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无机复合不燃保温板的探究与思考
日期:2021-05-19 14:56:41 作者:建设科技协会

             无机复合不燃保温板是以聚苯乙烯颗粒作为核心隔热芯材,以无机胶凝材料、活性矿物微粉、硅基纳米材料等作为连续相,经过细磨制浆、机械混合后链板压制成型的一款新型A级防火保温材料。

无机复合不燃保温板具有绿色、安全、环保、节能等特点。本产品将有机保温材料聚苯颗粒表面处理后,使其与水泥基无机胶凝材料具有更好的相容性,从而能够进行有效的复配。无机胶凝材料将聚苯颗粒外表面分仓独立包裹,使颗粒与颗粒间相互隔离;同时,无机胶凝材料又起到了骨架支撑作用,一方面增强了板体自身强度,另一方面遇火后不垮塌,阻止火势的蔓延,全面实现无机蜂巢包裹阻燃效果。

无机复合不燃保温板是一款保温性能、防火性能及其他相关力学性能兼顾的新型保温材料。其在满足防火及保温性能的同时,克服了传统A级防火保温材料耐水性差、耐冻融差、力学性能差、对人体不友好等弊端,与水泥类砂浆相容性极佳,配套标准的施工工艺,基本可做到与建筑物同寿命。本文就无机复合不燃保温板的研发和实践做一探究。

     一、行业背景

近年来在我国建筑保温材料市场中,发泡聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯、聚氨酯等有机保温材料,因其导热系数低,保温效果好,施工方便等得到了广泛的应用,在建筑保温领域发挥了重大作用。但是,随着国民经济的提高,建筑高度逐渐提升,建筑物的防火安全也得到了更多的关注。由于建筑外保温是密闭腔体结构,一但保温层着火,密闭腔体会形成“烟囱效应”立即向上蔓延,导致火势无法控制。同时,有机保温材料燃烧后所释放的烟毒性危害不亚于火势本身。近些年不断出现因保温材料失火而引起的特大火灾,比如:央视配楼、南京中环国际广场、上海静安区教师公寓、郑州绿地原盛国际火灾事故等等。这些事故引起社会广泛关注,公安部消防总局下发文件,要求建筑物外墙保温材料,必须采用燃烧性能达到A级的防火保温型材料。

目前,有机类保温材料只能达到B级防火,根据《建筑设计防火规范》GB50016-20142018版)要求,此类材料只能用于低层建筑。市面上无机类保温材料:岩棉、珍珠岩板等A级防火保温材料又因为其理化性能的缺陷,在耐候性、吸水性等方面存在巨大安全隐患,大风天气风荷载的作用下,脱落、掉板的情况时有发生,远远达不到国家规定外墙保温25年的使用寿命,给业主方也带来了后期维护的成本提升。

鉴于当前形势,如何能够研发出一款既能达到A级防火标准,又能起到良好的保温效果,同时各项理化指标均满足现实要求的“好板子”,一直是该行业的前进方向。

二、研发思路

河南省新盛建筑节能装饰有限公司(以下简称“新盛筑能”)在多年保温材料生产实践基础上,探索新的途径,摒弃了传统针对无机材料进行发泡的工艺技术思路,也放弃了在有机材料中加入高效阻燃剂的技术思路,而是通过水泥基无机不发泡胶凝材料作为连续相基体,提供强度和阻燃性;以聚苯乙烯颗粒作为分散相,降低密度,提高绝热性能的思路进行研发,合理控制各组分含量。

依据现有资料,聚苯颗粒的燃烧热值为40MJ/kg,而GB8624中关于保温板材A2级的要求为燃烧热值≤3.0MJ/kg,因此从热值计算要求上说,则板材中聚苯颗粒的重量含量应不超过7.5%。如果需要添加更多的聚苯乙烯颗粒以提高板材绝热性能,则需要考虑吸热剂的加入。

无机复合不燃保温板在研发思路中做到了以下几点创新:

(一)不使用镁系水泥或其他耐候性、耐水性差的无机胶凝材料;

(二)适当加入特殊的无机轻质多孔纳米材料(硅基),以一定程度降低无机相的密度(1200kg/m3)和导热系数;

(三)添加一定量的吸热剂。

三、配方及工艺创新

新盛筑能依托中国建筑科学研究院、四川大学化学与物理重点实验室,对无机复合不燃保温板的配方及工艺进行不断改进与创新。

首先在配方原材料选择方面,本产品使用了特殊无机胶凝材料,实现了板材力学强度和快凝快硬的兼顾,适应于连续化工艺,同时板材的耐候性良好;使用了特种的多孔纳米材料作为填充剂,在有效降低板材容重和导热系数的基础上,该填充剂能充分参与胶凝基体的水化反应,从而对板材的力学强度产生贡献;聚苯乙烯泡沫颗粒进行了表面处理,增大了其与无机材料的粘接力。

其次在工艺方面,采用连续化压制工艺,使得板材呈现各项同性,避免板材内分层、剥离等问题。板体强度与柔性兼得,面层平整不脱粉。

最后在循环利用方面,配方中添加了一部分(5%-10%)高炉废渣粉末,提高了无机胶凝材料的和易性,变废为宝。

四、标准依据及主要技术指标

无机复合不燃保温板主要依据标准JG/T536-2017《热固复合聚苯乙烯泡沫保温板》中G050标准以及T/CIEEME 002-2020《无机复合聚苯不然保温板应用技术规程》(中国绝热节能协会标准),主要技术指标要求如下:

 五、产品性能优越

    新盛筑能经过不断总结、完善、实践,终于生产出相对理想的保温防火憎水无机复合不燃保温板,通过中国建筑科学研究院材料检测中心的质量检测,各项指标优异。同时,我们自主研发并优化了生产工艺,实现了批量生产,而且每块板材复合均匀,指标性能稳定,每次检查都是无差异抽检取样,深受检验机构的认可。

六、产品优势

新盛筑能无机复合不燃保温板总体来说具有如下几个方面优势:

(一) A级防火。无机复合不燃保温板依靠无机胶凝材料作为连续项,达到蜂巢浸透包裹阻燃的效果,真正实现A及防火阻燃。

(二)表观完美。定厚生产,履带式连续挤压工艺成型,内部密实,浆料分布均匀,外观平整无翘曲、面层不脱粉。

(三)吸水率低。产品在潮湿环境下,不霉变,不影响保温性能,保证安全、耐久性,解决了传统A级保温材料遇水膨胀脱落的情况,质量有保证。

(四)粘贴更牢固。板体为水泥基,与粘接、抹面砂浆相似相容,匹配性极佳,与墙体粘贴更牢固。

七、实践与探索

(一)外墙薄抹灰体系

    大面积适用于外墙薄抹灰体系,施工工艺可参照T/CIEEME《无机复合聚苯不然保温板应用技术规程》及JGJ 144《外墙外保温应用技术规程》。

    与传统外墙外保温工程薄抹灰系统比较具有较大优势。以下是采用聚苯板,岩棉、无机复合不燃保温板按照相同施工条件下三种材料人工费、简易难度、表面平整度,综合比较如下:

由此可见,在建筑外墙外保温工程中薄抹灰系统,施工工序、工艺相同。当采用A级材料时,无机复合不燃保温板比岩棉板材料工费要低的多,综合成本要低于岩棉板费用约15/㎡左右。从板材材质性能方面且施工简易程度及保温板安装完毕后观感与聚苯板相似,但由于无机复合不燃保温板是水泥基,与墙体融合度和粘结度远远大于聚苯板。从施工、防火、安全等方面看,无机复合不燃保温板均优于传统保温板。

(二)柔石(轻质)保温装饰一体板

    柔石装饰板是以废弃天然碎石加工粉末后,与黏胶混合形成新型装饰材料,不仅具有各种石材性能和华丽外观,而且柔性强、质量轻、易粘贴,非常适合高层建筑的外墙装饰,成为当前高档小区首选材料。柔石(轻质)保温装饰一体板是我公司研发的A级保温装饰一体板,主要是以2-4mm柔性石材作为饰面层,无机复合不燃保温板作为保温层,通过高分子复合技术将其在工厂内复合成为固定尺寸的有机整体,现场进行模块化拼装即可。

    该板材具有得天独厚的优势:每平方单位重量不超过20kg/㎡,有效降低建筑物荷载,并且符合规范中I型(≤20kg/㎡)的标准,高度100米以下的建筑都可使用。彻底解决了现有节能标准下,传统岩棉一体板重量超标的问题。采用粘接加锚固“双保险”的安装方式,最大限度的保证了系统的安全性。实践证明,该板材特别适用于既有建筑改造项目。具体施工工艺可参照JGJ/T350-2015《保温防火复合板应用技术规程》相关指标要求。

(三)A级免拆复合模板(保温与结构一体化)

    免拆模板是将保温与模板功能集于一体的结构保温一体化技术体系,传统的预制模式是在EPSXPS板材上浇筑2-5cm混凝土,制作工艺复杂,连续生产困难,而且质量重,运输和安装困难。我公司经过实践和改良后,采用无机复合不燃保温板与高强水泥压力板复合而成为永久性外模板,无需复合混凝土,生产工艺简单而且质量轻,便于运输和施工。工程中,免拆模板安装好后,通过连接件与内侧混凝土浇筑的主体墙牢固连接一起,形成的结构保温体系,达到与建筑物同寿命的要求。

通过实践, A级免拆复合模板具有以下几个方面的优势:

(一)采用连接件与混凝土构件刚性连接,构筑与建筑主体之中,集防火、安全、保温、永久性于一体,解决传统保温脱落、空鼓、伤人等安全隐患,与建筑物同寿命,同时解决了建筑物结构中混凝土的“冷热桥”部位保温问题。

(二)作为外墙外模板使用,减少施工工序和模板用量。

(三)自身采用A级防火保温材料,无需加设50mm厚不燃材料。(免拆复合保温模板技术规程明确要求当采用B1级保温的厚面层免拆复合模板,内配钢筋网的轻质混凝土制作,强度不应低于C20,不燃材料厚度要求达到50mm)。

(四)自重轻,施工工序简便,与主体结构同时进行,缩短工期。

(五)工厂化加工,实现了建筑保温装配式发展,杜绝施工垃圾,减少雾霾,绿色环保。

(六)非承重墙采用自保温砌块,成本低与保温+砌块组成,工序简便。

(七)综合造价低,具体施工工艺可参照河南省DBJ41/T197-2018《保温模板现浇混凝土一体化工程应用技术规程》。

八、小结

    多年来,新盛筑能致力于新型保温装饰材料的生产与研发,从2016年开始进行新型无机复合不燃保温板配方的研发,2018年开始进行生产工艺的提升与优化,2019年无机复合不燃保温板最终定型。目前,河南新盛筑能仍然在不断地进行配方优化,在保证A级阻燃性能的同时,最大限度的降低板体导热系数。公司的新一代板材产品导热系数能够做到0.043-0.045W/(m·K),现阶段正在进行生产稳定性测试,取得了阶段性成果。

    建筑材料一个小小的革命,就能改变整个市场格局。无机复合不燃保温板通过在外墙薄抹灰体系,保温装饰一体板以及免拆模板实践中,均取得较好成效,也引起了同行和社会的关注。未来,我们还将不断研发改进配方,不断改进无机复合保温板性能,使之性能更加卓越。我们相信,通过各位专家和同行们的共同实践,无机复合不燃保温板未来应用范围将更加广泛,争取为我国的建筑节能事业做出更大的贡献。

 

文章作者:河南省新盛建筑节能装饰有限公司   张瑶

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