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隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,各類建筑物建造速度和規(guī)模都達(dá)到了空前的高度,為了使建筑物能夠達(dá)到環(huán)保節(jié)能的要求,需要對(duì)建筑外墻進(jìn)行加裝保溫板材。巖棉作為一種經(jīng)濟(jì),高效,耐火,實(shí)用的保溫材料,陜西玻璃棉,西安玻璃棉板,西安保溫材料,白色無(wú)甲醛玻璃棉板,http://hdtwgg.com,西安聚鑫建材有限公司已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑外墻的保溫板材制作當(dāng)中。
在我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)巖棉(Rock-wool)是這樣定義的:主要由溶融天然火成巖制成的一種礦物棉稱為巖棉。巖棉是以精選的玄武巖或輝綠巖為主要原料,外加一定數(shù)量的輔助料,經(jīng)高溫熔融離心噴吹制(3.3%)。巖棉的生產(chǎn)方法主要有三種,分別為:噴吹法、離心法、離心噴吹法。
1巖棉用于保溫材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在我國(guó),巖棉作為A級(jí)防火材料用于外墻外保溫系統(tǒng)已有應(yīng)用,但尚未普及,其應(yīng)用技術(shù)仍在探討中。但在歐洲已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史,擁有成熟的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)認(rèn)證指南。巖棉應(yīng)用于外墻外保溫,其形式可以是整個(gè)墻體使用巖棉保溫(使用巖棉板,纖維平行于墻面),同時(shí)具有外墻防火的作用;也可以配合其他保溫材料使用,其中巖棉帶起防火隔離的作用(稱隔離帶,纖維垂直于墻面)。
我國(guó)目前有巖礦棉生產(chǎn)廠家200余家,但絕大部分都采用礦渣作為原料或主要原料,產(chǎn)品酸度系數(shù)普遍在1.5以下,按照酸度系數(shù)1.6(也有提出1.5或1.7)以上才屬于巖棉這一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分,這些產(chǎn)品并不是巖棉產(chǎn)品,而是礦渣棉產(chǎn)品,其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到歐洲標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。國(guó)內(nèi)主要巖棉產(chǎn)品的性能見(jiàn)表1.表1國(guó)內(nèi)主要巖棉產(chǎn)品的性能國(guó)內(nèi)巖棉達(dá)不到技術(shù)要求的項(xiàng)目垂直于板面的抗拉強(qiáng)度(kPa)500-2003建筑外墻外保溫復(fù)合系統(tǒng)用礦物棉規(guī)范、吸水性(部分浸EN13162-2001建筑保溫用人造礦物棉規(guī)范07建筑用絕熱材料制品拉伸強(qiáng)度的測(cè)定1609建筑物用的隔熱產(chǎn)品部分浸濕短時(shí)水吸收的測(cè)定2972粘合人造礦物纖維板的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試方法老化后垂直于EOTA、ETAG004帶抹灰的外板面的抗拉強(qiáng)墻外保溫復(fù)合系統(tǒng)的歐洲技術(shù)>50度保留率評(píng)定指南礦物棉類保溫隔熱材料一般包括巖棉、礦渣棉和玻璃棉,其中巖棉和礦渣棉的生產(chǎn)原材料主要為天然巖石和礦渣。生產(chǎn)巖棉時(shí)采用天然巖石的比例一般大于70%75%,而礦渣棉原料中70%以上為高爐礦渣。在實(shí)踐中,按照纖維熔體化學(xué)成分中酸性氧化物(S+AOd和堿性氧化物(CaO比值即酸度系數(shù)特征值的高低,可以判別巖棉和礦渣棉。
2巖棉的性能2.1化學(xué)穩(wěn)定性和吸水率巖棉是玄武巖、輝綠巖等天然巖石經(jīng)過(guò)高溫熔融,離心噴吹而成的無(wú)機(jī)纖維,其中的無(wú)機(jī)物占到98%以上,其酸度系數(shù)大于1.6,這使得巖棉具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性,其不含活潑元素和腐蝕成分,也不含影響建筑的溶劑,油性物質(zhì)或軟化劑。巖棉的吸濕率很低,體積吸濕率<0. 2%,憎水率大于99%,吸水率小于05kg/m2;經(jīng)長(zhǎng)期浸泡試驗(yàn)(測(cè)試期28d),吸水率僅為0. 1kg/m2,無(wú)毛細(xì)滲透,酸度系數(shù)較高的巖棉纖維由于堿金屬氧化物含量較低,其化學(xué)耐久性和抗水解能力強(qiáng)。而礦渣棉制品中可能含有的腐蝕性雜質(zhì)會(huì)溶解于水,腐蝕鋼板和金屬錨固件。在潮濕或有水的環(huán)境條件下,礦渣棉纖維表面的K+、Na+、B3+、Ca2+、Mg2+等堿金屬或堿土金屬離子容易吸濕并被析出,發(fā)生水解,從而使纖維結(jié)構(gòu)遭到破壞,產(chǎn)生斷裂和粉化??梢?jiàn),礦渣棉不憎水,吸水性強(qiáng)。因此,好的巖棉保溫板,在合理的安裝和施工條件下,無(wú)需進(jìn)行維護(hù),根據(jù)歐洲外墻外保溫系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),巖棉可以做到與建筑同壽命。
2.2熱穩(wěn)定性巖棉具有持久的隔熱性能,其導(dǎo)熱系數(shù)不隨時(shí)間而發(fā)生變化;巖棉外墻板的尺寸能夠保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定,膨脹率很低,在常溫下,僅有1X10-6,根據(jù)ASTMC356,巖棉制品在650°C的最高使用溫度下,24h的線收縮率不會(huì)超過(guò)1%,因此,巖棉也不會(huì)因?yàn)闊崦浝淇s而對(duì)其表面的網(wǎng)格布及砂漿等產(chǎn)生附加的應(yīng)力。另外,在高溫情況下,礦渣棉纖維在500C600C時(shí)開(kāi)始析晶,纖維收縮并產(chǎn)生粗大的黃長(zhǎng)石結(jié)晶,脆化結(jié)塊,容易碎裂和粉化;而巖棉制品的熔化溫度均超過(guò)1000 2.3環(huán)保性礦渣棉纖維粗短且性脆,含渣球雜質(zhì)多,施工切割或安裝時(shí)渣屑和粉塵容易斷裂和脫落,感覺(jué)刺癢和扎手,并且容易通過(guò)呼吸道進(jìn)入體內(nèi)。而酸度系數(shù)較高的巖棉熔體,有利于制取細(xì)長(zhǎng)柔禚的高質(zhì)量纖維,不易斷裂和產(chǎn)生粉塵。同時(shí),巖棉中不含CFC,HFC,HCFC或石棉等有毒、致癌成分。巖棉的放射性以及游離醛含量等均符合標(biāo)準(zhǔn)要求,是一種環(huán)保的外墻保溫材料。
2.4機(jī)械性能纖維質(zhì)量和纖維結(jié)構(gòu)會(huì)影響屋面保溫板的力學(xué)性能指標(biāo),如抗壓強(qiáng)度、壓縮模量、點(diǎn)荷載、抗拉伸和剪切強(qiáng)度等。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)工藝的改進(jìn),外墻外保溫用巖棉可以具有比較好的機(jī)械性能,其主要表現(xiàn)在兩方面:第一,抗壓強(qiáng)度,按照EN826或GB/T19686-2005測(cè)試:巖棉板>40kPa,巖棉條>100kPa.第二,抗拔強(qiáng)度,按照EN1607測(cè)試,巖棉板>10kPa,巖棉條>80kPa. 2.5保溫性能由于巖棉是一種多孔的纖維狀材料,其本身具有非常好的保溫絕熱性能,按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19686和EN13162,巖棉板導(dǎo)熱系數(shù)(25°C)應(yīng)不大于0 K)有標(biāo)稱值時(shí)還應(yīng)該不大于其標(biāo)稱值。巖棉在25C的熱容量為084K/(kgK)。由此可見(jiàn),巖棉具有良好的保溫性能,采用巖棉板作為建筑外墻保溫材料可以達(dá)到節(jié)能的目的。
2.6防火性能巖棉的熔點(diǎn)高,抗高溫收縮,應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中可形成有效的防火屏障,阻止火勢(shì)蔓延。它既不燃燒,也不會(huì)產(chǎn)生有毒煙氣,是“A”級(jí)(或“A1”級(jí))的防火建筑材料。在以鋼板為基層的單層屋面系統(tǒng)中,對(duì)于內(nèi)部或外部火源,巖棉都可起到分隔熱流的作用,防止背火面溫度升高,引起其它易燃材料燃燒。按ISO8 34標(biāo)準(zhǔn)所載的火災(zāi)溫升-時(shí)間曲線進(jìn)行試驗(yàn),在建筑構(gòu)造中使用巖棉保溫材料,可以達(dá)到14h耐火極限。巖棉的最高使用溫度為650C以上,其熔點(diǎn)超過(guò)1000C.在遇到火災(zāi)時(shí),巖棉保溫板不會(huì)引發(fā)煙霧或造成火星,也不會(huì)滴落,造成火勢(shì)蔓延,即使在高溫狀態(tài)下也不會(huì)釋放出對(duì)環(huán)境和人體不利或有害的氣體。因此,巖棉作為建筑外墻的保溫材料,其防火性能也是非常的優(yōu)越。
27耐水性能礦巖棉制品的耐水性和耐潮濕性能是應(yīng)用于建筑墻體的主要障礙,其性能不足時(shí),巖棉制品在濕氣作用下強(qiáng)度下降,形成自然下墜,工程表現(xiàn)俗稱為“垮褲腰”分析其原因,首先,研究纖維結(jié)構(gòu)與耐水性能的關(guān)系。巖棉成分屬于Ca-Al203-說(shuō)02系統(tǒng),分析發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有巖棉的組成位于Ca-Al2的硅灰石H鋁方柱石丑酸二鈣的結(jié)晶作用區(qū)(即CS-C2AS-C2S區(qū))內(nèi),其中雖然鋁方柱石、硅灰石不會(huì)與水發(fā)生反應(yīng),但硅酸二鈣三種晶型中,除Y-構(gòu)造外,a-和卩-構(gòu)造性能相似,均能與水發(fā)生水化反應(yīng)。在巖棉中不希望存在這兩種構(gòu)造,應(yīng)盡量創(chuàng)造條件使a-、-構(gòu)造向7-C2S的方向轉(zhuǎn)化,以改善其耐水性。但是a-C2S和p-C2S只有從高溫緩慢冷卻至675°C以下時(shí),才能實(shí)現(xiàn)向y-C2S的轉(zhuǎn)變。在實(shí)際成纖過(guò)程中,熔體不是緩冷而是被急驟冷卻,其粘度隨溫度的急降而迅速增大,這時(shí)離子運(yùn)動(dòng)受阻,不可能繼續(xù)有規(guī)則地排列,抑制了晶體的生長(zhǎng),硅與氧離子便連接成連續(xù)、不規(guī)則的網(wǎng)架,在低溫下保留了匚23變體的形態(tài),形成較多量的玻璃態(tài)卩-C2S,這意味著它將在水溶液的作用下,形成更多的水化硅酸鹽和水化鋁酸鹽,使礦渣棉纖維在潮濕環(huán)境中的穩(wěn)定性下降。
當(dāng)巖棉組成點(diǎn)應(yīng)落在硅灰石-鋁方柱石鈣長(zhǎng)石結(jié)晶作用區(qū)(即CS-C2AS-CAS2g)內(nèi),其固相中必定留有這三種結(jié)晶相,由于硅灰石、鋁方柱石、鈣長(zhǎng)石均不具備水硬特性,遇水后變化很小,使巖棉具有較好的耐水性。
2.8強(qiáng)度性能在外墻外保溫系統(tǒng)中,由于巖棉板自重壓剪作用和風(fēng)壓的作用,對(duì)強(qiáng)度性能要求提高。巖棉的強(qiáng)度性能有如下特點(diǎn):第一,保溫板的強(qiáng)度與組成相關(guān),在CS-C2AS-CAS2區(qū)域纖維,因無(wú)為硅酸二鈣及其水化作用對(duì)結(jié)構(gòu)的變化的影響,纖維自身的強(qiáng)度會(huì)得到極大改善。同時(shí),高酸度系數(shù)意味著堿含量小,纖維中硅氧鍵斷裂減少,橋氧鍵的網(wǎng)絡(luò)提高,強(qiáng)度提高。另外,堿金屬離子還易于吸附空氣中的水份,使微裂紋擴(kuò)展,降低堿含量可以降低該因素對(duì)強(qiáng)度的不利影響。
第二,成纖纖維直徑,纖維的直徑越小,則強(qiáng)度增加。因此,在工藝允許和料性可控的范圍降低纖維直徑,有利于提高纖維強(qiáng)度。
第三,與粘接劑及其固化條件密切相關(guān),粘接劑的目的是將纖維形成空間立體的交織點(diǎn),并通過(guò)固化工藝將這種結(jié)構(gòu)固定下來(lái)。因?yàn)椴牧祥_(kāi)裂總是在最薄弱的地方開(kāi)始的,固化劑的均勻性對(duì)強(qiáng)度影響很大,因此如何在高速成纖的情況下將粘接劑噴涂均勻需要對(duì)噴膠系統(tǒng)進(jìn)行不斷的調(diào)整。
增加粘接劑用量可增加纖維間的連接強(qiáng)度,但粘接劑屬于有機(jī)材料,過(guò)量的粘接劑將使得材料的燃燒性能得不到A級(jí)要求。
第四,保溫板打褶工藝,棉片打褶目的是棉片曲面疊加,提高垂直于板面的拉伸強(qiáng)度。從目前強(qiáng)度破壞狀態(tài)看,打褶的深度需要進(jìn)一步提高,這樣研究擺動(dòng)鋪氈技術(shù),優(yōu)化擺動(dòng)機(jī)構(gòu),保證形成連續(xù)的迭棉帶,包括擺動(dòng)鋪氈工藝參數(shù)的確定,迭棉帶成形工藝。
3結(jié)論綜合以上分析可知,標(biāo)準(zhǔn)的巖棉保溫板具有良好的保溫、防火功能,其本身所具有的化學(xué)穩(wěn)定性,耐水性,強(qiáng)度性能、機(jī)械性能及熱穩(wěn)定性都使其成為了建筑外墻保溫材料的一種很好的選擇。
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