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無機復合不燃保溫板的探究與思考
日期:2021-05-19 14:56:41 作者:建設科技協會

             無機復合不燃保溫板是以聚苯乙烯顆粒作為核心隔熱芯材,以無機膠凝材料、活性礦物微粉、硅基納米材料等作為連續相,經過細磨制漿、機械混合后鏈板壓制成型的一款新型A級防火保溫材料。

無機復合不燃保溫板具有綠色、安全、環保、節能等特點。本產品將有機保溫材料聚苯顆粒表面處理后,使其與水泥基無機膠凝材料具有更好的相容性,從而能夠進行有效的復配。無機膠凝材料將聚苯顆粒外表面分倉獨立包裹,使顆粒與顆粒間相互隔離;同時,無機膠凝材料又起到了骨架支撐作用,一方面增強了板體自身強度,另一方面遇火后不垮塌,阻止火勢的蔓延,全面實現無機蜂巢包裹阻燃效果。

無機復合不燃保溫板是一款保溫性能、防火性能及其他相關力學性能兼顧的新型保溫材料。其在滿足防火及保溫性能的同時,克服了傳統A級防火保溫材料耐水性差、耐凍融差、力學性能差、對人體不友好等弊端,與水泥類砂漿相容性極佳,配套標準的施工工藝,基本可做到與建筑物同壽命。本文就無機復合不燃保溫板的研發和實踐做一探究。

     一、行業背景

近年來在我國建筑保溫材料市場中,發泡聚苯乙烯、擠塑聚苯乙烯、聚氨酯等有機保溫材料,因其導熱系數低,保溫效果好,施工方便等得到了廣泛的應用,在建筑保溫領域發揮了重大作用。但是,隨著國民經濟的提高,建筑高度逐漸提升,建筑物的防火安全也得到了更多的關注。由于建筑外保溫是密閉腔體結構,一但保溫層著火,密閉腔體會形成“煙囪效應”立即向上蔓延,導致火勢無法控制。同時,有機保溫材料燃燒后所釋放的煙毒性危害不亞于火勢本身。近些年不斷出現因保溫材料失火而引起的特大火災,比如:央視配樓、南京中環國際廣場、上海靜安區教師公寓、鄭州綠地原盛國際火災事故等等。這些事故引起社會廣泛關注,公安部消防總局下發文件,要求建筑物外墻保溫材料,必須采用燃燒性能達到A級的防火保溫型材料。

目前,有機類保溫材料只能達到B級防火,根據《建筑設計防火規范》GB50016-20142018版)要求,此類材料只能用于低層建筑。市面上無機類保溫材料:巖棉、珍珠巖板等A級防火保溫材料又因為其理化性能的缺陷,在耐候性、吸水性等方面存在巨大安全隱患,大風天氣風荷載的作用下,脫落、掉板的情況時有發生,遠遠達不到國家規定外墻保溫25年的使用壽命,給業主方也帶來了后期維護的成本提升。

鑒于當前形勢,如何能夠研發出一款既能達到A級防火標準,又能起到良好的保溫效果,同時各項理化指標均滿足現實要求的“好板子”,一直是該行業的前進方向。

二、研發思路

河南省新盛建筑節能裝飾有限公司(以下簡稱“新盛筑能”)在多年保溫材料生產實踐基礎上,探索新的途徑,摒棄了傳統針對無機材料進行發泡的工藝技術思路,也放棄了在有機材料中加入高效阻燃劑的技術思路,而是通過水泥基無機不發泡膠凝材料作為連續相基體,提供強度和阻燃性;以聚苯乙烯顆粒作為分散相,降低密度,提高絕熱性能的思路進行研發,合理控制各組分含量。

依據現有資料,聚苯顆粒的燃燒熱值為40MJ/kg,而GB8624中關于保溫板材A2級的要求為燃燒熱值≤3.0MJ/kg,因此從熱值計算要求上說,則板材中聚苯顆粒的重量含量應不超過7.5%。如果需要添加更多的聚苯乙烯顆粒以提高板材絕熱性能,則需要考慮吸熱劑的加入。

無機復合不燃保溫板在研發思路中做到了以下幾點創新:

(一)不使用鎂系水泥或其他耐候性、耐水性差的無機膠凝材料;

(二)適當加入特殊的無機輕質多孔納米材料(硅基),以一定程度降低無機相的密度(1200kg/m3)和導熱系數;

(三)添加一定量的吸熱劑。

三、配方及工藝創新

新盛筑能依托中國建筑科學研究院、四川大學化學與物理重點實驗室,對無機復合不燃保溫板的配方及工藝進行不斷改進與創新。

首先在配方原材料選擇方面,本產品使用了特殊無機膠凝材料,實現了板材力學強度和快凝快硬的兼顧,適應于連續化工藝,同時板材的耐候性良好;使用了特種的多孔納米材料作為填充劑,在有效降低板材容重和導熱系數的基礎上,該填充劑能充分參與膠凝基體的水化反應,從而對板材的力學強度產生貢獻;聚苯乙烯泡沫顆粒進行了表面處理,增大了其與無機材料的粘接力。

其次在工藝方面,采用連續化壓制工藝,使得板材呈現各項同性,避免板材內分層、剝離等問題。板體強度與柔性兼得,面層平整不脫粉。

最后在循環利用方面,配方中添加了一部分(5%-10%)高爐廢渣粉末,提高了無機膠凝材料的和易性,變廢為寶。

四、標準依據及主要技術指標

無機復合不燃保溫板主要依據標準JG/T536-2017《熱固復合聚苯乙烯泡沫保溫板》中G050標準以及T/CIEEME 002-2020《無機復合聚苯不然保溫板應用技術規程》(中國絕熱節能協會標準),主要技術指標要求如下:

 五、產品性能優越

    新盛筑能經過不斷總結、完善、實踐,終于生產出相對理想的保溫防火憎水無機復合不燃保溫板,通過中國建筑科學研究院材料檢測中心的質量檢測,各項指標優異。同時,我們自主研發并優化了生產工藝,實現了批量生產,而且每塊板材復合均勻,指標性能穩定,每次檢查都是無差異抽檢取樣,深受檢驗機構的認可。

六、產品優勢

新盛筑能無機復合不燃保溫板總體來說具有如下幾個方面優勢:

(一) A級防火。無機復合不燃保溫板依靠無機膠凝材料作為連續項,達到蜂巢浸透包裹阻燃的效果,真正實現A及防火阻燃。

(二)表觀完美。定厚生產,履帶式連續擠壓工藝成型,內部密實,漿料分布均勻,外觀平整無翹曲、面層不脫粉。

(三)吸水率低。產品在潮濕環境下,不霉變,不影響保溫性能,保證安全、耐久性,解決了傳統A級保溫材料遇水膨脹脫落的情況,質量有保證。

(四)粘貼更牢固。板體為水泥基,與粘接、抹面砂漿相似相容,匹配性極佳,與墻體粘貼更牢固。

七、實踐與探索

(一)外墻薄抹灰體系

    大面積適用于外墻薄抹灰體系,施工工藝可參照T/CIEEME《無機復合聚苯不然保溫板應用技術規程》及JGJ 144《外墻外保溫應用技術規程》。

    與傳統外墻外保溫工程薄抹灰系統比較具有較大優勢。以下是采用聚苯板,巖棉、無機復合不燃保溫板按照相同施工條件下三種材料人工費、簡易難度、表面平整度,綜合比較如下:

由此可見,在建筑外墻外保溫工程中薄抹灰系統,施工工序、工藝相同。當采用A級材料時,無機復合不燃保溫板比巖棉板材料工費要低的多,綜合成本要低于巖棉板費用約15/㎡左右。從板材材質性能方面且施工簡易程度及保溫板安裝完畢后觀感與聚苯板相似,但由于無機復合不燃保溫板是水泥基,與墻體融合度和粘結度遠遠大于聚苯板。從施工、防火、安全等方面看,無機復合不燃保溫板均優于傳統保溫板。

(二)柔石(輕質)保溫裝飾一體板

    柔石裝飾板是以廢棄天然碎石加工粉末后,與黏膠混合形成新型裝飾材料,不僅具有各種石材性能和華麗外觀,而且柔性強、質量輕、易粘貼,非常適合高層建筑的外墻裝飾,成為當前高檔小區首選材料。柔石(輕質)保溫裝飾一體板是我公司研發的A級保溫裝飾一體板,主要是以2-4mm柔性石材作為飾面層,無機復合不燃保溫板作為保溫層,通過高分子復合技術將其在工廠內復合成為固定尺寸的有機整體,現場進行模塊化拼裝即可。

    該板材具有得天獨厚的優勢:每平方單位重量不超過20kg/㎡,有效降低建筑物荷載,并且符合規范中I型(≤20kg/㎡)的標準,高度100米以下的建筑都可使用。徹底解決了現有節能標準下,傳統巖棉一體板重量超標的問題。采用粘接加錨固“雙保險”的安裝方式,最大限度的保證了系統的安全性。實踐證明,該板材特別適用于既有建筑改造項目。具體施工工藝可參照JGJ/T350-2015《保溫防火復合板應用技術規程》相關指標要求。

(三)A級免拆復合模板(保溫與結構一體化)

    免拆模板是將保溫與模板功能集于一體的結構保溫一體化技術體系,傳統的預制模式是在EPSXPS板材上澆筑2-5cm混凝土,制作工藝復雜,連續生產困難,而且質量重,運輸和安裝困難。我公司經過實踐和改良后,采用無機復合不燃保溫板與高強水泥壓力板復合而成為永久性外模板,無需復合混凝土,生產工藝簡單而且質量輕,便于運輸和施工。工程中,免拆模板安裝好后,通過連接件與內側混凝土澆筑的主體墻牢固連接一起,形成的結構保溫體系,達到與建筑物同壽命的要求。

通過實踐, A級免拆復合模板具有以下幾個方面的優勢:

(一)采用連接件與混凝土構件剛性連接,構筑與建筑主體之中,集防火、安全、保溫、永久性于一體,解決傳統保溫脫落、空鼓、傷人等安全隱患,與建筑物同壽命,同時解決了建筑物結構中混凝土的“冷熱橋”部位保溫問題。

(二)作為外墻外模板使用,減少施工工序和模板用量。

(三)自身采用A級防火保溫材料,無需加設50mm厚不燃材料。(免拆復合保溫模板技術規程明確要求當采用B1級保溫的厚面層免拆復合模板,內配鋼筋網的輕質混凝土制作,強度不應低于C20,不燃材料厚度要求達到50mm)。

(四)自重輕,施工工序簡便,與主體結構同時進行,縮短工期。

(五)工廠化加工,實現了建筑保溫裝配式發展,杜絕施工垃圾,減少霧霾,綠色環保。

(六)非承重墻采用自保溫砌塊,成本低與保溫+砌塊組成,工序簡便。

(七)綜合造價低,具體施工工藝可參照河南省DBJ41/T197-2018《保溫模板現澆混凝土一體化工程應用技術規程》。

八、小結

    多年來,新盛筑能致力于新型保溫裝飾材料的生產與研發,從2016年開始進行新型無機復合不燃保溫板配方的研發,2018年開始進行生產工藝的提升與優化,2019年無機復合不燃保溫板最終定型。目前,河南新盛筑能仍然在不斷地進行配方優化,在保證A級阻燃性能的同時,最大限度的降低板體導熱系數。公司的新一代板材產品導熱系數能夠做到0.043-0.045W/(m·K),現階段正在進行生產穩定性測試,取得了階段性成果。

    建筑材料一個小小的革命,就能改變整個市場格局。無機復合不燃保溫板通過在外墻薄抹灰體系,保溫裝飾一體板以及免拆模板實踐中,均取得較好成效,也引起了同行和社會的關注。未來,我們還將不斷研發改進配方,不斷改進無機復合保溫板性能,使之性能更加卓越。我們相信,通過各位專家和同行們的共同實踐,無機復合不燃保溫板未來應用范圍將更加廣泛,爭取為我國的建筑節能事業做出更大的貢獻。

 

文章作者:河南省新盛建筑節能裝飾有限公司   張瑤

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