玄武巖纖維防火保溫板的研發(fā)與應(yīng)用

玄武巖纖維防火保溫板的研發(fā)與應(yīng)用

眾所周知，近年來(lái)，中國(guó)發(fā)生了許多與建筑外材料有關(guān)的事故，將建筑物外材料推到了一個(gè)角落里。2011年12月30日,國(guó)務(wù)院下了國(guó)發(fā)46號(hào)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)消防工作的意見(jiàn)》的文件,各省市自治區(qū)也紛紛出臺(tái)了貫徹國(guó)務(wù)院文件的意見(jiàn)。公安部消防局于2012年又宣布不再執(zhí)行65號(hào)文件,同時(shí)公安部于2012年7月17日頒發(fā)了第119號(hào)令《公安部關(guān)于修改<建設(shè)工程消防監(jiān)督管理規(guī)定>的決定》;2013年4月9日公安部下發(fā)了《公安部關(guān)于印發(fā)關(guān)于建立建設(shè)工程消防質(zhì)量終身負(fù)責(zé)制的指導(dǎo)意見(jiàn)的通知》(公消94號(hào)文件)。2013年10月1日起開始實(shí)施國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑外墻外保溫系統(tǒng)的防火性能試驗(yàn)方法》。由于我國(guó)涉及外墻外保溫的有關(guān)新標(biāo)準(zhǔn)至今尚未出臺(tái),目前,大多數(shù)省份仍然在執(zhí)行2009年9月25日公安部與住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合下發(fā)的《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》(公通字46號(hào)文件),雖然該文件在我國(guó)首次提出了在外保溫系統(tǒng)中設(shè)置防火隔離帶的要求,但是該文件是在“2.9”央視新址北配樓發(fā)生火災(zāi)事故后的背景下發(fā)布的,其暫行規(guī)定尤其是在外墻外保溫防火措施上尚有許多不完善之處。目前各地在建筑保溫中執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不一、爭(zhēng)論不休,莫衷一是。我國(guó)對(duì)如何提高外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全性基本形成了兩種不同的技術(shù)路線。第一種是“構(gòu)造防火”的技術(shù)路線,認(rèn)為,目前提高保溫材料的防火性能,技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上不符合中國(guó)的國(guó)情,提倡采用防火隔離帶、防火分倉(cāng)、防火面層等構(gòu)造措施來(lái)提高外墻外保溫系統(tǒng)的防火安全性;第二種“材料防火”的技術(shù)路線,認(rèn)為,外墻外保溫火災(zāi)的根源在于易燃保溫材料,提倡開發(fā)難燃或不燃的高效保溫材料來(lái)逐步替代易燃保溫材料,以從根本上解決建筑的火災(zāi)隱患。綜合上述兩種技術(shù)路線,比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)是:“解決外保溫的防火問(wèn)題,可以從提高保溫材料的燃燒性能等級(jí)和增加外保溫系統(tǒng)的防火構(gòu)造措施兩方面入手”。事實(shí)上,中國(guó)的建筑節(jié)能發(fā)展有著自己的“國(guó)情”:我國(guó)建筑節(jié)能建筑規(guī)模大,幾乎占了全世界50%的規(guī)模;城市高層建筑多,人口密集;外墻外保溫現(xiàn)場(chǎng)施工和監(jiān)理普遍不夠規(guī)范,質(zhì)量低劣的保溫材料充斥市場(chǎng);全國(guó)南北地區(qū)氣候差異大,采暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)、夏熱冬暖地區(qū)有著不同的地理環(huán)境和氣候特點(diǎn);建筑投資理念落后,盡量壓低一次性的建筑投資成本,不顧及建筑的長(zhǎng)壽命和全壽命期成本的下降;我國(guó)建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)及配套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不成體系,規(guī)范編制和修訂較慢,建筑節(jié)能立法嚴(yán)重滯后等等。我國(guó)建筑節(jié)能的出路究竟在哪里?如何開展我國(guó)建筑節(jié)能的自主創(chuàng)新?本文從研發(fā)既節(jié)能又防火的新型保溫材料出發(fā),重點(diǎn)介紹玄武巖纖維防火保溫板及其應(yīng)用于建筑外墻外保溫的薄抹灰砂漿系統(tǒng)和保溫裝飾一體化系統(tǒng)的研發(fā)情況和試驗(yàn)研究。1國(guó)際公策研究GBF板由浙江石金玄武巖纖維有限公司研究開發(fā)。公司曾先后承擔(dān)了國(guó)家“玄武巖連續(xù)纖維及其復(fù)合材料”的863計(jì)劃及其他8項(xiàng)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。GBF板的研發(fā)起始于“2.9”央視新址北配樓火災(zāi)事故發(fā)生后的2009年?！靶鋷r纖維防火保溫板”簡(jiǎn)稱GBF板,GBF是英文GreenBasaltFiber的縮寫,G代表Green,綠色,BF是BasaltFiber,玄武巖纖維的縮寫。1.1gbf板的分類和結(jié)構(gòu)GBF板分為2類板:一類是GBF實(shí)心板;另一類是GBF夾芯板。1.1.1連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)和利用實(shí)心板是由連續(xù)玄武巖纖維短切、梳棉、針刺形成三維交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的玄武巖纖維氈,并摻入少量粘結(jié)劑經(jīng)高溫高壓制成。厚度通常有3、6、8、10、20、30mm。GBF實(shí)心板所用的GBF連續(xù)玄武巖纖維是以100%的玄武巖為唯一原料,采用我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的零碳排放的全電熔清潔生產(chǎn)技術(shù),經(jīng)高溫熔融連續(xù)拉制而成的無(wú)機(jī)纖維,生產(chǎn)每公斤GBF連續(xù)玄武巖纖維的電耗僅為3.5kWh,是所有新型高技術(shù)纖維中能耗最低的。鉬電極被“埋入”導(dǎo)熱系數(shù)很低的且不宜散熱的玄武巖熔體中。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)潔,生產(chǎn)環(huán)境無(wú)噪聲、無(wú)廢氣、環(huán)保。因此,無(wú)論從生產(chǎn)工藝路線,還是從纖維的形態(tài)及性能看,均完全不同于巖棉,不僅生產(chǎn)清潔、零碳排放,沒(méi)有渣球含量,而且酸度系數(shù)[(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)的比值]高達(dá)6以上。一般巖棉的酸度系數(shù)為1.6~1.8。酸度系數(shù)越高力學(xué)性能越高,化學(xué)穩(wěn)定性越好。我國(guó)是第3個(gè)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)連續(xù)玄武巖纖維的國(guó)家。目前,全世界只有俄羅斯、烏克蘭和中國(guó)3個(gè)國(guó)家自主掌握連續(xù)玄武巖纖維生產(chǎn)的核心技術(shù)。雖然奧地利、德國(guó)、比利時(shí)、韓國(guó)等國(guó)家也有為數(shù)不多的生產(chǎn)工廠,但基本上是從烏克蘭引進(jìn)的技術(shù)。日本將于2015年在福島設(shè)廠開展連續(xù)玄武巖纖維的生產(chǎn)。美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家至今,沒(méi)有玄武巖纖維的生產(chǎn)。目前,我國(guó)的生產(chǎn)總量和生產(chǎn)工廠總數(shù)已占到了全世界一半以上。尤其是我國(guó)已經(jīng)將“連續(xù)玄武巖纖維及其復(fù)合材料”列入新材料這一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的重點(diǎn)產(chǎn)品。此外,我國(guó)符合拉制連續(xù)玄武巖纖維的火山巖儲(chǔ)量極其豐富,構(gòu)成了一大資源特點(diǎn)。在我國(guó)連續(xù)多年快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越受到環(huán)境和資源制約的背景下,我國(guó)綠色建筑和建筑節(jié)能迫切需要既節(jié)能又防火新型保溫材料的問(wèn)世。1.1.2gbf嵌入式芯板夾芯板由薄的實(shí)心板(通常厚度為3~6mm)做上下兩張面板,以組拼的巖棉條為芯材,面板與芯材粘結(jié)后經(jīng)高溫高壓形成三明治結(jié)構(gòu)。1.2gbf板的性能1.2.1棉板及巖棉板的特性由表2可見(jiàn),GBF板區(qū)別于巖棉板等傳統(tǒng)無(wú)機(jī)保溫材料和XPS、EPS、PU等傳統(tǒng)有機(jī)保溫材料的最大特點(diǎn)之一是力學(xué)性能特別高。這就為GBF在外墻外保溫中的應(yīng)用系統(tǒng)奠定了創(chuàng)新的基礎(chǔ)。需要特別指出的是:GBF板完全不同于巖棉板,不僅原料不同、化學(xué)成分不同,酸度系數(shù)高達(dá)7,比巖棉板高出近4倍,(巖棉板的酸度系數(shù)約為1.6~1.8),而且GBF板的力學(xué)性能比巖棉板高出10倍乃至20倍以上。即便是GBF夾芯板,通過(guò)三明治結(jié)構(gòu),將巖棉切割成條(帶)狀,讓纖維呈“豎絲”垂直于墻面(巖棉板的纖維平行于墻面),組拼成芯材,芯材與薄的實(shí)心面板粘結(jié)而成,界面結(jié)合力強(qiáng),拉伸強(qiáng)度極限破壞試驗(yàn)時(shí),在芯材當(dāng)中拉開,賦予了GBF夾芯板比巖棉板高出10倍的拉伸強(qiáng)度,并還有其他一系列的優(yōu)異性能。試驗(yàn)研究表明:GBF夾芯板改變了巖棉板遇水容易膨脹、墜落,保溫性能急劇下降,和拉伸強(qiáng)度低,容易產(chǎn)生PM2.5、PM10等微小顆粒及導(dǎo)致皮膚刺癢等幾大缺陷。1.2.2燃燒性能檢驗(yàn)GBF板的燃燒性能達(dá)到A1級(jí)。國(guó)家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)8mm厚的GBF實(shí)心板樣品進(jìn)行了檢驗(yàn)。檢驗(yàn)依據(jù)為:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8624—2006《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》。檢驗(yàn)結(jié)論:“經(jīng)檢驗(yàn)該制品燃燒性能達(dá)到A1級(jí)”。1.3生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)備及生產(chǎn)設(shè)備為了實(shí)現(xiàn)GBF板的規(guī)?；a(chǎn),浙江石金玄武巖纖維有限公司走自主創(chuàng)新的路子,自主設(shè)計(jì)開發(fā)了可以大規(guī)模生產(chǎn)的設(shè)備。主要設(shè)備包括:導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)、粘結(jié)劑配置及回收系統(tǒng)、脫水及烘干烘箱系統(tǒng)、板材生產(chǎn)線自動(dòng)傳輸系統(tǒng)、大型熱壓機(jī)、板材切割設(shè)備等?？梢淮螇褐?.5m×6.2m的大板,每張大板可切割0.6m×1.2m標(biāo)準(zhǔn)板20張,每天可生產(chǎn)GBF板1萬(wàn)m2。綜上所述,GBF板是一種既節(jié)能又防火的新型保溫材料,技術(shù)來(lái)源于國(guó)家863計(jì)劃成果:“玄武巖連續(xù)纖維及其復(fù)合材料”,并已經(jīng)于2011年6月申請(qǐng)了發(fā)明專利“一種新型的玄武巖纖維墻體保溫板的制造方法”(申請(qǐng)?zhí)?201110152574.7)。目前,該發(fā)明專利申請(qǐng)已進(jìn)入實(shí)質(zhì)審查階段(公開號(hào):CN102817415A)。GBF板已實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。此前,在國(guó)內(nèi)外對(duì)該建筑外墻外保溫材料鮮有報(bào)道。2gbf板外外保溫兩大應(yīng)用系統(tǒng)GBF板在外墻外保溫中可分別采用薄抹灰砂漿及裝飾一體化兩大應(yīng)用系統(tǒng),且各有特點(diǎn)。2.1貼與錨栓固定相結(jié)合的外墻外保溫系統(tǒng)GBF板薄抹灰砂漿外墻外保溫應(yīng)用系統(tǒng),通常以GB夾芯板為保溫層材料,采用膠粘砂漿粘貼與錨栓固定相結(jié)合的工藝與基層墻體連接,并以抹面膠漿和玄武巖纖維網(wǎng)格布復(fù)合而成的抹面層,以及飾面砂漿或涂料飾面層構(gòu)成的外墻外保溫系統(tǒng),如圖7所示。由于GBF板是由同樣屬于硅酸鹽類的連續(xù)玄武巖纖維為主要原料制成的,因此,GBF板與砂漿的界面結(jié)合力很強(qiáng)。2.1.1網(wǎng)格布、錨栓抗拉國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)GBF防火保溫板外墻外保溫系統(tǒng)進(jìn)行了為期3個(gè)月的檢驗(yàn)結(jié)論是:“經(jīng)檢驗(yàn),GBF防火保溫板外墻外保溫系統(tǒng)的耐候性、抗風(fēng)荷載性能、吸水量、抗沖擊強(qiáng)度、耐凍融、水蒸氣濕流密度和抹面砂漿不透水性,粘結(jié)砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、抹面砂漿拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和壓折比,網(wǎng)格布耐堿斷裂強(qiáng)力、耐堿斷裂強(qiáng)力保留率和斷裂應(yīng)變,錨栓的單個(gè)錨栓抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值符合JGJ144—2004《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》,和JGJ149—2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)》中單項(xiàng)規(guī)定,檢驗(yàn)結(jié)果全部合格”。為了規(guī)范該系統(tǒng)的應(yīng)用,浙江石金玄武巖纖維有限公司已形成了《GBF玄武巖纖維防火保溫板薄抹灰砂漿外墻外保溫應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并正在向浙江省、上海市、遼寧省等省份的有關(guān)部門申請(qǐng)將其轉(zhuǎn)化為地方的推薦性標(biāo)準(zhǔn)。2.1.2施工流程缺乏變化、無(wú)特點(diǎn)GBF板薄抹灰砂漿外墻外保溫應(yīng)用系統(tǒng)與XPS、EPS,以及巖棉板在薄抹灰砂漿外墻外保溫中施工時(shí)的工藝、流程上并沒(méi)有太大的區(qū)別,從而避免了現(xiàn)場(chǎng)施工人員在用該新產(chǎn)品施工時(shí)的不適應(yīng)和茫然。不僅如此,由于GBF板自身的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能,系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)具有如下特點(diǎn):2013年10月,GBF板薄抹灰砂漿外墻外保溫系統(tǒng)首先應(yīng)用于沈陽(yáng)市綠色建筑委員會(huì)圓弧形大樓的節(jié)能改造項(xiàng)目。2.2外墻外保溫系統(tǒng)GBF保溫裝飾一體化復(fù)合板外墻外保溫應(yīng)用系統(tǒng)是將在工廠加工制成的GBF保溫裝飾復(fù)合板(由帶裝飾面的面板材料與GBF板粘結(jié)復(fù)合而成),通過(guò)粘錨結(jié)合的安裝方式,固定在墻體表面,并對(duì)板縫進(jìn)行處理后所形成的外墻外保溫裝飾一體化系統(tǒng)。GBF保溫裝飾復(fù)合板系統(tǒng)適用于鋼筋混凝土、混凝土多孔磚、混凝土空心砌塊、黏土多孔磚、加氣混凝土砌塊等材料為基層的外墻,基層墻體(除加氣混凝土砌體墻外)應(yīng)做1:2.5水泥砂漿(WPM15、DPM15)找平層,其厚度應(yīng)≥12mm。加氣混凝土砌體墻應(yīng)涂刷專用界面劑后,做薄層水泥砂漿找平層,找平層與基墻應(yīng)粘結(jié)良好。GBF保溫裝飾一體化復(fù)合板外墻外保溫應(yīng)用系統(tǒng)的該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是可以采用“無(wú)龍骨”的石材干掛,如圖9所示。由于沒(méi)有傳統(tǒng)概念上的“龍骨”,達(dá)到了“節(jié)材”的目的。GBF保溫裝飾一體化復(fù)合板直接粘貼于1:2.5水泥砂漿的找平層上,每塊復(fù)合板用背栓螺釘加固在墻體上,為了有效可解決GBF保溫裝飾一體化復(fù)合板(包括用12~15mm厚的石材做飾面的復(fù)合板)錨固的安全性,對(duì)每層復(fù)合板上下兩邊再進(jìn)行平行橫向的“邊框式”錨固,且保溫板緊貼石材飾面相襯可以有效防止石材的破碎。為了規(guī)范該系統(tǒng)的應(yīng)用,浙江石金玄武巖纖維有限公司目前已形成了《GBF保溫裝飾一體化復(fù)合板應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并正在向浙江省、上海市、遼寧北京市等省份的有關(guān)部門申請(qǐng)將其轉(zhuǎn)化為地方的推薦性標(biāo)準(zhǔn)。3外墻外保溫節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用GBF板及其外墻外保溫的兩個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)在我國(guó)綠色建筑和建筑節(jié)能中的推廣具有重要的意義。(1)可以探索走一條“中國(guó)創(chuàng)造”的“材料防火”建筑節(jié)能新路子,以促進(jìn)我國(guó)綠色建筑和建筑節(jié)能實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的發(fā)展。(2)可以有效地解決我國(guó)高層建筑及公共建筑外墻外保溫現(xiàn)實(shí)中“節(jié)能”與“防火”不能兼顧的老大難問(wèn)題。(3)為豐富外墻外保溫的薄抹灰砂漿應(yīng)用系統(tǒng)和保溫裝飾一體化應(yīng)用系統(tǒng)提供了一種新的選擇。(4)為我國(guó)大規(guī)模的綠色建筑和建筑節(jié)能發(fā)展提供了一種綠色新材料的支撐。4外墻外保溫裝飾一體化復(fù)合板目通過(guò)對(duì)GBF玄武巖纖維防火保溫板的試驗(yàn)研究,重點(diǎn)有針對(duì)性的研究了GBF板在建筑外墻外保溫中的薄抹灰砂漿應(yīng)用系統(tǒng)和GBF保溫裝飾一體化復(fù)合板應(yīng)用系統(tǒng),得出以下結(jié)論:(1)GBF板是一種導(dǎo)熱系數(shù)低、防火性能優(yōu)異、綜合性能好、與建筑同壽命的既節(jié)能又防