近年来,外墙外保温系统的防火要求越来越受到重视。
目前国内使用较多的保温材料为EPS板、XPS板、PU、聚苯颗粒保温砂浆等,均是防火B级(难燃)的材料,但一些高层建筑、以重质外墙面砖为饰面层的建筑,以及宾馆等公共建筑,均对外墙外保温系统提出更高的防火要求。
欧洲防火A级(不燃)的外保温材料主要是以岩棉板(条)为主,德国的建筑防火要求又,规定在22m高度以上建筑必须使用防火A级的外保温系统,因此岩棉类外保温系统在德国的应用是非常成熟的,本文想介绍岩棉类外保温系统的技术要求,同时就岩棉类外保温系统在国内使用的适用性方面提出一些看法。
一、岩棉的技术要求
严格来说欧洲有两种形式的岩棉类保温板,主要与其纤维排列方向有关,一种是纤维平行于墙面,我们姑且称为“岩棉板”;另一种是纤维垂直于墙面,我们姑且称为“岩棉条”,后者在密度较低的情况下,有较高的抗拉强度,可达前者的五至六倍。
岩棉的技术要求:
表一“岩棉板”技术要求
项 目 |
指 标 |
量 纲 |
“岩棉板” |
“岩棉条” |
密度 |
150-165 |
≥65.0 |
Kg/m3 |
抗拉强度*1 |
≥15 ≥7.5 |
≥80 |
kPa |
潮湿状态下的抗拉强度保留率*2 |
≥50 |
% |
耐火等级 |
A1 |
- |
10%弯曲变形时的抗压强度 |
≥40 |
kPa |
抗压强度 |
≥10 |
kPa |
抗剪强度 |
≥20 |
kPa |
剪切弹性模量 |
≥1000 |
kPa |
热膨胀系数 |
1×10-6 |
1/K |
尺寸稳定性 |
≤1 |
% |
导热系数 |
≤0.041 |
W/m.K |
长时间-部分浸泡后的吸水量(EN12087 浸泡28天) |
< 3 |
Kg/m2 |
短时间-部分浸泡吸水量(EN 1609,浸泡24h) |
≤1 |
Kg/m2 |
水蒸气渗透阻μ值 |
1 |
- |
*1由于岩棉的抗拉强度是各向异性的,表中的抗拉强度均指垂直于墙面方向,无论是“岩棉板”还是“岩棉条”。
欧标EN13500《岩棉类外墙外保温系统》中对“岩棉板”分不同的强度等级,15kPa及7.5kPa,甚至还有5kPa等级的。在德国使用15kPa等级的较多,但今年起可能德国外保温协会将允许使用7.5kPa强度级的“岩棉板”,以和欧标靠拢。
*2由于岩棉的吸湿率和吸水率较大,在潮湿状态下,岩棉的抗拉强度会大幅度衰退,影响外保温系统安全性,故岩棉的抗拉强度除了上述常态强度要求外,还规定了潮湿状态下的强度保留率。测试方法按ETAG004第5.2.4.1.2。
方法a):将岩棉板(条)在(70±2)oC和(95±5)%的气候调节箱内分别放置7天和28天,再在(23±2)oC和(50±5)%的条件下放置至恒重后测试其抗拉强度,计算强度保留率。
方法b):将岩棉板(条)在由一个65℃水槽所蒸发的水蒸气里放置5天,然后将试件密封入塑料袋中,在(23±2)oC下分别放置7天、28天,再去除塑料袋在(23±2)oC和(50±5)%的条件下放置至恒重后测试其抗拉强度,计算强度保留率。
吸水量一般用“短时间-部分浸泡吸水量”法作评定,测试方法按欧洲标准EN1609,即将(200±1)×(200±1)mm的试件部分浸入水中,浸水深度(10±2)mm,浸水时间24小时,再在(23±2)oC和(50±5)%的条件下干燥(10±0.5)min后测试试件重量,计算吸水量。
二、岩棉类外墙外保温系统的固定方式
外保温的固定方式主要有粘贴法(或同时辅以锚栓),或锚栓固定法(或同时辅以粘贴)。
在德国一般规定,自重大于10Kg/m2(不含粘胶)的外保温系统在粘贴的同时应附加锚栓固定。
是不是需要附加锚栓还与岩棉的抗拉强度有关,“岩棉条”在密度较低的情况下可获得较高的抗拉强度,例如在密度为65.0Kg/m3时,抗拉强度可达80kPa,而前者密度在150-165Kg/m3时,抗拉强度即使是要达到15kPa其实还是有点困难的。在欧洲标准EN13500中规定,“岩棉条”可用纯粘贴的方式固定,“岩棉板”则必须以粘贴附加锚栓的方式固定。
而保温厚度设计较厚时,“岩棉条”外保温的自重也可达到10Kg/m2以上,故实际情况是“岩棉条”外保温也经常采用粘贴附加锚栓的方式固定。
由于“岩棉条”的纤维排列是垂直于墙面的,所用的锚栓锚盘直径应增大至14cm(常规的锚盘直径5-6cm即可)。
胶粘剂的粘贴面积为40%,锚栓的用量为4-6个/m2,高层建筑阳角等负风压较大的部位可酌情适当增加至6-10个/m2。
锚栓一般固定在岩棉板(条)上,也可固定在玻纤网防护层上。如果“岩棉板”的抗拉强度是7.5kPa等级的,建议锚栓固定在玻纤网防护层上更安全。
如果纯以锚栓固定的方法固定岩棉板,锚栓的数量应按负风压计算:
另有一种(铝合金)型材固定法的方式来固定岩棉板,这种方法只适合于强度等级为15kPa的“岩棉板”。此种方法同样可用于安装EPS板外保温系统,目前已由上海申得欧有限公司在国内申请专利,这是一种特别适用于有问题但没条件作处理的老墙基面,国内目前使用还不普遍,此处不作具体介绍。读者如有兴趣可查笔者发表的《型材固定法外墙外保温系统》一文。
三、外保温系统及系统其它组成材料的技术要求
项 目 |
指 标 |
量 纲 |
系统抗冲击强度普通型加强型 |
≥2 ≥10 |
J J |
防护层,及含饰面层在内的整个薄抹面层的吸水量 |
≤500 |
g/(m2.h0.5) |
防护层,及含饰面层在内的整个薄抹面层的水蒸气透湿系数*3 |
≥40 |
g/(m2.d) |
胶粘剂、抹面胶浆与岩棉的拉伸粘结强度 |
≥60*3 |
kPa |
玻纤网格布常态断裂强力(径向\纬向)耐碱断裂强力(径向\纬向)耐碱断裂强力保留率(径向\纬向) |
≥1750 ≥850 ≥50 |
N/5cm N/5cm % |
*3岩棉板本身的抗拉强度不足60kPa,要获得60kPa以上的拉伸粘结强度,其表面需经过特殊处理。
(以上仅列出了与EPS板外保温系统有别的指标,系统耐候性、抗冻融性等共性的指票此处没有列出)
四、饰面层采用陶瓷面砖的问题
岩棉类外保温系统也可使用陶瓷面砖作为外饰面,其相关的特别要求有:
1.应选用15KPa强度等级的“岩棉板”,或采用“岩棉条”较为合适。
2.AR型耐碱玻纤网的耐碱断裂强力应提高至≥1000N/5cm。如采用中碱玻璃加耐碱涂敷处理的玻纤网,耐碱断裂强力应提高至≥1300N/5cm。
3.锚栓必须锚固在带有玻纤网的增强防护层上。
4.胶粘剂的最小粘贴面积应提高至≥50%。
5.系统必须留抗裂分割缝,一般为每隔6m连续长(高)度设计一条分割缝,分割缝必须做好防水密封处理。
对瓷砖的重量、大小、厚度、吸水率等有限制,具体为:
?重量≤30kg/m2;
?长度×宽度≤300×300mm,或200×400mm;
?厚度≤14mm;
?吸水率≤3%。
另外,必须采用薄层粘贴类面砖粘结剂粘贴陶瓷面砖,严禁使用水泥砂浆贴砖。面砖间必须留砖缝,并以吸水率小、收缩较小,柔性较好的勾缝剂勾嵌砖缝。
五、岩棉类外保温系统在国内使用的一些问题
尽管岩棉类外保温系统在德国、欧洲使用比较普遍、成熟,但在国内应用,需要注意到下列问题。
1.国产岩棉质量
国内还没有“岩棉条”生产切割工艺。
国产“岩棉板”的技术性能较国外产品有很大差距,主要表现在抗拉强度及吸水率方面。
据检测,容重达150-180kg/m3的国产“岩棉板”,抗拉强度均不足5kPa,而“短时间-部分浸泡吸水量”却超过欧洲标准所规定指标的10-20倍,是不适应外墙外保温要求的。
从进口“岩棉板”的表观来看,不但板材本身的结构较国内的板密实,抗撕拉能力强,其表面还经过增强、憎水的特殊处理,呈坚壳状。国内岩棉厂家需加强与国外厂家的技术交流,调整、改进生产工艺,提高板材本身的性能,改善板材表面状态。
2.中国气候带适应问题
由于岩棉的高吸湿性和吸水性,而岩棉在潮湿状态下强度会大幅下降,导热系数会大幅上升,在进行热工验算时,一般不允许在保温系统内出现结露,或一旦有结露,必须验算在适当的气候条件下这些冷凝水能否通过水蒸气渗透的方式排走,因而岩棉类外保温系统对饰面层透汽性要求较高。
欧标EN13500规定了岩棉类外保温系统的防护层、及含饰面层在内的整个薄抹面层的透湿量均不得小于40g/(m2.d)。此项指标是基于欧洲在冬季采暖季节,室内相对湿度小于60%、室内外温差小于30K的假设气候条件,一般认为在该条件下满足该透湿量时不会在保温层内产生冷凝现象。而气候条件如果与此假设条件有差异的话,还需另外按照实际气候条件进行结露计算。
中国的气候条件与欧洲有很大不同,各地域差异很大,并且同一地域夏、冬季的差异也很大。我国很多地区都是既有夏季又有冬季,墙体的温度曲线和水蒸气压力曲线在夏、冬季是完全相反的,不象欧洲基本上不存在实质意义上的夏季。在我国各个气候带岩棉类外保温系统是否都适用、欧标关于外饰面材料的?钙灾副暧质欠裨谥泄鞯厍视茫嬗幸欢ㄒ晌剩泄乜蒲性核斜匾驼庑┣虻氖导势蛱跫醒樗恪S捎诠娉趟娑ǖ母鞯氐钠蛱跫丫虢侥甑氖导是榭鲇薪洗蟛钜欤ㄒ榛褂Χ愿鞯氐募似蛱跫醒樗恪?/p>
另外,我国的结露计算与欧洲有不同之处,即水蒸气压力曲线是以墙体结构各层材料的厚度为横座标的,欧洲的“Glaser法”却是以各材料层的水蒸气渗透(当量)空气层厚度Sd值作为横座标的。
所谓水蒸气渗透(当量)空气层厚度Sd值,是材料的水蒸气渗透当量μ与材料层厚度S的乘积。
Sd=μ×S…………………………………[m]
水蒸气渗透当量μ,指的是假设空气的水蒸气渗透阻为1时,该材料的水蒸气渗透阻是空气的多少倍,无量纲。
所谓结露区即是饱和蒸气压力曲线与实际水蒸气压力曲线的相交区,国内、国外两种方法的差异是:
如果以材料层厚度为横座标,因为外保温饰面层的厚度很小,也就几个mm,甚至罩面涂料只有几个μm,相比于墙体及保温板的厚度,饰面层的厚度几乎在横座标中可忽略不计,有可能导致结露区在曲线图中显示不出来。而饰面层材料如果正好是水蒸气渗透阻非常大的话,例如采用非常致密的高弹涂料或铀面砖为外饰面时,其Sd值在横座标中却有可能比保温层都大,此时曲线图中可清楚反映出结露区。
图1国内水蒸气压力曲线图
图1国内水蒸气压力曲线图,以材料层厚度为横座标,从左至右依次为墙体基层、粘结层、保温层、薄抹面层。在采用水蒸气渗透阻较大的饰面材料时,有可能反映不出结露区。
图2“Glaser法”水蒸气压力曲线图
图2“Glaser法”水蒸气压力曲线图,以各材料层Sd值为横座标,从左至右依次为墙体基层、粘结层、保温层、薄抹面层。在采用水蒸气渗透阻较大的饰面材料时,结露区出现
以上问题影响着岩棉类外保温系统在国内的推广使用,一方面岩棉厂家应尽快生产出适合用于外墙外保温系统的岩棉板(条),另一方面,应对岩棉类外保温系统在各地区的适用性进行验算,并制订相应的适用于国内各气候带的相关指标。目前的情况下,也可在一些代表性地域先进行一些小规模的试点建筑,积累些工程实例,对安全性、墙体传热系数等进行跟踪考察。