ETAG中的试验方法, 70°C, RH95%, 28D) 后的强度, 考虑荷载;然后, 如果荷载大于老化后的强度, 粘接面积可使用40%~50%, 对于强度较高的岩棉板, 保留强度远大于荷载时, 可以提高粘接面积以提高整个系统的强度。
在提高岩棉强度, 锚栓的强度增加非常重要, 锚栓的强度提高对整个系统的承载力提高起着关键作用, 反而盲目、随意增加锚栓数量对系统承载力没有任何帮助 (图11) 。
3 系统强度的试验验证 (参考ETAG004-2012)
出现破坏的点参考图12、表2。
4 选用分析
岩棉板的强度使用TR7.5甚至更低级别完全是合适的, TR7.5的岩棉板, 局部粘接, 使用锚栓受力, 粘接辅助, 使用在一些风压不大的情况, 是一种经济合理的方式;
使用高强度的岩棉板, 可以提高粘接面积以达到整个系统的整体强度, 在设计受力时, 计算方式需要以锚固受力或粘接受力来计算。
在以锚固受力计算时, 高素质锚栓件的作用明显, 锚栓的排布也非常重要, 要经过设计, 盲目增加锚栓数量或随意安装, 对整个系统的力学承载力没有任何贡献。
较厚的岩棉板, 如80mm以上, 会对系统的安全有贡献, 但同时对于风压荷载下的变形提出了挑战。
经过上述的分析, 依据已有的执行标准, 在选用岩棉板时, 可参考示意图13。
5 系统理论受力分析
岩棉板, 单层网格布加强, 锚栓固定在岩棉板上。
与前面的做法区别明显, 这种系统的特点是, 锚栓直接固定在岩棉上, 或者, 锚栓盘可以做COUNT SUNK, 也即锚栓可以沉入岩棉板表面之下, 可以有效避免热桥;成本最低, 在满足荷载要求的条件下, 这种做法是最经济, 施工快捷, 而且受力的分析简单, 在国外使用较多。
锚栓的固定方式有两种, 一种是固定在板材接缝的地方, 如图14。
在计算锚栓的有效使用时, 将锚栓固定在板材接缝的地方可以有效发挥锚栓的所用 (图15) 。
另一种是锚栓固定在每件板材上, 每件板材上的锚栓就只单独对这件板材受力。在进行受力分析时不同。参考图16, 锚栓作用在板材上时, 靠近板材边缘的锚栓作用有限, 影响区域会减少, 在同样力学要求下, 锚栓的使用量会增加。
以下从不同的粘贴面积分析受力:
受力的过程参考下面, 首先示意粘接面积较小 (20%~40%) 的过程 (图17) 。
在风荷载和面层砂浆湿热荷载的作用下, 面层砂浆和岩棉层表面之间的粘接力是一个重要的考量指标, 而面层砂浆和岩棉板之间的粘接的强度会完全体现在岩棉表面, 所以, 岩棉表面必须做好界面处理, 让岩棉和砂浆完全粘接好。从很多工程实践可以看出, 在进行系统的拉拔试验时, 或实验室的试验, 或者工程中的拆除时, 破坏面多发生在岩棉的表面, 砂浆仅仅粘贴了岩棉表面的纤维。
从上图可以看出, 面层砂浆和岩棉是完全独立的。所以这里是关键的受力部位之一。
如果面层的粘接力足够大, 随着荷载的增加, 主要的受力部位是岩棉与锚栓共同承担 (图18) 。
如果荷载进一步增加, 岩棉产生变形 (从应力与弹性模量关系看, 岩棉的变形其实有限) , 可能出现破坏的部位在于:岩棉层出现破坏, 被拉力破坏;如果锚栓强度足够大, 也可能是在锚栓周围的岩棉被拉穿破坏, 也即是剪切破坏;如果锚栓的强度不够, 会将锚栓从基层中拔出。
在这种系统的分析中, 岩棉其实一直在参与受力, 至少在锚栓周围的岩棉, 只要锚栓没有位移、锚栓盘强度足够, 锚栓整体没有被破坏, 岩棉一直参与受力。当然, 前提是锚栓附近发热岩棉与基层墙体之间有砂浆粘接固定。
无论是岩棉板被剪切破坏还是被拉伸破坏, 岩棉和锚栓对整个系统起决定性的作用, 提高岩棉板强度同时如果提高锚栓数量和锚栓的承载力, 才能使整个系统的综合力学性能平衡, 即:面层的强度、保温层与锚栓的强度接近, 否则单纯提高某一种材料是会导致浪费, 也不会对系统整体的力学承载力提高。在一些模拟的计算中, 如:使用TR7.5板材, 每件板材使用0.4KN的锚栓比0.6KN的合理;而使用TR10岩棉板时, 使用强度大的锚栓、或增加锚栓数量就更合理, 可以有效提高系统的强度。
6 系统强度的试验验证 (参考ETAG004-2012)
出现破坏的点参考图19、表3。
7 结语
在单层网格布的系统中, 受力一般都已锚栓受力为主, 粘接砂浆仅仅起辅助受力。锚栓的作用很大, 使用高素质的保温锚栓非常重要, 锚栓的排布也非常重要, 是使用在接缝地方还是板材上需要做预先的设计;
在实际的系统设计时, 岩棉板的强度提高后, 可以提高粘接面积已达到整个系统的整体强度, 同时和面层砂浆的粘接强度一起系统考虑;
无论如何考虑设计受力, 即使完全由锚栓承担, 岩棉都需要使用砂浆粘接, 在锚栓盘压住岩棉的部位有砂浆粘接到基层上;
提高岩棉板强度同时需要增加粘接面积才能发挥岩棉高强度 (垂直于岩棉板表面的剪切力) 的优势。
使用较厚的岩棉板 (如80mm以上) 可以得到更安全的系统。
经过上述的分析, 依据已有的执行标准, 在选用岩棉板时, 不同种类的系统, 如何使用岩棉, 可参考图20。