鋼絲網(wǎng)架復合巖棉板外墻外保溫體系研究

王公勝，匡 靜，李德榮[甘肅省建筑科學研究院（集團）有限公司， 甘肅 蘭州 730070]

隨著我國建筑業(yè)飛速發(fā)展，外墻保溫相關技術也在較短時間內(nèi)得到了創(chuàng)新應用與發(fā)展，尤其是薄抹灰外保溫體系歷年來為國家相關技術標準和規(guī)程推薦技術并在建筑節(jié)能工程項目中應用廣泛。然而，近年來發(fā)生的有保溫材料參與的建筑火災事件，使得工程項目更關注采用安全性高、耐久性好、耐熱性強的不燃（A 級）保溫材料。同時，我國需應用保溫墻材的大部分地區(qū)因氣候嚴寒寒冷、高地震活動和高烈度情況、30 層以上的高層建筑日益倍增、經(jīng)濟發(fā)展相對落后的復雜省情，針對各類地區(qū)建筑節(jié)能體系的特殊需求在不斷增長，內(nèi)容要求也在不斷提升[1]。在寒冷氣候區(qū)，建筑取暖的節(jié)能問題日益突出，建筑外保溫體系產(chǎn)品須具有特別好的保溫性，并且其耐火性能要強；針對高地震活動和高烈度設防情況，建筑外保溫體系產(chǎn)品須保證安全，即在地震等地質災害情況下保證建筑質量安全。對于類似甘肅省的 30 層以上高層建筑日益倍增多和社會經(jīng)濟發(fā)展水平較低的情況，建筑外保溫體系產(chǎn)品須保證材料選取經(jīng)濟實惠、質量好、安全可靠及長久耐用[2]。目前，國內(nèi)的保溫建材大多無法同時滿足以上需求，需要基于對建筑節(jié)能領域發(fā)展現(xiàn)狀與問題的把握研發(fā)出滿足要求的新型保溫材料。

綜上所述，對于現(xiàn)階段外保溫體系的發(fā)展情況，國內(nèi)社會對其節(jié)能降耗、耐火防火以及耐用安全等性能的提升越來越高，為滿足建筑領域節(jié)能發(fā)展，要不斷加強保溫產(chǎn)品的相關技術創(chuàng)新和研究突破，同時還要考慮地區(qū)經(jīng)濟水平、研發(fā)能力，在保證材料質量和成本的前提下，加快外保溫產(chǎn)品的新型材料應用、新型工藝制造水平研究建設[3]。

1 鋼絲網(wǎng)架復合巖棉外墻保溫厚抹灰體系特點

1.1 產(chǎn)品防火與保溫性能特點

當前綜合防火、耐火性能評定標準和 JGJ 26-2018《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》為評判依據(jù)對外墻外保溫材料進行研判，能夠達到保溫性能且 A 級燃燒性能的材料較少，部分無機保溫材料的燃燒性能等級為 A級，但由于導熱系數(shù)高，即保溫性能差，其導熱系數(shù)一般在 0.05～0.07 W/(m·K) 之間，且質量相對較重，一般為130～200 kg/m3，在受力變形后會出現(xiàn)斷裂（韌性差），易造成損傷開裂，對于 30 層左右的高層建筑，不僅要考慮抗震性能，還需特別關注墻體材料的承重和負風壓的影響作用。在其安全、耐久及質量可靠方面，還沒有相關的應用經(jīng)驗和實踐基礎[2]。巖棉的導熱系數(shù)相比發(fā)泡陶瓷、發(fā)泡水泥和泡沫玻璃等無機材料的導熱系數(shù)較低，主要在0.040～0.045 W/(m·K) 區(qū)間內(nèi)，自身重量也小；主要集中在 120～150 kg/m3區(qū)間內(nèi)。且因近年來，巖棉生產(chǎn)工藝和物理力學性能的極大改進，從過去采用沉降法生產(chǎn)的不憎水巖棉發(fā)展到目前采用擺錘法生產(chǎn)的憎水性巖棉板，使之具有防火性能與結構同等級（耐火極限相同）、保溫、隔熱、隔聲性好等優(yōu)點[4]。

甘肅省建筑科學研究院（集團）有限公司（簡稱甘肅省建科院集團）在進行資料收集、文獻查閱以及針對大量棉板產(chǎn)品的實驗數(shù)據(jù)分析基礎上，研究發(fā)現(xiàn)省內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的巖棉板，其導熱系數(shù)的平均值為 0.036 7 W/(m·K)，標準值為0.038 7 W/(m·K)，具有良好的保溫隔熱性能；并且質量較輕，為 120 kg/m3。

結合甘肅目前的建筑節(jié)能設計情況，主要是對外墻外保溫材料采用導熱系數(shù)平均值進行設計。一般未給出標準值，其節(jié)能效果保證率僅為 50%，失效概率為 50%，即可能有 50% 設計結果達不到節(jié)能設計標準要求，風險較大。而如果用導熱系數(shù)標準值進行設計，其節(jié)能效果保證率則為95%，失效概率為 5%，即僅有 5% 設計結果達不到節(jié)能設計標準要求，風險較小。

甘肅省建筑科學研究院（集團）有限公司和生產(chǎn)企業(yè)共同商定，其生產(chǎn)的巖棉保溫板導熱系數(shù)標準值定為0.04 W/(m·K)，故其保證率將＞95%，其失效概率＜5%，且質量達到 120 kg/m3，大大提高了采用上述巖棉保溫板的節(jié)能效果，且自重較低。

1.2 安全耐久性能特點

根據(jù) 2019 年國家住建部批準發(fā)布的行業(yè)標準 JGJ/T 480-2019《巖棉薄抹灰外墻外保溫工程技術標準》規(guī)定，上述薄抹灰外墻外保溫體系設計使用年限為 25 a，與建筑物設計使用年限為 50 a 不同壽命。為克服此項缺點，甘肅省建筑科學研究院（集團）有限公司與本土巖棉產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)共同研發(fā)一種其耐久性能與建筑物同壽命的鋼絲網(wǎng)架復合巖棉保溫板厚抹灰體系，使其設計使用年限從目前的 25 a 提高到 50 a。其耐久性達到 50 a 的主要依據(jù)如下。

（1）對采用非憎水巖棉保溫厚抹灰體系的巖棉板的某兩棟家屬樓進行檢測試驗，其中家屬樓使用年限為 30 a，以不同朝向、不同樓層高度的為試驗對照變量，共抽取近 80 塊巖棉保溫板，開展對比試驗。在試驗數(shù)據(jù)的基礎上，進行數(shù)據(jù)分析，得出相關結論：兩棟樓的巖棉保溫板導熱系數(shù)的平均值皆為 0.041 W/(m·K)，標準值一棟樓為 0.043 W/(m·K)，另一棟樓為 0.044 W/(m·K)，極差很小。巖棉板重力平均值為一棟樓為 100.01 kg/m3，另一棟為 100.5 kg/m3；重力標準值一棟樓為 105.29 kg/m3，另一棟為 106.95 kg/m3，極差也很小。上述試驗分析數(shù)據(jù)說明，盡管該兩棟家屬樓使用已近 30 a，采用鋼絲網(wǎng)厚抹灰體系，不同朝向不同層高在太陽及雨水共同作用下以及春夏秋冬四季室外溫濕度變化的影響下，該鋼絲網(wǎng)厚抹灰體系都對巖棉板起到了保護作用，增強了外墻外保溫的耐久性能。

（2）對采用鋼絲網(wǎng)復合巖棉外墻外保溫厚抹灰體系的某單位辦公樓進行現(xiàn)場調查研究，該樓使用年限為 20 a，試驗沒有發(fā)現(xiàn)外保溫層出現(xiàn)空鼓裂縫情況，但該辦公樓山墻采用薄抹灰體系，表面都出現(xiàn)了嚴重的不規(guī)則裂縫。從上述對兩個單位的建筑采用巖棉外墻外保溫厚抹灰體系進行調查、檢測分析可以說明，該體系具有較好的耐久性能。

（3）擬采用的鋼絲網(wǎng)架復合巖棉保溫外墻厚抹灰體系是在工廠預制成型，內(nèi)外鋼絲網(wǎng)架是采用斜插絲相互連接(直徑 2～3 mm)，提高了巖棉保溫板整體剛度和牢固性，使巖棉板在運輸和施工過程中的整體牢固性能有極大的提高。

（4）由于在巖棉板面層增設了鋼絲網(wǎng)架，可以減輕巖棉保溫板表面抹灰層的收縮和溫度應力，提高了抹灰面層的抗裂性能和耐久性。

（5）將巖棉板與鋼絲網(wǎng)架復合后，可以使該體系采用厚抹灰抗裂砂漿或混凝土層面，從而提高了該體系的耐候及耐久性能。

（6）該體系用錨栓（粘錨結合體系）和錨筋（保溫板與主體結構一體化施工體系）固定鋼絲網(wǎng)復合巖棉板。通過保溫體系裝飾和面層以及保溫層的自重、不同建筑高度負風壓影響、不同地震活躍程度、不同地震烈度設防因素下產(chǎn)生的拉力進行計算，從而計算得到錨栓及錨筋數(shù)量。此外，在計算過程中，還需要考慮錨栓和錨筋的構造要求。基于上述計算，得到粘錨結合保溫體系錨栓與主體結構一體化施工體系錨筋的數(shù)量和長度，提高了上述兩種體系錨固的安全可靠性。

（7）考慮到目前甘肅省在大力推廣《嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能 75% 設計標準》，比第三步 65% 節(jié)能指標保溫層厚度和重量將有所增加，為此規(guī)定在外墻每層樓板標高處增設通長角鋼托架的技術，以進一步提高鋼絲網(wǎng)復合外墻外保溫體系的安全和可靠性能。

基于上述 7 個方面的依據(jù)和相關試驗，將鋼絲網(wǎng)架復合巖棉外墻外保溫體系的設計使用年限提高到 50 啊，即與建筑物耐久性同壽命。

2 體系優(yōu)勢

通過上述對鋼絲網(wǎng)架復合巖棉外墻外保溫體系的研究可以看出，該體系有如下幾方面的創(chuàng)新優(yōu)勢。

（1）對本土巖棉產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的質量為 120 kg/m3的巖棉板進行了大量試驗和數(shù)理統(tǒng)計分析，給出了巖棉保溫導熱系數(shù)標準值為 0.04 W/(m·K)，使其保證率達到了 95%以上，失效概率＜5%，大大提高了節(jié)能設計的可靠性。

（2）通過大量的調查和試驗研究分析，本研究提升了鋼絲網(wǎng)復合巖棉板外墻外保溫產(chǎn)品的耐火性能、防火性能，并提升產(chǎn)品耐久性，保證其與建筑壽命相同，其設計年限增加 25 a，從而具有一定的社會經(jīng)濟效益。

（3）擴大該外墻保溫體系的適用范圍，即可在粘錨結合體系、自保溫體系和保溫板與主體結構同步一體化施工這3 種體系中應用。

3 各體系應用范圍

3.1 粘錨結合體系

該體系適用于抗震設防烈度 8 度及 8 度以下地區(qū)、建筑物高度≤100 m 的各類新建、改建、擴建的民用建筑外墻外保溫構造，也適用于其他工業(yè)建筑的外墻外保溫構造。

3.2 自保溫體系

該體系適用地震設防烈度 8 度及 8 度以下地區(qū)、建筑物高度≤24 m、結構形式為鋼筋混凝土框架結構或鋼結構的各類新建、改建和擴建民用與工業(yè)建筑外墻外圍護自保溫填充墻及內(nèi)隔墻，且當作為內(nèi)隔墻使用時不限制建筑高度。

3.3 一體化施工體系

該體系適用于抗震設防烈度 8 度及 8 度以下地區(qū)、建筑物高度≤100 m、結構形式為鋼筋混凝土框架結構、框剪結構和剪力墻結構的各類新建、改建、擴建民用建筑和工業(yè)建筑外圍護結構。

4 結 語

鋼絲網(wǎng)架復合巖棉板外墻外保溫厚抹灰體系是在建筑防火要求與建筑節(jié)能標準提升的基礎上研發(fā)提出的，經(jīng)過多次技術論證并投入大量資金和人力建成生產(chǎn)線，并配套編制技術標準、設計圖集作為技術應用規(guī)范與指導。上述各項工作，使目前的巖棉外墻外保溫體系上升了一個新的技術高度，為國家碳達峰規(guī)劃實現(xiàn)、節(jié)能減排綠色發(fā)展及構建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會做出了貢獻，在經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益方面均有重大貢獻和深遠影響。