岩棉复合板外墙外保温系统构造研究

岩棉复合板外墙外保温系统构造研究

马彪 1 李军华 2 张永强 2 李胜英 1

1 天津建科建筑节能环境检测有限公司， 2 天津天大建设工程科技有限公司

摘要：主要对竖丝岩棉复合板在建筑节能领域的应用进行研究，研究形成了复合板外墙外保温系统的节能构造，并通过理论计算和试验测试，完善并验证了复合板节能系统的安全性和耐久性。研究证明研究形成的竖丝岩棉复合板外墙保温节能系统具有较好的安全性和使用性能，在建筑节能领域，特别是建筑外墙外保温领域既有较好应用性。

关键字： 建筑节能 外墙外保温系统 节能构造

Research on application of exterior wall insulation system of rock wool composite board in building energy saving field

MA Biao LI Jun-hua Zhang Yong-qiang LI Sheng-ying

Abstract：This paper mainly studies the application of vertical rock wool composite board in the field of building energy conservation, studies and forms the energy-saving structure of the composite board external wall insulation system, and through theoretical calculation and test, improves and verifies the safety and durability of the composite board energy conservation system.The research proves that the external wall insulation and energy saving system of the vertical silk rock wool composite board has good safety and performance, and has good application in the field of building energy saving, especially in the field of external wall insulation.

Key words: building energy conservation external thermal insulation system  Energy saving construction

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一、前言

随着我国建筑节能技术的不断发展，外墙外保温用岩棉材料因其优良的防火性能和较好的保温隔热性得到较好的应用，但由于岩棉材料自身力学强度不高、防水性能较差、自重较大、环保等因素^[1]，造成岩棉材料在外墙外保温领域得到进一步推广和使用。针对岩棉的应该缺陷，目前研究和应用中，通常采用改性岩棉的技术手段，以提升其应用性能。

相关研究中，对于岩棉改性进行的大量的研究，包括岩棉板面层涂布界面剂^[2]、岩棉材料复合其他无机保温颗粒如膨胀珍珠岩技术、膨胀玻化微珠^[3][4]、岩棉材料与其他材料复合技术等，综合现有相关研究，利用岩棉材料与其他材料复合技术形成的保留原有岩棉材料优势性能，提升防水、力学和安全性能的岩棉复合材料较为广泛，且部分材料得到的广泛的应用，如：增强竖丝岩棉板^[5] 、岩棉与聚氨酯复合板^[6] 、钢丝网架岩棉夹芯复合板^[7] 、岩棉保温装饰板等。这些研究为岩棉材料的建筑节能领域的推广起到了较好的推动作用。在岩棉材料复合技术中，一种技术较为成熟的竖丝岩棉复合保温材料被使用，该类材料将高性能岩棉条通过高强度胶粘剂粘接形成芯板，上下两表面喷涂聚氨酯粘结剂，将界面材料与芯材复合而成，界面材料通常由玻璃纤维、水泥等材料组成。但通过调研，该材料建筑节能领域的应用，尚无成熟的构造系统，故本研究基于材料的属性特点，开展在建筑节能领域的研究。

二、系统节能构造研究

在开展此项研究前期，对各类保温材料外墙外保温构造进行了深入的研究分析，特别是岩棉材料外墙外保温构造技术，通过研究发现，目前外墙通常使用的外保温构造，除保温装饰板外，常用保温板材类外墙外保温系统的基本构造由里至外为：基层墙体（或界面砂浆处理的基层墙体），胶粘剂层，保温层，锚栓锚固，防护层（抹面层复合网格布）、饰面层，辅助用底座托架和护角。

在天津市地方标准的体系中，岩棉材料外墙外保温构造，与泡沫塑料保温板构造有所区别，主要区别为：1）岩棉材料施工前要进行界面处理；2）防护层需要配备两层网格布，抹面胶浆三次涂抹（其他一层两道）；3）锚栓施工在第一遍抹面胶浆施工完成后进行（其他在保温板粘贴完成后进行）

基于对岩棉材料外墙外保温构造特殊性，首先，岩棉材料施工前要进行界面处理的原因为岩棉为保证憎水性造成岩棉材料界面与胶粘剂抹面胶浆粘结存在不稳定，界面处理后能够增强岩棉材料与砂浆结合的强度，对于竖丝岩棉复合板而言，复合板面层无机材料且能够保证与岩棉材料结合牢固（垂直表面抗拉强度确定），砂浆与面层属于均属无机材料类别，从理论上能够保证界面的结合性，因此不必进行界面处理，而为了验证界面结合属性，可在系统试验或验收时进行拉拔试验验证。

其次，岩棉材料外墙外保系统构造中需要配备双层网格布，而为了网格布在抹面层均匀分布，抹面胶浆需要进行三次涂抹，原因为岩棉材料特别是岩棉板，相较于泡沫板类保温板材，质地较软，在系统中内应力作用下较容易产生形变，极易造成抹面层开裂和脱落。对于竖丝岩棉复合板而言，岩棉条芯材双面或四面复合面层，面层就有较好的强度，在系统应力作用下，面层在理论上能够有效抵抗应力，限制形变的作用,见图3.2，能够起到类似于复合耐碱网格布抹面层的作用，但是防护机理不同。因此，竖丝岩棉复合板外墙外保温构造中，对于抹面层网格布的配置，从理论上可以选择常用的单层耐碱网格布，抹面胶浆两次涂布，但为了增加系统的安全性，研究认为仍然采用双层网格布构造，在验证其有效性方面，可采取耐候性检测进行评估。

图3.2 面层对于限制形变的作用效果

第三，岩棉材料外墙外保系统构造中锚栓固定于第一遍抹面层（内含耐碱网格布）之上，而其他在保温板粘贴完成后，这也是因为岩棉材料相对质地较软，且强度相对较低，如果粘贴完岩棉材料即进行锚栓固定，锚栓锚固圆盘直接压载于岩棉材料表面，容易造成岩棉材料的破坏，进而在极限风压作用下，由于岩棉强度低，岩棉材料可能直接从锚栓上抽出，失去锚固作用从而脱落。而对于竖丝岩棉复合板而言，面层复合了无机面层，面层与复合耐碱网格布抹面层功能相似，且具有较好的强度（抗冲击性及抗拉强度验证），理论上能够有效抵抗锚栓圆盘在应力作用下的破坏作用，而为了验证其有效性，可进行抗风压测试。

综合以上研究，竖丝岩棉复合板外墙外保温系统的构造，将会与岩棉外墙外保温系统有所区别，研究认为，该系统的主要构造应与泡沫塑料保温板外墙外保温系统构造相同，基本构造见表1。

表1 竖丝岩棉板外墙外保温系统构造

同时，结合岩棉和装饰板外墙外保温系统，在竖丝岩棉复合板外墙外保温构造上，也需要对于托架、护角等辅助构件进行要求，以保证整体的工程质量，并提升系统的安全性和耐久性。

三、节能系统应用分析

在对竖丝岩棉复合板外墙外保温系统的应用调研过程中，特别是对于设计单位和建设单位，普遍关注竖丝岩棉复合板应用于外墙外保温系统安全性问题和耐久性问题。故本节单独对于丝岩棉复合板应用于外墙外保温系统安全性问题和耐久性问题进行专项研究。

3.1 外墙节能系统安全性研究

对于竖丝岩棉复合板外墙外保温系统，与岩棉类保温相比，在应用于外墙外保温系统领域里，没有较大的差别，且竖丝岩棉复合板具有较好的板面平整性、形变自限性以及面层的保护属性，在理论层面，提升了该材料在外墙外保温系统中的应用优势，但考虑到现有竖丝岩棉复合板具有稍高密度（高于普通岩棉条，小于岩棉板）的特性，需要进行深入的研究。通过对于各类文献以及标准的研究，发现除施工质量和材料质量因素的影响以外，影响其安全性的主要因素，在系统构造中，保温板的粘贴面积和锚栓配备是主要影响因素，其安全问题主要是材料自重以及外部风压作用下，造成的岩棉材料的整体脱落。

3.1.1 有效粘接率设置

有效粘接率是指系统在施工过程中，胶粘剂将保温板粘贴于基层之上，用于粘结保温板与基层的构造层实际起到粘结作用的铺贴面积占总面积的比值。粘接面积越大，胶粘剂对于保温板与基层的连接作用越强，安全性相应就会得到提高，因此外墙外保温系统的各类相关标准对于保温板粘接率均会进行明确的要求。

对于岩棉类外墙外保温系统的有效粘接率问题，在《天津市岩棉外墙外保温系统应用技术规程》DB/T 29-217-2019技术体系中，要求采用岩棉条或岩棉板锚盘压网双网构造（抹面层总厚度不应小于5mm），岩棉板（条）粘贴方式应采用条粘法或点框法，其有效粘结面积不得小于70%。在《岩棉薄抹灰外墙外保温工程技术标准》JGJ/T 480-2019技术体系中，分为岩棉条或岩棉板锚盘压网双网构造、岩棉条或岩棉板锚盘压网单网构造和岩棉条锚盘压条单网构造（当设置双层玻纤网时，抹面层厚度宜为5mm~7mm,当设置单层玻纤网时，抹面层厚度直为3mm~5mm），岩棉板有效粘结面积率不应小于50%，岩棉条有效粘结面积率不应小于70%。

对于竖丝岩棉外墙外保温系统，竖丝岩棉复合板芯材虽为岩棉条，但是经复合后，具有较好的一致性，类似于岩棉板材，且强度高于岩棉板，同时基于本章3.1研究，将竖丝岩棉外墙外保温系统的抹面层设定为双层网格布，相应的抹面层将会控制在5mm~7mm，如此设置，在积极影响方面，增强了抹面层的整体防护强度，竖丝岩棉复合板系统的极限条件下控制脱落的能力高于普通岩棉板（或条）外墙外保温系统。但另一方面，抹面层相对较厚加之自重相对较大，会易一定程度增加系统自重。基于以上以上考量，对于该系统的有效粘接率，结合标准的要求，研究认为，粘结面积率不应小于70%，同时注重锚栓的辅助作用。

3.1.2 锚栓设置

在现有的外墙外保温技术体系中，强调以胶粘接粘接为主，锚栓辅助固定，在《岩棉薄抹灰外墙外保温工程技术标准》JGJ/T 480-2019中，专门设置条文“岩棉条外保温系统与基层墙体的连接固定应采用粘结为主、机械锚固为辅的方式；岩棉板外保温系统与基层墙体的连接固定应采用机械锚固为主、粘结为辅的方式”，可见在岩棉材料外墙外保温系统中锚栓的重要性。

对于岩棉类外墙外保温系统的有效粘接率问题，在《天津市岩棉外墙外保温系统应用技术规程》DB/T 29-217-2019技术体系中，要求采用岩棉条或岩棉板锚盘压网双网构造，锚栓自身性能符合相关要求，在系统施工时，在第一遍抹面胶浆施工完成24h，且施工质量验收合格以后，方可进行锚栓锚固施工。锚栓的有效锚固深度在混凝土墙中不应小于35mm，在砌体墙中不应小于55mm，锚栓数量每平米应不少于10个，应按梅花状分布。锚栓间距不应大于350mm，应从距离基层墙体墙角、门窗侧壁100mm~150mm及从檐口与窗台下方150mm处开始安装。在《岩棉薄抹灰外墙外保温工程技术标准》JGJ/T 480-2019技术体系中，除要求锚栓自身性能符合相关要求外，要求岩棉外保温工程单位面积锚栓数量岩棉条外保温工程不应小于5个/m²，岩棉板外保温工程不应小于5个/m²，且不宜大于14个/m²，锚栓中心间距不应小于260mm。用于混凝土基层墙体的锚栓的有效锚固深度不应小于25mrn用于其他基层墙体的锚栓的有效锚固深度不应小45mrn，锚盘直径不应小于60mm。当采用岩棉条锚盘压条单网，构造时宜使用扩压盘，扩压盘直径不应小于140 mm.

综合以上分析，对于竖丝岩棉板的锚栓配置，首先，锚栓的基本性能应该得到保证，其次，基于其自重考虑，为了提高安全性，可参照岩棉板系统对于的锚栓安装要求，并在标准中选择严格标准要求，即在系统施工时，在第一遍抹面胶浆施工完成24h，且施工质量验收合格以后，方可进行锚栓锚固施工。锚栓的有效锚固深度在混凝土墙中不应小于35mm，在砌体墙中不应小于55mm，锚栓数量每平米应不少于10个，应按梅花状分布。同时基于竖丝岩棉复合板的特点以及双网抹面层的配置，不在设置对于扩压盘直径不应小于140 mm的要求。

3.1.3 安全性验证研究

基于以上对于竖丝岩棉外墙外保温系统安全性影响因素的考量，对于关键技术参数进行了研究，得出了理论上安全配置，为了进一步验证这些参数的有效性，本节将基于研究得出的相关构造参数进行安全性验证研究。研究采用理论计算和抗风压试验的方式开展。

为了进一步验证研究形成的系统的安全性，本研究针对研究形成的竖丝岩棉技复合板外墙外保温系统，开展抗风压试验研究。检测研究采用《外墙外保温系统动态风压试验方法》 GB/T 36585，样品制作采用竖丝岩棉复合板为保温材料，采用粘锚复合的形式固定于试验用混凝土基层上，粘接面积设计为70%，锚栓的有效锚固深度在混凝土墙中不小于35mm，锚栓数量每平米应不少于10个，按梅花状分布。抹面层采用双层网格布，抹第一道抹面胶浆，厚度为 2mm~3mm，并趁湿压入第一层玻纤网，玻纤网对接，铺贴应平整、无褶皱，在第一遍抹面胶浆施工完成24h，进行锚栓锚固。抹第二道抹面胶浆厚度应为 2mm~3mm，并趁湿压入第二层玻纤网，第二层抹面胶浆初凝稍干进行第三层抹面胶浆施工，抹面胶浆厚度不小于 1mm。试样制作完成后放入养护室养护，在标准养护条件下养护28d。

养 护完成的试件，研究按照《外墙外保温系统动态风压试验方法》 GB/T 36585规定的方法进行抗风压试验。经检测，在设备最大荷载8kPa的风压作用下，试样仍为破坏，按照标准的要求，系统抗风压值R_d =8kPa，以安全系数不小于2的标准衡量，设计计算所得风荷载标准值W_k=2.79kN/m²，

大于风荷载设计值2.79kN/m²的要求，说明研究形成的竖丝岩棉技复合板外墙外保温系统符合相关标准中关于岩棉材料外保温系统抗风载荷要求。

通过理论计算和抗风载荷实验研究，充分证明了本研究所形成的竖丝岩棉技复合板外墙外保温系统具有较好的安全性。

3.2 复合板外墙节能系统耐久性研究

外墙外保温系统的耐久性问题，是研究整个系统在建筑使用环境下，经过热冷循环、干湿循环等环境变化过程中，系统抵抗因材料属性不同而产生内应力破坏的能力，通常系统会因材料质量、施工质量等问题，造成因环境变化产生内应力荷载作用下的破坏，常见的如防护层空鼓、脱落或开裂等现象。

为了验证外墙外保温系统的耐久性，在外墙外保温的相关标准中，通常采用系统耐候性检测等系统性能检测，验证系统的耐久性和使用性。考虑到该系统没有任何应用技术的问题，在本研究中，首先开展了竖丝岩棉技复合板外墙外保温系统系统检测的指标匹配研究。结合该材料的性能特点，以及对于该系统通用性能的研究，本研究综合《天津市岩棉外墙外保温系统应用技术规程》DB/T 29-217-2019、《岩棉薄抹灰外墙外保温工程技术标准》JGJ/T 480-2019以及《岩棉薄抹灰外墙外保温系统材料》JG/T 483-2015中对于系统性能指标研究，按照研究形成系统性能指标体系，进行竖丝岩棉技复合板外墙外保温系统系统性能检测研究，首先进行了耐候性研究，主要目标：一是验证研究形成的竖丝岩棉技复合板外墙外保温系统系统的耐久性，二是，论证耐久性指标和检测方法的合理性和可行性，耐久性检测的拉拔实验后材料见图4。

图4系统耐候实验试件拉拔实验后材料状态

通过耐候性实验，发现该系统具有较好的耐久性，耐候试验后试件的所有指标均符合前期设定的指标要求，由于指标基本引自行业标准，指标的技术水平较高，本实验的优良结果表明本实验方法具有较好的适用性，同时也进一步说明，该系统构造具有优良的使用性能和科学性。

四、小结

本研究主要对竖丝岩棉复合板在建筑节能领域的应用进行研究，研究形成了复合板外墙外保温系统的节能构造，并通过理论计算和试验测试，完善并验证了复合板节能系统的安全性和耐久性。研究证明研究形成的竖丝岩棉复合板外墙保温节能系统具有较好的安全性和使用性能，在建筑节能领域，特别是建筑外墙外保温领域既有较好应用性。同时研究形成的构造技术及技术参数，为该系统的推广和使用提供较为全面的技术依托，对于该材料在建筑节能领域的推广使用起到一定的助推作用。

参考文献：

1. 彭罗文等.建筑外墙保温岩棉应用存在的若干问题及解决方案探讨[J].墙材革新与建筑节能，2018

[2]谢诚等.表面改性复合岩棉板的研制及其在屋面系统中的应用[J].中国建筑防水,2016

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[6] 路国忠等.聚氨酯/岩棉复合保温板的制备及性能研究[J].墙材革新与建筑节能，2015

[7]王川北方地区岩棉外保温系统应用研究[J]. 墙材革新与建筑节能, 2016