建筑工程巖棉保溫復(fù)合一體板設(shè)計(jì)及應(yīng)用

梁月新

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

建筑外墻保溫結(jié)構(gòu)除了具備保溫功能外，還需兼具隔熱、防火、防潮、美觀等功能，以提高建筑外墻保溫系統(tǒng)的綜合應(yīng)用效果，改善建筑使用環(huán)境，減少資源消耗。巖棉保溫裝飾一體板因綜合性能突出而在建筑外墻保溫裝飾工程中取得廣泛應(yīng)用，且產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化水平和規(guī)模化水平正持續(xù)提高，發(fā)展?jié)摿薮?，具有推廣價(jià)值。在此背景下，深入研究巖棉保溫裝飾一體板的設(shè)計(jì)及應(yīng)用方式具有必要性，充分發(fā)揮出該外墻保溫材料的性能優(yōu)勢(shì)，提高建筑施工質(zhì)量。

1 巖棉保溫復(fù)合一體板設(shè)計(jì)構(gòu)思

1.1 設(shè)計(jì)思路

在維持建筑主體結(jié)構(gòu)原狀的同時(shí)，開(kāi)發(fā)綜合型建筑墻體外模板，即巖棉保溫復(fù)合一體板體系，融合外墻保溫功能和外墻模板功能，用于剪力墻或框架-剪力墻的施工。巖棉保溫復(fù)合一體板作為外墻結(jié)構(gòu)的外模時(shí)，混凝土澆筑效率高，且能夠作為永久性外墻模板，施工后無(wú)需拆除，形成集建筑結(jié)構(gòu)和巖棉復(fù)合型保溫一體板于一體的完整結(jié)構(gòu)。巖棉保溫復(fù)合一體板還具有外墻保溫功能，因此完成巖棉保溫復(fù)合一體板的施工后，便已經(jīng)做好建筑外墻保溫處理，高效施工的同時(shí)滿足建筑外墻保溫、節(jié)能的要求[1]。

1.2 設(shè)計(jì)原則

1)巖棉保溫復(fù)合一體板應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛度，以便發(fā)揮出外墻模板的實(shí)用功能，有效承受混凝土澆搗時(shí)對(duì)模板產(chǎn)生的沖擊作用和壓力作用，防止模板偏位、變形。

2)在綠色環(huán)保、低碳節(jié)能的建筑行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)下，巖棉保溫復(fù)合板的設(shè)計(jì)也需順時(shí)應(yīng)勢(shì)，使設(shè)計(jì)出的巖棉保溫復(fù)合一體板具有保溫功能。設(shè)計(jì)人員需要考慮到原材料的保溫隔熱特性、結(jié)構(gòu)的組成方式等，進(jìn)行多維度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分提升巖棉保溫復(fù)合一體板的保溫隔熱性能。

3)根據(jù)耐久性和安全性的原則設(shè)計(jì)巖棉保溫復(fù)合一體板，使建筑模板與建筑主體同壽命，發(fā)揮出巖棉保溫復(fù)合一體板的長(zhǎng)效性優(yōu)勢(shì)。

4)巖棉保溫復(fù)合一體板的設(shè)計(jì)還需追求可操作性，即降低施工難度，現(xiàn)場(chǎng)高效安裝，提高施工效率。

5)盡可能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的巖棉保溫復(fù)合一體板，再規(guī)劃好排布方式，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)直接將完整的巖棉保溫復(fù)合一體板設(shè)置到位即可，減少裁切工作量。

2 巖棉保溫復(fù)合一體板的組成及材料選取

2.1 巖棉板

巖棉板屬于無(wú)機(jī)非金屬纖維類(lèi)保溫板，原材料以玄武巖、輝綠巖為主，在超過(guò)1400℃的高溫中熔融原材料，用高速離心機(jī)甩絲，形成無(wú)機(jī)礦物纖維，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)材料耐久性、安全性、保溫隔熱性多項(xiàng)要求，摻入熱固性粘結(jié)劑、防塵油及憎水劑，通過(guò)外加劑改善材料的綜合性能，輔以三維打褶、固化切割等工藝，最終制作成型。

由于干燥空氣導(dǎo)熱系數(shù)較低，在0℃的溫度環(huán)境中為0.024W/m2k，同時(shí)巖棉板的纖維間存在豐富的空氣間隙，使巖棉板具有良好的保溫隔熱性能。不僅于此，巖棉板在憎水性、降噪、彈性消振等方面均具有優(yōu)勢(shì)，屬于功能豐富且物理性能穩(wěn)定可靠的建筑工程材料。

2.2 鋼絲網(wǎng)架

鋼絲網(wǎng)架是巖棉保溫復(fù)合一體板的受力支撐構(gòu)件，對(duì)結(jié)構(gòu)體系的形態(tài)和穩(wěn)定性均有明顯影響。鋼絲網(wǎng)架的原材料為φ6.5mm或φ8mm的普通碳素鋼熱軋盤(pán)條，經(jīng)過(guò)冷加工拔制硬化后形成力學(xué)性能和焊接性能均良好的低碳鋼絲，應(yīng)用于巖棉保溫復(fù)合一體板后可提升結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。

冷拔低碳鋼絲以甲、乙兩種型號(hào)居多，對(duì)鋼絲做平網(wǎng)焊接處理時(shí)，優(yōu)先選擇焊接性能良好的乙型冷拔低碳鋼絲。原材料的強(qiáng)度和冷拔處理后的總伸長(zhǎng)量是影響冷拔低碳鋼絲材料強(qiáng)度的重要因素，在建筑外墻巖棉保溫復(fù)合一體板的選材中，需要選用伸長(zhǎng)率較大的冷拔低碳鋼絲，以免在使用時(shí)出現(xiàn)無(wú)明顯變形預(yù)兆的脆性破壞。本次研究采用的是抗拉強(qiáng)度超過(guò)550MPa的鋼絲，焊點(diǎn)抗拉力不低于330N，彎曲試驗(yàn)時(shí)，在180℃環(huán)境中至少?gòu)澢?次，檢驗(yàn)鋼絲在多次彎曲后是否存在異常。試驗(yàn)采用的鋼絲形態(tài)完整，表觀質(zhì)量良好，預(yù)先做鍍鋅防腐處理[2]。

2.3 聚合物砂漿

聚合物砂漿位于巖棉保溫復(fù)合一體板的最外側(cè)，屬于重要的防護(hù)結(jié)構(gòu)，直接承受混凝土澆筑和振搗過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊作用和壓力，若要保證巖棉保溫復(fù)合一體板不受損，則要求聚合物砂漿具有可靠的抗裂性能和抗沖擊性能，有效抵御外部作用。同時(shí)，聚合物砂漿需要具有粘結(jié)穩(wěn)定性，與巖棉板、現(xiàn)澆混凝土墻穩(wěn)定粘結(jié)至一體，構(gòu)成結(jié)構(gòu)完整、穩(wěn)定可靠的巖棉保溫復(fù)合一體板體系。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，從抗拉強(qiáng)度和拉伸粘接強(qiáng)度兩個(gè)方面評(píng)價(jià)不同配比時(shí)聚合物砂漿的性能。試驗(yàn)中，水料比分別為：0.2、0.25、0.3、0.35；以膠粉含量為變量參數(shù)，設(shè)置0%～4.5%共10組試件(每次均增加0.5%的膠粉含量，即0%、0.5%、0.1%…4%、4.5%)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，抗壓強(qiáng)度隨著水料比的提高而降低，在水料比為0.2時(shí)，聚合物砂漿的抗壓強(qiáng)度達(dá)到17.85MPa，為各試驗(yàn)組中的最大值。改變膠粉含量并不會(huì)導(dǎo)致聚合物砂漿的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)大幅度的變化，所有試件的抗壓強(qiáng)度集中在15.95MPa～17.85MPa。聚合物砂漿的拉伸粘接強(qiáng)度在不添加膠粉時(shí)最低，隨著膠粉摻量的增加呈先提高后降低的變化趨勢(shì)，拉伸粘接強(qiáng)度在膠粉含量為3%時(shí)達(dá)到最大值，為0.68MPa，經(jīng)過(guò)此峰值后，隨著膠粉含量的增加而下降。對(duì)聚合物砂漿進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試后，根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析不同配合比試件的力學(xué)性能，評(píng)價(jià)按照不同配合比拌制的聚合物砂漿是否滿足巖棉保溫復(fù)合一體板的施工要求，經(jīng)過(guò)比選后確定最終配合比，見(jiàn)表1。

表1 聚合物砂漿最終配合比

3 巖棉保溫復(fù)合一體板構(gòu)造設(shè)計(jì)

3.1 構(gòu)造形式

巖棉保溫復(fù)合一體板的核心組成為巖棉保溫板、鋼絲網(wǎng)架和保溫砂漿。模板構(gòu)造為：向巖棉保溫板中穿透鍍鋅低碳鋼絲，保溫板兩側(cè)均設(shè)一張鋼絲網(wǎng)片，將其與穿透的斜插鋼絲焊接至一體，再將聚合物砂漿附著在巖棉板的兩側(cè)，包裹斜插絲和鋼絲網(wǎng)片，依靠聚合物砂漿的粘結(jié)作用將三種材料組合成巖棉保溫復(fù)合一體板體系，具體構(gòu)造如圖1所示。

巖棉保溫復(fù)合一體板的構(gòu)造形式合理，集多種材料的優(yōu)勢(shì)于一體，例如具有保溫隔熱、力學(xué)性能穩(wěn)定可靠、耐久性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)，綜合應(yīng)用效果良好。

1)巖棉保溫板位于模板體系的中間位置，材料特性導(dǎo)致其具有保溫隔熱功能，同時(shí)施工采用的是導(dǎo)熱系數(shù)較低的聚合物砂漿，也有益于提升保溫性能，且凝結(jié)硬化后的剛度較高，對(duì)外部作用力的抵御能力強(qiáng)，緩解模板因外力作用而明顯形變的問(wèn)題。在巖棉保溫板外側(cè)設(shè)置聚合物砂漿時(shí)，可以防護(hù)巖棉保溫板，隔絕酸、堿等侵蝕物質(zhì)的侵入，避免因外界環(huán)境的影響而引起巖棉保溫板腐蝕現(xiàn)象，延長(zhǎng)巖棉板的使用壽命。聚合物砂漿成型后，內(nèi)部密實(shí)，外界的雨水不易滲入，防止巖棉板遭水侵蝕。

2)冷拔低碳鋼絲網(wǎng)片被聚合物砂漿包裹，不與外界環(huán)境接觸，可防止鋼絲網(wǎng)片銹蝕。以焊接工藝穩(wěn)定連接鋼絲網(wǎng)片和斜插絲，構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定可靠。即便聚合物砂漿與巖棉板存在粘接關(guān)系，但實(shí)際產(chǎn)生的粘接力普遍不超過(guò)0.1MPa，并不足以滿足穩(wěn)定粘接的要求。隨著巖棉保溫復(fù)合一體板體系使用時(shí)間的延長(zhǎng)，巖棉保溫板與聚合物砂漿出現(xiàn)不同程度的分離、脫落，而在采取焊接施工方法后，將有效解決聚合物砂漿與巖棉保溫板粘接不穩(wěn)定的問(wèn)題。鋼絲網(wǎng)架施工采用焊接的方法，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，聚合物砂漿和巖棉保溫板均維持穩(wěn)定，構(gòu)成的保溫體系將長(zhǎng)期保持穩(wěn)定狀態(tài)。并且，設(shè)置斜插絲并進(jìn)行焊接固定后，還將提升保溫體系的抗剪性能[3]。

3.2 細(xì)部構(gòu)造

1)鋼絲網(wǎng)片與斜插絲焊接至一體，焊點(diǎn)區(qū)無(wú)鋼絲銹點(diǎn)，焊接質(zhì)量可靠；2)鋼絲網(wǎng)片的鋼絲直徑為1.5～3mm，單元網(wǎng)格尺寸為50×50mm，鋼絲為經(jīng)絲和緯絲垂直分布的排列方式，構(gòu)成的鋼絲網(wǎng)片結(jié)構(gòu)合理，焊接效果良好，無(wú)焊點(diǎn)過(guò)燒、漏焊等問(wèn)題；3)相鄰插絲的中心距為100mm，模板內(nèi)部插絲呈矩陣形式分布，距離相等，布置均勻。同方向相鄰斜插絲不平整度不超過(guò)3°，腹絲與經(jīng)向水平線夾角約15°；4)插絲所用鋼絲的直徑為2mm，每平方米插入鋼絲的數(shù)量為100根；5)插絲外伸出巖棉保溫板的垂直長(zhǎng)度約為10mm，鋼絲網(wǎng)片與巖棉保溫板的板面間距為10mm，鋼絲網(wǎng)片和斜插絲挑頭能夠被聚合物砂漿完全包裹。聚合物砂漿內(nèi)部密實(shí)，表面平整，各部分的砂漿層厚度相同；6)巖棉纖維橫向排列，在施工中可靈活調(diào)整厚度，以滿足不同的建筑外墻保溫要求[4]。

4 巖棉保溫復(fù)合一體板的應(yīng)用

建筑外墻施工時(shí)，在外側(cè)設(shè)置巖棉保溫復(fù)合一體板，內(nèi)側(cè)采用普通木模板，設(shè)置對(duì)拉螺栓、定位支撐塊及鋼楞進(jìn)行加固，構(gòu)成穩(wěn)定可靠的模板體系。外墻內(nèi)外側(cè)模板均支設(shè)到位后，澆筑普通混凝土并振搗、養(yǎng)護(hù)。拆模時(shí)，保留作為外側(cè)模板的巖棉保溫復(fù)合一體板，與建筑外墻結(jié)構(gòu)融為一體，僅拆除內(nèi)側(cè)模板及其支護(hù)構(gòu)件即可。

巖棉保溫復(fù)合一體板的外墻混凝土澆筑采取單層一次到位的原則，考慮到建筑模數(shù)和模板配板的要求，將模板的寬度設(shè)為300mm，模板的長(zhǎng)度與建筑層高一致。窗洞口等細(xì)部對(duì)模板尺寸有特殊的要求，以實(shí)際尺寸為準(zhǔn)，在模板生產(chǎn)階段預(yù)制尺寸相配套的模板，或準(zhǔn)備質(zhì)量達(dá)標(biāo)的完整模板，在現(xiàn)場(chǎng)裁割。

支護(hù)構(gòu)件包含鋼楞、對(duì)拉螺栓等，需要規(guī)劃支護(hù)構(gòu)件的布設(shè)位置，控制數(shù)量，保證支護(hù)的有效性。若鋼楞數(shù)量不足，對(duì)模板的約束作用有限，混凝土澆筑、振搗產(chǎn)生的作用力影響模板，模板穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)偏位、縱向變形，因模板應(yīng)用效果差而導(dǎo)致外墻面不平整；若鋼楞數(shù)量多，雖然可保證支護(hù)效果，但將增加工程量，提高施工成本。基于前述的考慮，根據(jù)適中的原則設(shè)置鋼楞支撐裝置，建議在普通民用住宅建筑的外墻巖棉保溫復(fù)合一體板施工中設(shè)置6道鋼楞，相鄰兩道中心間距為500mm。通過(guò)對(duì)拉螺栓固定模板時(shí)，螺栓孔的位置應(yīng)在模板的中心軸線處，模板承受局部壓應(yīng)力，同時(shí)也能夠避免聚合物砂漿層因模板開(kāi)洞的影響而嚴(yán)重受損。

聚合物砂漿層的兩側(cè)邊緣為凹凸形狀的榫槽，通過(guò)榫槽緊密拼接兩塊巖棉保溫復(fù)合一體板，使相鄰兩板拼接部位保持嚴(yán)密，避免因板間縫隙過(guò)大而在混凝土澆筑時(shí)漏漿。相鄰兩板的拼接方式，如圖2所示。

圖2 模板拼接示意圖

通過(guò)承托鋼板支撐與固定外側(cè)模板底部，避免模板底部位移、漏漿，每一層的最外側(cè)模板底部均置于承托鋼板上部。模板安裝完成后，檢查各塊模板的位置以及相鄰模板的組合關(guān)系，確認(rèn)無(wú)誤則用對(duì)拉螺栓固定，減小上層模板對(duì)下層模板產(chǎn)生的豎向應(yīng)力。在安裝模板時(shí)，調(diào)整好模板的位置以保證其上部對(duì)齊樓地面，可一次澆筑樓體外墻和樓板的混凝土，形成的結(jié)構(gòu)更加完整，施工效率更高。澆筑前，在模板上部安裝保護(hù)帽，避免巖棉保溫板中滲入源自混凝土的水分，且保護(hù)帽還能夠防護(hù)模板邊緣，以免因磕碰而導(dǎo)致模板邊緣出現(xiàn)損傷。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑外墻巖棉保溫復(fù)合一體板屬于新型綠色環(huán)保型建材，兼具力學(xué)性能穩(wěn)定、耐久、保溫隔熱效果良好等優(yōu)勢(shì)，符合綠色環(huán)保的現(xiàn)代建筑發(fā)展理念，具有推廣價(jià)值。充分發(fā)揮巖棉保溫復(fù)合一體板性能優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵在于合理設(shè)計(jì)構(gòu)造并規(guī)范施工，經(jīng)過(guò)本文的研究，提出巖棉保溫復(fù)合一體板的總體構(gòu)造及細(xì)部構(gòu)造，說(shuō)明了巖棉保溫復(fù)合一體板的應(yīng)用方法，向巖棉保溫板中穿透鍍鋅低碳鋼絲，焊接至鐵絲網(wǎng)片上，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，再裹覆聚合物砂漿，構(gòu)成完整的巖棉保溫復(fù)合一體板體系，在保證施工質(zhì)量的前提下高效完成施工作業(yè)，巖棉保溫復(fù)合一體板設(shè)計(jì)及應(yīng)用方案可供同仁參考。