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國內(nèi)外巖棉和其它材料的保溫性能目前，中國大多數(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,為我國的建筑節(jié)能50%做出了巨大的貢獻(xiàn),是我國建筑節(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有落實到位,隨著聚苯乙烯泡沫(PS)和聚氨酯泡沫(PU)墻體保溫材料開始被廣泛應(yīng)用于公共與民用建筑以來,火災(zāi)事故接連不斷。火災(zāi)慘劇逐年上升,造成生命財產(chǎn)巨大損失,并引起了一定的社會恐慌和環(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、防火無毒、適用范圍廣、化學(xué)性能穩(wěn)定、使用周期長等突出優(yōu)點(diǎn),是國內(nèi)外公認(rèn)的理想保溫材料。在國外,尤其是歐洲的建筑市場中大量使用了巖棉制品,北歐人均消耗量在20kg以上,美國人均消耗量為5~10kg。由于防火問題,在美國巖礦棉占70%,在德國超過22m高的建筑外保溫幾乎全部采用巖棉保溫材料。但在我國,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)用國內(nèi)仍是空白。分析和總結(jié)巖棉的應(yīng)用優(yōu)勢、不足及其存在問題,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)前國內(nèi)市場上廣泛應(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)勢主要有以下幾個方面。1.1巖棉制品阻燃整理目前市場上的有機(jī)保溫材料(PS、PU),防火等級較低。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)過程中沒有氧化還原反應(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?？刂朴袡C(jī)物的添加量,巖棉制品的防火性能完全能夠達(dá)到B1級甚至A級標(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)度性能長期保持穩(wěn)定不變。短時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,實際壽命僅為15~20年,對于設(shè)計壽命為50~70年的普通建筑物來說,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,這將是一個巨大的工程,所花的費(fèi)用也無可估量。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)計壽命同步。1.3成火災(zāi)、火災(zāi)有機(jī)保溫材料在制造過程中,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,是無毒、無污染的無機(jī)材料,其原料、生產(chǎn)及施工應(yīng)用過程都不會對環(huán)境造成不良影響。2巖棉在巖棉中的應(yīng)用我國現(xiàn)有的巖棉尚不能用于外墻保溫,與國外標(biāo)準(zhǔn)要求相距甚遠(yuǎn)。表1是我國現(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)對比。從表1可以看出,歐洲巖棉制品標(biāo)準(zhǔn)對酸度系數(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)于國內(nèi)現(xiàn)有制品標(biāo)準(zhǔn)。我國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。國產(chǎn)巖棉的硅氧-鋁氧骨干結(jié)構(gòu)不合理,并且在成型過程中設(shè)備自動控制程度不高,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、熔體冷卻過程控制、甩絲過程與工藝控制、集棉、定型過程控制等多環(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,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強(qiáng)度的不利影響。3.2酸度系數(shù)對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,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,對溫度變化的敏感性也隨之提高,只要溫度略有波動,其黏度將發(fā)生較大幅度的變化,甚至無法成纖,這就是酸度系數(shù)變化對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),并通過固化工藝將這種結(jié)構(gòu)固定。由于材料的開裂總是在最薄弱之處開始,固化劑的均勻性對強(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,過量的粘接劑將使材料的燃燒性能達(dá)不到A級要求,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,需要研究擺動鋪氈技術(shù),優(yōu)化擺動機(jī)構(gòu),保證形成連續(xù)的迭棉帶,包括擺動鋪氈工藝參數(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、易脫落的問題,建立施工技術(shù)規(guī)程,實現(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)品配方巖棉無論是從性價比,還是從產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)來說,都是優(yōu)質(zhì)的A級