建筑外墙外保温用岩棉板技术性能探讨_乔慧敏.pdf

DOI:10 13719/j cnki 1009 6825 202315031建筑外墙外保温用岩棉板技术性能探讨收稿日期:2023 01 30作者简介:乔慧敏(1982 )，女，工程师，从事建筑材料研究与检测工作乔慧敏(山西华建建筑工程检测有限公司，山西 太原030000)摘要:不同的玄武岩掺量、不同的固化剂掺量、不同的憎水剂掺量会导致岩棉板的导热系数不同、垂直于表面抗拉强度不同、压缩强度不同、体积吸水率不同、憎水率不同。通过对不同掺量玄武岩岩棉板的物理性能进行比对实验，并对实验数据进行合理分析，最终确定了一条最经济适用的玄武岩岩棉板生产工艺配比路线。关键词:外墙保温;玄武岩;外墙外保温用岩棉板中图分类号:TU551文献标识码:A文章编号:1009 6825(2023)15 0119 040引言近年来，随着我国经济建设的快速发展，每个城市的高层建筑如雨后春笋般出现并进入快速发展的阶段，但是高层建筑行业的快速发展，随之也带来了很多外墙外保温的质量问题。其中，因高层建筑外墙保温材料着火引起的火灾而导致群死群伤的事故屡屡发生，一旦高层建筑保温材料引燃，发生火灾，必将造成全局性、连续性、连锁性的社会影响，给社会和家庭带来巨大损失。所以寻求一种性能优良且安全的外墙保温材料成为人们研究的热点。岩棉材料因其具有较好的保温绝热性能、卓越的防火安全性能、抗压抗拉强度高、吸水吸湿率低、尺寸稳定性好、无热胀冷缩、耐老化等优点，更多的被应用到现代建筑当中1。岩棉是以玄武岩(或辉绿岩)、白云石、矿渣为主要原料，并加入焦炭。原材料经 1 400 高温熔融后，通过离心力甩丝制成无机纤维，形成积棉输送，利用摆锤铺棉。再加入适量的热固性树脂胶黏剂及憎水剂等，经200 300 温度烘烤成板并压制、固化、切割等工艺制成的板(条)状制品。由于玄武岩具有出色的抗压抗折性能、防火性能，而且耐磨性好，吸水率低，所以是非常好的建筑保温绝热材料，外墙岩棉板玄武岩含量越高，酸度系数越高，岩棉板的酸度系数会影响到岩棉的耐水性，当岩棉的酸度系数越高时，其耐水性会越高;酸度系数越低时，其耐水性会大大降低，如果岩棉板的酸度系数过低，时间久了会受到结构中的水解作用，纤维断裂、粉化，最后失去应有的强度而下沉堆积。玄武岩的酸度系数(4 8 7 0)远高于矿渣的酸度系数(1 1 1 4)，酸度系数越大，化学性能越稳定，耐候性越好，抗老化时间越长，抵抗大自然风吹日晒的侵蚀能力越强，使用寿命也就越长。外墙岩棉板跟普通岩棉板的结构不同，生产工艺不同。含玄武岩的外墙岩棉板其纤维结构为打褶状，从而增加了岩棉板的抗拉及抗压强度，使岩棉板与建筑物黏接牢固不易脱落，且能承受一定的风荷载并能抵抗外力撞击;而普通岩棉板的纤维结构为平铺状，使其抗拉及抗压强度较低，导致普通岩棉板不具备含玄武岩岩棉板的特性。含玄武岩岩棉板的玄武岩含量越高，其导热系数越小，保温效果就越好2。随着岩棉需求量的增加，更多的岩棉厂家出现在市场中，但是因其鱼龙混杂、质量参差不齐，导致其使用寿命减短，节能保温性能变差，甚至因雨水浸湿，导致脱落。因此，我们研究了不同掺量玄武岩对岩棉板技术性能的影响，通过对实验数据的详细合理分析，从而得出各种材料的最佳掺量，希望找到一种性能更优的岩棉板。1试验11实验配比本文采用山西某岩棉企业生产的厚度为 100 mm，密度为 140 kg/m3的岩棉产品作为试验用产品，所用原材料为:山西忻州繁峙产玄武岩，定襄产白云石，轩岗产矿渣，固化剂为国产某企业生产的酚醛树脂胶，憎水剂为国产某企业生产的含有机聚硅氧烷复合物的有机硅水乳液。生产工艺路线为:玄武岩(见图 1)、矿渣(见图 2)、白云 石、焦 炭 等 原 材 料 在 1 440 高 温 中 熔 化，经7 500 r/min 的离心机甩丝，喷固化剂、憎水剂，经摆锤多层整理，不同滚轮打褶后，压实，在固化箱内固化，最终切割成厚度为 100 mm，密度为 140 kg/m3的外墙外保温打褶岩棉板。具体配比组成见表 1。12不同配比时岩棉板的物理性能本次实验岩棉板的主要物理性能为导热系数、体积吸水率、垂直于表面抗拉强度、压缩强度、憎水率，所用仪器设备为 DCD 3030 型智能化平板导热系数测定仪、WDW 10A 微机控制电子万能试验机(1 kN，2 kN)，SYL 3 型憎水性测定仪、电热鼓风干燥箱、电子天平、钢911第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑SHANXIACHITECTUEVol 49 No 15Aug2023直尺、针型测厚仪。图 1玄武岩图 2矿渣表 1玄武岩、固化剂、憎水剂实验配比(按每 1 000 kg 岩棉板计)kg序号玄武岩固化剂憎水剂135052235072335010244505254507264501027550528550729550102导热系数试验试件从岩棉板边缘不少于15 mm 处截取两块 300 mm 300 mm 25 mm 的试件，放置于(105 5)电热鼓风干燥箱中烘至恒重备用。试验环境为(23 2)，相对湿度为(50 10)%H。测试平均温度为 25，热板温度为 35，冷板温度为 15。试验前先用标准板对导热系数仪进行标定，用实测值除以标准值即为导热系数仪的修正系数，得出仪器修正系数为1123 1，将修正系数输入系统指定界面，试验时得出的结果即为保温板的导热系数3。体积吸水率试件为4 块 200 mm 200 mm 100 mm尺寸的试 件。试验 环境为(23 2)，相 对 湿 度 为(50 10)%H。在(105 5)电热鼓风干燥箱中烘至恒重，称取试样质量 m1，慢慢地将试样压入水中，使试样上表面或上端面距水面 25 mm。加上压块使之固定，试样间及试样与水箱壁而无接触，保持上述状态2 h。慢慢地取出试样，将试样放在沥干架上，让其沥干10 min，立即称取试样的质量 m2。通过计算得出试件的体积吸水率4。垂直于表面抗拉强度试件为 200 mm 200 mm 100 mm 尺寸的 5 块。试验环境为(23 2)，相对湿度为(50 5)%H。将试样黏结在两个 200 mm 200 mm刚性板块上，在(23 2)、相对湿度(50 5)%H 的条件下最少养护 6 h 后，将试样安装在试验机上，以(10 1)mm/min 的速度进行拉伸试验直至破坏，记录最大拉伸荷载，计算每组试样的抗拉强度5。压缩强度试件为 200 mm 200 mm 100 mm 尺寸的5 块。试验环境为(23 2)，相对湿度为(50 5)%H。将在(23 2)，相对湿度为(50 5)%H 环境中放置 6 h 的试样放在微机控制电子万能试验机的两块压板 正 中 央。预 加 载(250 10)Pa 的 压 力，以10 mm/min 的恒定速率压缩试样，直 至 试 样 压 缩 至10%变形时得到 10%变形时的压缩应力。通过计算得出试样的压缩强度6。憎水率试件为 3 块 300 mm 150 mm 50 mm 尺寸的样品，将试样放入干燥箱内，在(105 5)的温度下干燥至恒重。试样干燥后，在干燥皿中冷却至室温，称量试样的质量 m1，将试样安放在憎水性测定仪上，根据试样厚度，调节喷头位置，使其满足要求，调节水流量，使其稳定在(60 2)L/h，连续喷淋 1 h。取下试样，在 1 min之内用吸水纸快速蘸去表面水滴，立即称量试样的质量m2。通过计算得出憎水率7。121玄武岩掺量对岩棉板导热系数的影响通过分析表 2 的各类岩棉板(如图 3 所示)的导热系数(如图 4 所示)可见:350 kg 的玄武岩与 450 kg 的玄武岩、550 kg 的玄武岩比较，玄武岩掺量增多其导热系数呈降低趋势，其本质原因实际与玄武岩纤维的直径有关，玄武岩纤维(如图 5 所示)直径约 6 m 9 m，矿渣棉纤维直径约为 10 m 12 m，玄武岩较多的岩棉相比矿渣较多的岩棉直径较细，单位体积岩棉板内孔隙率相对较多，直接导致封闭在板内的空气较多，而空气又有较好的保温性能，资料反映封闭的空气其导热系数为 0 020 W/(mK)，从而使岩棉板保温性能提高。表 2不同配比时岩棉板的物理性能序号导热系数/W(mK)1体积吸水率/%垂直于表面抗拉强度/kPa压缩强度/kPa10 0405 37 23320 0415 18 03830 0434 88 94240 0353 116 75450 0372 917 55960 0382 718 26270 0312 219 07180 0322 019 97590 0341 920 479122玄武岩掺量对岩棉板垂直于表面抗拉强度的影响通过分析表 2 中各类岩棉板垂直于表面的抗拉强度(如图 6 所示)可见:相同质量的玄武岩，其固化剂掺量越高垂直于表面抗拉强度越大，其主要原因是固化剂在岩棉板纤维之间起到很好的黏结作用，其掺量越大相对黏结的效果越好，相应的抗拉强度越高;相同质量的固化剂，玄武岩掺量越大，岩棉的抗拉强度越高，其原因是玄武岩越多，岩棉板内纤维表面积越大，需要的固化剂越多，才能保证抗拉强度不降低，且较多的玄武岩纤维在一定程度上提高了其纤维层抗折或抗剪能力，综合以上两点，玄武岩掺量大有利于提高垂直于表021第 49 卷 第 15 期2 0 2 3 年 8 月山西建筑面抗拉强度。图 3岩棉板图 4不同掺量玄武岩导热系数的变化0.0450.040.0350.030.0250.020.0150.010.0050导热系数/W （m K）-1300400500600玄武岩/kg固化剂掺量为 10 kg；固化剂掺量为 7 kg；固化剂掺量为 5 kg图 5玄武岩纤维图 6不同掺量玄武岩垂直于表面抗拉强度的变化垂直于表面抗拉强度/kPa300400500600 650玄武岩/kg固化剂掺量为 10 kg；固化剂掺量为 7 kg；固化剂掺量为 5 kg21191715131197123玄武岩掺量对岩棉板压缩强度的影响通过分析表 2 中各类岩棉板的压缩强度(如图 7所示)可 见:350 kg 的 玄 武 岩 与 450 kg 的 玄 武 岩、550 kg 的玄武岩比较，玄武岩掺量越多其压缩强度越高。影响岩棉板抗压强度的因素很多，其重要的有三种因素:组织、胶结物的性质、压力的方向。组织以结晶粒子大小而言，一些细粒的岩石或隐晶质的岩石，其抗压强度往往要较粗粒的大。由于岩棉板在生产过程中所使用的天然岩石种类不同，其生产出来的岩棉板其结晶粒子大小也不同，但是通过玄武岩生产出来的岩棉板其结晶粒子是很小的，同时抗压强度很大。胶结物在保温材料中可以提高其抗压强度，岩棉板生产过程中所使用的黏合剂，由于黏合剂的质量不同因此其实际情况也不同。岩棉板的抗压强度也决定于挤压应力作用的方向，即压力的方向。岩棉板具有层面的性质，如果应力作用的方向和层面垂直，则岩棉板的抗压强度会很大。图 7不同掺量玄武岩压缩强度的变化8075706560555045403530压缩强度/kPa300400500600700玄武岩/kg固化剂掺量为 10 kg；固化剂掺量为 7 kg；固化剂掺量为 5 kg经以上实验研究可知，玄武岩为 450 kg，固化剂为5 kg 时，岩棉板相应的物理性能指标不仅满足 GB/T259752018 建筑外墙 外 保温 用岩 棉 制品8 与 JG/T4832015 岩棉薄抹灰外墙外保温系统材料9 的标准要求，而且成本也比玄武岩掺量为550 kg 的成本低，是值得各厂家重点思考及应用的方向。2憎水剂对岩棉板的性能影响在确定实际配比后，因为吸水量直接影响岩棉制品在外墙应用中的耐久性能和保温性能，吸水量过高的岩棉应用在外墙保温系统中，犹如给建筑物穿了一件被水打湿的棉衣，不但使建筑外墙保温系统的保温效率大大降低，保温系统的耐久性也将受到严重影响。德国Fraunhofer 物理研究所的一项研究成果表明墙体的湿度与其保温性能有着密切的关系，墙体湿度越高，其保温性能越差10。考虑到耐久性，将憎水剂降低至 1 00 kg，1 25 kg，1 50 kg，175 kg，检验