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GBF防火保温板在外墙外保温系统中的应用

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GBF防火保温板在外墙外保温系统中的应用


  • GBF防火保温板在外墙外保温系统中的应用

1531448465630435.jpg项目名称:GBF防火保温板在外墙外保温系统中的应用


项目描述:GBF玄武岩纤维防火保温板应用于建筑外墙外保温的薄抹灰砂浆系统和保温装饰一体化复合板系统。

前言

众所周知,我国近几年来,接连发生了多起与建筑外墙外保温材料有关的火灾事故,从而将建筑外墙外保温材料推到了风口浪尖。2011年12月30日,国务院下了国发[2011]46号《国务院关于加强和改进消防工作的意见》的文件,各省市自治区也纷纷出台了贯彻国务院文件的意见。公安部消防局于2012年又宣布不再执行65号文件,同时公安部于2012年7月17日又颁发了第119号令《公安部关于修改<建设工程消防监督管理规定>的决定》;2013年4月9日公安部下发了《公安部关于印发关于建立建设工程消防质量终身负责制的指导意见的通知》(公消[2013]94号文件)。2013年10月1日起开始实施国家标准《建筑外墙外保温系统的防火性能试验方法》。由于我国涉及外墙外保温的有关新标准至今尚未出台,目前,大多数省份仍然在执行2009年9月25日公安部与住房和城乡建设部联合下发的《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字【2009】46号文件),虽然该文件在我国首次提出了在外保温系统中设置防火隔离带的要求,但是该文件是在“2.9”央视新址北配楼发生火灾事故后下发的,其暂行规定尚有许多不完善之处,因此,目前各地在建筑保温中执行标准不一、争论不休,莫衷一是。显然,提高外墙外保温系统的防火安全性迫在眉睫,并基本形成了两种技术路线。第一种是“构造防火”的技术路线,认为,目前提高保温材料的防火性能,技术上和经济上不符合中国的国情,提倡采用防火隔离带、防火分仓、防火面层等构造措施来提高外墙外保温系统的防火安全性;第二种“材料防火”的技术路线,认为,外墙外保温火灾的根源在于易燃保温材料,提倡开发难燃或不燃的高效保温材料来逐步替代易燃保温材料,从而从根本上解决建筑的火灾隐患。综合上述两种技术路线,比较统一的认识为:“解决外保温的防火问题,可以从提高保温材料的燃烧性能等级和增加外保温系统的防火构造措施两方面入手。”【1】中国的建筑节能发展有着自己显著的国情:我国建筑节能建筑规模大,几乎占了全世界50%的规模;城市高层建筑多,人口密集;外墙外保温现场施工和监理普遍不够规范,质次价低的保温材料充斥市场;全国南北地区气候差异大,采暖地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区有着不同的地理环境和气候特点;绿色建筑理念落后,尽量减少一次性的建筑投资成本,较少顾及建筑全寿命期成本的下降;我国建筑节能标准不成体系,规范编制和修订较慢,建筑节能立法滞后等等。我国建筑节能的出路究竟在哪里?如何开展我国建筑节能的自主创新?本文从研发既节能又防火的新型保温材料出发,重点介绍玄武岩纤维防火保温板及其应用于建筑外墙外保温的薄抹灰砂浆系统和保温装饰一体化系统的研发情况和试验研究。1、GBF板的结构及性能GBF板由浙江石金玄武岩纤维有限公司研究开发。公司曾先后承担了国家“玄武岩连续纤维及其复合材料”863计划及其他8项国家级科研项目和产业化项目。GBF板的研发起始于“2.9”央视新址北配楼火灾事故发生后的2009年。“玄武岩纤维防火保温板”简称GBF板,GBF是英文Green Basalt Fiber的缩写,G代表Green,绿色,BF是Basalt Fiber,玄武岩纤维的缩写。

1.1、GBF板外墙外保温的两大应用系统

GBF板在外墙外保温中可分别采用薄抹灰砂浆及装饰一体化两大应用系统,且各有特点。

1.2.1 GBF板的分类及结构

GBF板分为两类板:一类是实心板;另一类是夹芯板。

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               图1  GBF实心板                                   图2  GBF夹芯板  

1.2.1.1 GBF实心板                                 

实心板是由连续玄武岩纤维短切、梳棉、针刺形成三维交错结构的玄武岩纤维毡,并掺入少量粘结剂经高温高压制成。

GBF实心板所用的GBF连续玄武岩纤维是以100%的玄武岩为唯一原料,采用我国独创的零碳排放的全电熔清洁生产技术,经高温熔融连续拉制而成的无机纤维,生产每公斤GBF连续玄武岩纤维的电耗仅为3.5度,是所有新型高技术纤维中能耗最低的。钼电极被“埋入”导热系数很低的且不宜散热熔体中。生产工艺简洁,生产环境无噪音、无废气、环保。因此,无论从生产工艺路线,还是从纤维的形态及性能看,它均完全不同于岩棉,不仅生产清洁、零碳排放,没有渣球含量,而且酸度系数((SiO2 + Al2O3)/(CaO + MgO)的比值)高达6以上,一般岩棉的酸度系数为1.6~1.8。酸度系数越高力学性能越高,化学稳定性越好。

                                 表1  GBF纤维的化学成分


化学成分

  SiO2

Al2O3

CaO

MgO

Na2O+K2O

Fe2O3+FeO

TiO2

其它

含量  %

 56.97

17.02

6.02

4.6

5.78

8.35

1.82

0.29


 目前,全世界只有俄罗斯、乌克兰和中国3个国家拥有自主知识产权的连续玄武岩纤维生产技术,奥地利、德国、比利时等国家有为数不多的工厂。日本将于2015年在福岛设厂开展玄武岩纤维的生产。美国至今,没有玄武岩纤维的生产。虽然全球的连续玄武岩纤维产业尚属于初级发展阶段,但是,我国的生产总量和生产工厂总数已占到了全世界一半以上。尤其是我国已经将连续玄武岩纤维产品列入新材料这一战略性新兴产业中的重点产品予以鼓励发展。此外,我国符合拉制连续玄武岩纤维的火山岩储量极其丰富,构成了一大资源特点。我国快速的经济发展越来越受到环境和资源的制约。我国发展绿色建筑和建筑节能迫切需要既节能又防火新型保温材料的问世。

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                   图3 GBF连续玄武岩纤维生产车间

1.2.1.2 GBF夹芯板

夹芯板由薄的实心板做上下两张面板,以组拼的岩棉条为芯材,面板与芯材粘结后经高温高压形成三明治结构。


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            图4  芯材中岩棉的纤维垂直于墙面       图5 芯材所用的岩棉条(带)

1.2.2 GBF板的性能


1.2.2.1 GBF板的力学性能

         表2  GBF实心板、夹芯板与岩棉板性能的比较


性能比较

            GBF板

             岩棉

  GBF实心板

  GBF夹芯板

    岩棉板

  岩棉条(带)

抗拉强度(KPa)

≥300

≥120

≥7.5~15

≥80

导热系数(w/(m.k)、25℃)

0.036

0.040

0.040

0.048

密度(Kg/m3)

≥120

≥150

≥150

≥150


注:GBF实心板、夹芯板的性能来自于国家建筑工程质量监督检验中心的检验报告,实测GBF实心板的抗拉强度为380KPa,GBF夹芯板为135KPa。

由上表可见,GBF板区别于岩棉板等传统无机保温材料和XPS、EPS、PU等传统有机保温材料的最大特点之一是力学性能特别高,这就为GBF在外墙外保温中的应用和创新奠定了基础。

需要特别指出的是:GBF板完全不同于岩棉板,不仅原料不同、化学成分不同带来了比岩棉高出近4倍的酸度系数(约为7.3),而且GBF夹芯板通过三明治结构,将岩棉切割成条(带)状,让纤维呈“竖丝”垂直于墙面(岩棉板的纤维平行于墙面),组拼成芯材,芯材与薄的实心面板(厚度通常为3~6mm)粘结而成,界面结合力强,拉伸强度破坏时,在芯材当中拉开,赋予了GBF夹芯板很高的拉伸强度和其它一系列优异性能。尤其是,GBF板改变了岩棉板遇水容易膨胀、坠落,保温性能急剧下降,和拉伸强度低,容易产生PM2.5、PM10等微小颗粒,及导致皮肤刺痒等三大缺陷。

1.2.2.2 GBF板的燃烧性能

GBF板的燃烧性能达到A1级。国家防火建筑材料质量监督检验中心对8mm厚的GBF实心板样品进行了检验,检验依据为:国家标准GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》。检验结论:“经检验该制品燃烧性能达到A1级。”【3】

                      表3   GBF板燃烧性能达到A1级的检验结果


检验项目

      检验办法

技术指标

检验结果

结论

炉内温升  ℃

GB/T5464 -1999

≤ 30

13

合格

持续燃烧时间 S

GB/T5464 -1999

0

0

合格

质量损失率 %

GB/T5464 -1999

≤ 50

5.3

合格

热值  MJ/Kg

GB/T14402-2007

≤ 2.0

1.2

合格


注:上述检验结果来源于国家防火建筑材料质量监督检验中心的检验报告,报告编号:201210985。

1.2.3 GBF板规模化生产线的开发

为了实现GBF板的规模化生产,浙江石金玄武岩纤维有限公司走自主创新的路子,自主设计开发了可以大规模生产的设备。主要设备包括:导热油加热系统、粘结剂配置及回收系统、脱水及烘干烘箱系统、板材生产线自动传输系统、大型热压机、板材切割设备等。可一次压制2.5m×6.2m的大板,每张大板可切割0.6m×1.2m标准板20张,每天可生产GBF板1万平方米, 。

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                               图6  GBF板生产线

综上所述,GBF板是一种既节能又防火的新型保温材料,技术来源于国家863计划成果:“玄武岩连续纤维及其复合材料”,并已经于2011年6月申请了发明专利“一种新型的玄武岩纤维墙体保温板的制造方法”(申请号:201110152574.7)。目前,该发明专利申请已进入实质审查阶段(公开号:CN 102817415 A)。GBF板已实现规模化生产。此前,在国内外对该建筑外墙外保温材料鲜有报道。

2、GBF板外墙外保温的两大应用系统

GBF板在外墙外保温中可分别采用薄抹灰砂浆及装饰一体化两大应用系统,且各有特点。

2.1 GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统

GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统,通常以GB夹芯板为保温材料,采用胶粘砂浆粘贴与锚栓固定相结合的工艺与基层墙体连接,并以抹面胶浆和玄武岩纤维网格布复合而成的抹面层以及饰面砂浆或涂料饰面层构成的外墙外保温系统。


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       图7  GBF薄抹灰砂浆外墙外保温系统基本结构示意图

1—基层墙体;2—找平层;3—粘结层;4—GBF夹芯板保温层;5—第一道抹面砂浆层和玄武岩纤维网布;6—锚栓;7—第二道抹面砂浆;8—饰面层

由于GBF板是由同样属于硅酸盐类的连续玄武岩纤维为主要原料制成的,因此,GBF板与砂浆的界面结合力很强,且GBF玄武岩纤维不吸水。

2.1.1 GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统的检验


国家建筑工程质量监督检验中心对GBF防火保温板外墙外保温系统的检验结论是:“经检验,GBF防火保温板外墙外保温系统的耐候性、抗风荷载性能、吸水量、抗冲击强度、耐冻融、水蒸汽湿流密度和抹面砂浆不透水性,粘结砂浆拉伸粘结强度、抹面砂浆拉伸粘结强度和压折比,网格布耐碱断裂强力、耐碱断裂强力保留率和断裂应变,锚栓的单个锚栓抗拉承载力标准值符合JGJ144--2004《外墙外保温工程技术规程》,和JGJ149--2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》中单项规定,检验结果全部合格。”【2】

为了规范该系统的应用,浙江石金玄武岩纤维有限公司已形成了《GBF玄武岩纤维防火保温板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统技术规程》的企业标准,并正在向浙江省、上海市、辽宁省等省份的有关部门申请将其转化为地方的推荐性标准。

2.1.2 GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统的主要特点

GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统与XPS、EPS,以及岩棉板在薄抹灰砂浆外墙外保温中施工时的工艺、流程上并没有太大的区别,从而避免了现场施工人员在用该新产品施工时的不适应和茫然。不仅如此,由于GBF板自身的独特结构和优异性能,系统应用时具有如下特点:

(1)施工简便、效率高,并可在现场切割GBF板;

(2)耐候性好,饰面层不会出现气泡脱落;

(3)耐冻融,不变形、不易产生裂缝,防水性能好;

(4)耐久性强,与建筑同寿命。

2013年10月,GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温系统首先应用于沈阳市绿色建筑委员会圆弧形大楼的节能改造项目。

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                   图8  GBF板薄抹灰砂浆系统在外墙外保温中的施工

2.2 GBF保温装饰一体化复合板外墙外保温应用系统

GBF保温装饰一体化复合板外墙外保温应用系统是将在工厂加工制成的GBF保温装饰复合板(由带装饰面的面板材料与GBF板粘结复合而成),通过粘锚结合的安装方式,固定在墙体表面,并对板缝进行处理后所形成的外墙外保温装饰一体化系统。

     GBF保温装饰复合板系统适用于钢筋混凝土、混凝土多孔砖、混凝土空心砌块、粘土多孔砖、加气混凝土砌块等材料为基层的外墙,  基层墙体(除加气混凝土砌体墙外)应做1:2.5水泥砂浆(WPM15、DPM15)找平层,其厚度应≥12mm。加气混凝土砌体墙应涂刷专用界面剂后,做薄层水泥砂浆找平层,找平层与基墙应粘结良好。

2.2.1 GBF保温装饰一体化复合板外墙外保温应用系统的主要特点

该系统的最大特点可以采用“无龙骨”的石材干挂,如图9所示:


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      图9  GBF保温装饰一体化石材干挂外墙外保温系统基本结构示意图

1—基层墙体;2—粘结层;3—保温层;4—GBF保温装饰一体化复合板饰面层;5—背栓螺钉加固件

由于没有传统概念上的“龙骨”,达到了“节材”的目的。GBF保温装饰一体化复合板直接粘贴于1:2.5水泥砂浆的找平层上,每块复合板用背栓螺钉加固在墙体上,为了有效可解决GBF保温装饰一体化复合板(包括用12~15mm厚的石材做饰面的复合板)锚固的安全性,对每层复合板上下两边再进行平行横向的“边框式”锚固,且保温板紧贴石材饰面相衬可以有效防止石材的破碎。

为了规范该系统的应用,浙江石金玄武岩纤维有限公司目前已形成了《GBF保温装饰一体化复合板应用系统技术规程》的企业标准,并正在向浙江省、上海市、辽宁北京市等省份的有关部门申请将其转化为地方的推荐性标准。

1、GBF在绿色建筑和建筑节能中的推广意义


GBF板及其外墙外保温的两个应用系统在我国绿色建筑和建筑节能中的推广具有重要的意义。

(1)可以探索走一条“中国创造”的“材料防火”的建筑节能新路子,以促进我国绿色建筑和建筑节能实现自主创新的发展。

(2)可以有效地解决我国高层建筑及公共建筑外墙外保温现实中“节能”与“防火”不能兼顾的老大难问题。

(3)填补了国内外空白,为我国大规模的绿色建筑和建筑节能的发展提供了一种新材料、新技术和新方法。

2、结论

通过对GBF玄武岩纤维防火保温板的试验研究,重点有针对性的研究了GBF板在建筑外墙外保温中的薄抹灰砂浆应用系统和GBF保温装饰一体化复合板应用系统,得出以下结论:

(1)GBF板是一种导热系数低、防火性能优异、综合性能好、与建筑同寿命的既节能又防火的新型保温材料。

(2)GBF玄武岩纤维防火保温板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统适合用于我国民用高层建筑、公共建筑及其它有特殊要求的绿色建筑的节能与防火。

(3) GBF玄武岩纤维防火保温装饰一体化复合板通过粘锚结合的安装方式,固定在墙体表面,可以达到显著的“节材”效果。




参考文献:


【1】朱春玲.我国外墙外保温防火技术研究进展(J)墙材革新与建筑节能,2014,第1期:53-56.

【2】国家建筑工程质量监督检验中心GBF防火保温板外墙外保温系统检验报告,报告编号:BETC--HJ2--2013--365第1页

【3】国家防火建筑材料质量监督检验中心GBF防火保温板燃烧性能等级的检验报告。报告编号:201210985,第1页










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