淺談“巖棉外保溫建筑構造圖集”的編寫

羅天祥宋旭輝康小軍程 艷李玉璽吳 巖

（1甘肅省建材科研設計院，甘肅 蘭州 730020；2甘肅省節能墻體屋面材料重點實驗室，甘肅 蘭州 730020；3甘肅省建筑材料資源綜合利用工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730020；4蘭州鈾濃縮有限公司，甘肅 蘭州 730065)

外墻外保溫是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法，因其可以減輕冷橋的影響，同時保護主體墻材不受太大的溫度變形應力，是目前應用最廣泛的保溫做法，也是國家大力倡導的保溫做法。

目前，我國外墻保溫材料應用最多的是模塑聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)、聚氨酯泡沫塑料(PU)等。這些保溫材料具有導熱系數小、隔熱性能好的優點，但這些保溫材料(如EPS、XPS等)防火性能差，當動火作業且保護不當或因外部火焰易被引燃，一旦保溫材料引燃后，火焰會迅速蔓延，從而引發火災事故，造成生命財產巨大損失，并引起一定的社會恐慌和環境污染。因此，防火性能好、保溫性能出色的材料更能贏得市場的認可。

巖棉是以優質玄武巖或輝綠巖為主要原料，經高溫熔融，用離心等方法制成纖維，并施加霧化的酚醛樹脂粘結劑及憎水劑等，形成均勻棉氈，再經固化、壓制、切割等工序制成的礦物棉硬質制品[1]。巖棉是一種優質高效的保溫材料，它具有不燃(燃燒性能為A級)、耐高溫(熔點高于1000℃)、遇火情況下無毒無煙、良好的保溫性能(導熱系數≤0.040 W/m·K)、透汽、化學性能穩定等突出優點，是國內公認的理想保溫材料。

隨著人們對建筑物防火要求的逐步提高，巖棉外保溫系統由于其良好的保溫和防火性能，開始推廣應用。但是沒有一部可以完全適用于設計人員的標準圖集，使得巖棉外保溫系統在建筑設計和建造中的應用被極大的限制，在很多建筑中由于無標準和規范的參照，設計人員無基本設計參數。同時由于缺乏相關的標準規范對其進行指導和說明，導致了施工方法不規范，缺乏施工過程的必要質量控制致使技術、材料的質量性能不符合要求。從而給工程質量留下了很大的隱患。“巖棉外保溫建筑構造圖集”就是在這個基礎之上結合嚴寒和寒冷地區的氣候特點以及抗震要求進行編制。

1 巖棉板的性能要求

根據目前的生產工藝， 巖棉板可分為沉降法巖棉板、擺錘法巖棉板和三維法巖棉板。

1)沉降法生產巖棉板是將各類天然巖石通過高溫熔化成液體后再經過離心機吹制成巖棉纖維，然后在沉降室的輸送帶上堆積，當巖棉纖維達到一定厚度以后，經過加壓輥進入固化爐與適量粘結劑、防塵劑、憎水劑等添加劑混合生成巖棉板，沉降法巖棉的纖維為平面分布，密度和粘結劑的均勻性較差，影響板的抗壓性能和層間結合強度。

2)擺錘法生產巖棉板是在沉降法的基礎上，通過改進收棉方法，先由捕集帶收集較薄的巖棉纖維層，經擺錘的逐層疊鋪壓實，達到一定的層數和厚度，再由加壓輥進行壓制，進入固化爐固化，再經冷卻、切割、包裝等工序制成成品。通過擺錘法生產出來的巖棉板由于改善了棉層及所含的粘結劑的均勻程度，并且由于棉層疊鋪時產生的斜度，纖維呈部分豎向分布，因而抗壓強度和層間結合強度得到提高。

3)三維法生產巖棉板是把擺錘法疊鋪形成的未固化巖棉纖維層，通過機械方法改變巖棉纖維層的分布方向，使巖棉纖維層均勻分布，從而形成高強度的三維巖棉產品。三維法巖棉的纖維呈三維分布，抗壓強度高，不易分層和剝離。因此不論在抗壓強度還是在抗剝離強度上都遠遠優于其它生產工藝生產出來的產品。

表1 巖棉板的主要性能指標[3]

表2 巖棉外保溫系統各材料界面粘結強度的最低要求

在民用建筑中，特別是在高層民用建筑中，采用巖棉板作為保溫材料時，應該選用壓縮強度和抗剝離強度均比較大、吸水性比較小的巖棉板[2]。因此，本圖集選用三維法巖棉板。

本圖集要求巖棉板的性能指標應符合表1的規定，其他指標應符合GB/T 25975-2010《建筑外墻外保溫用巖棉制品》的要求。

本圖集對巖棉的酸度系數要求較高(≥1.8)，目前我國的多數巖棉生產企業所生產的巖棉的酸度系數都在1.6左右，而國外用于外墻外保溫的巖棉酸度系數一般在1.8以上。巖棉的耐水性隨著酸度系數的增大而提高；體積收縮率隨酸度系數增大而迅速下降[4]。因此酸度系數高的巖棉產品，具有更好的耐水性和尺寸穩定性，更適用作外墻保溫材料。故本圖集對巖棉的酸度系數做出了較高的要求(≥ 1.8)。

巖棉板隨著其表觀密度的不同，其力學性能差異較大，然而GB/T 25975-2010《建筑外墻外保溫用巖棉制品》中卻對表觀密度沒有要求。為了保證巖棉板的性能滿足外保溫技術的要求，防止質量參差不齊的產品進入巖棉外保溫系統，本圖集對巖棉板的密度有嚴格的要求，要求表觀密度必須大于150kg/m3。

2 巖棉外保溫系統安全性分析

根據DBJT25-135-2012《巖棉外保溫建筑構造》對巖棉外保溫系統組成材料及各材料界面粘結強度的最低要求(見表2)。

由表2可知，巖棉外保溫系統抗拉強度最薄弱的環節是膠粘劑、抹面砂漿與巖棉板之間的界面，強度均為0.015 MPa(15kPa)。

查GB50009-2001《 建筑結構荷載規范》，甘肅省武威市100年一遇的基本風壓為0.65kPa(為 甘 肅省各個地區100年一遇的基本風壓最大值)，重要高聳建筑調整系數取1.2，W0=0.65×1.2=0.78 kPa。

地面粗糙度按C類計算，計算公式：Wk=1.5βgzμsμzW0

式中1.5：為考慮高樓林立所產生的風壓增大系數(穿堂風)。

βgz：高度Z處的陣風系數

μs：風荷載體形系數 墻面為-1.0、墻角(陽角)為-1.8

μz：風壓高度變化系數

這樣算得武威地區高層建筑負風壓及抗負風壓安全系數如表3。

由表3可以看出，當巖棉板與基層的有效粘貼面積采用全面積粘貼法時，100m高度建筑物陽角的抗風壓安全系數只有2.6，富余不多。目前已有的巖棉外保溫系統采用點框結合法，巖棉板與基層有效粘貼面積僅為50%。按照這種做法的話100m高度建筑物陽角的抗風壓安全系數只有1.3，無法滿足安全要求(抗風壓安全系數＞1.5)。因此本圖集要求巖棉板與基層的有效粘貼面積采用全面積粘貼法，同時要求附加錨栓，以防止膠粘劑在未達到一定強度之前保溫板受風壓影響與墻面脫離。

3 巖棉外保溫系統構造

巖棉外保溫系統是由巖棉板保溫層、抹面層、固定材料(膠粘劑、錨固件等)和飾面層構成，并固定在基層墻體上的非承重保溫構造層〔3〕。

表3 武威地區高層建筑負風壓及抗負風壓安全系數

目前國內的巖棉外保溫系統以涂料飾面層為主，適用于夏熱冬冷地區。本圖集結合甘肅省嚴寒和寒冷地區的氣候特點以及抗震要求，對以涂料為飾面層的巖棉外保溫系統進行安全性分析和改進以適應甘肅省的氣候特點以及抗震要求。在此基礎上又新增了飾面磚飾面和幕墻飾面兩種外保溫系統，并對他們的使用也作了詳細的描述。為巖棉大規模推廣和應用起到積極的促進作用。

本圖集外保溫系統包括三種：①以涂料為飾面層的外保溫系統；②以飾面磚為飾面層的外保溫系統；③以幕墻為飾面層的外保溫系統。

3.1 以涂料為飾面層的外保溫系統

保溫構造如圖1所示〔3〕。由內到外為：基層、粘接層、巖棉保溫板、抹面砂漿層、抗裂砂漿復合耐堿網布、彈性底涂柔性膩子、外墻涂料。

圖1 以涂料為飾面層的外保溫系統構造

3.2 以飾面磚為飾面層的外保溫系統

保溫構造如圖2所示〔3〕。由內到外為：基層、粘接層、巖棉保溫板、抹面砂漿層、抗裂砂漿復合耐堿網布、熱鍍鋅電焊網、抗裂砂漿、面磚粘接砂漿、面磚。

圖2 以飾面磚為飾面層的外保溫系統構造

3.3 以幕墻為飾面層的外保溫系統

保溫構造如圖3所示〔3〕。由內到外為：基層、粘接層、巖棉保溫板、抹面砂漿層、抗裂砂漿復合耐堿網布、龍骨、幕墻。

圖3 以幕墻為飾面層的外保溫系統構造

4 構造設計特點

本圖集在構造設計方面與目前已有的巖棉外保溫系統的不同之處在于：

1)考慮到工程實際應用的需要，本圖集新增了飾面磚飾面和幕墻飾面兩種外保溫系統，以促進巖棉的推廣和應用。

2)本圖集巖棉板與基層墻體采用粘結、釘結合工藝，巖棉板與基層的有效粘貼面積采用全面積粘貼法。目前已有的巖棉外保溫系統采用點框結合法。有效粘貼面積為50%。本圖集的做法可以更加保證保溫板與基層墻體的粘接力。

3)巖棉粘貼24h后方能鉆孔安裝錨栓。位于建筑高度20m以下錨栓的用量不應小于7個/m2，位于建筑高度在20米以上，不少于9個/ m2。本圖集錨栓的數量比目前已有的巖棉外保溫系統多，錨固更牢固。

4)錨栓進入主體墻內深度≥60mm，錨栓的圓盤直徑為≥140 mm，用在空心磚墻體時應采用有回擰打結功能的錨栓。錨栓進入主體墻內深度比目前已有的巖棉外保溫系統要深，圓盤直徑比目前已有的巖棉外保溫系統用的要大。目前已有的巖棉外保溫系統錨固深度為≥40 mm，錨栓的圓盤直徑為≥80 mm?？紤]到甘肅省的氣候特點和抗震要求本圖集的做法更加牢固、安全。

5)為改善巖棉板表面與基層的粘結性能，施工前在巖棉板兩面涂刷防水型界面劑。目前已有巖棉外保溫系統多不采用防水型界面劑，其巖棉板表面與基層的粘結性能較弱。

6)與涂料飾面層相比，飾面磚作為飾面層的外墻外保溫系統的安全問題主要是自重。以涂料為飾面層的外墻外保溫系統自重一般不會超過10kg/m2，而飾面磚作為飾面層的外墻外保溫系統自重可達到50 kg/m2以上，甚至80 kg/m2，為涂料系統的5～8倍。由于飾面磚自重大容易下墜，普通的外保溫做法無法解決飾面磚的下墜問題。本圖集的抹面砂漿層中在抗裂砂漿復合耐堿網格布的基礎上再加一層熱鍍鋅電焊網，大大增強了抹面砂漿層與飾面磚的粘接性能。但是由于累積作用的影響，該保溫系統不適用于過高的建筑。本圖集要求該保溫系統用于距地高度不超過3m的建筑物。

5 針對現有巖棉外保溫系統存在問題而采取的解決措施

5.1 提高巖棉板粘接性能的措施

在施工前在巖棉板兩面需要涂刷防水型界面劑。采用防水型界面劑對巖棉板面層進行處理不僅可防止巖棉板面層的細小纖維到處飛揚， 還可增強巖棉板的防水性， 阻斷巖棉板從找平層吸水的路徑， 保證了找平層材料不會因過快失水而開裂，并且有利于提高找平材料與巖棉板表面的粘結力， 從而保證整個系統的穩定性。

5.2 防止和消除保護層和飾面層出現裂縫的措施

保護層和飾面層出現裂縫主要有如下幾種原因：①保護層和飾面層收縮變形較大，導致產生裂縫；②由于門窗洞口處應力集中，導致保護層和飾面層出現裂縫。

針對上述產生裂縫的兩種主要原因，本圖集采取以下防裂措施：

1)采用粘結強度較高、收縮變形小且具有一定彈性的抗裂砂漿同時將耐堿玻纖網布作為增強材料埋入抗裂砂漿中，用以提高抹面層的抗裂性。

2)將保護層進行分塊留縫并做好嵌縫防水處理，在門窗洞口周邊進行大面玻纖網布加強之前，采用45°斜向玻纖網布進行加強，并將斜向加強網布埋入抹面砂漿中固定，以便減少收縮和溫度應力。

5.3 減小變形和應力影響的措施

巖棉外保溫系統一般可能產生以下兩種變形：①收縮變形，由于非周期性的室外空氣影響，保護層材料硬化后產生收縮變形；②溫差變形，室外溫度、表面吸濕系數、風速等是影響溫差變形的主要因素。

巖棉外保溫系統應力的影響分三個階段：粉刷施工后24小時左右，材料彈性比較大，應力不大；幾個月左右，變形大，收縮嚴重；在使用階段，幾年后，應力相對比較穩定。

考慮到上述情況的產生，外保溫工程施工期間以及完工24小時內，基層及環境空氣溫度不應低于5℃。夏季應避免陽光暴曬，巖棉板安裝上墻后應及時做抹面找平層。5級以上大風天氣及雨天不得施工，雨期施工應做好防雨措施。冬季施工應按相關標準要求采取防凍措施。

5.4 降低飾面磚縫隙開裂問題的措施

由于飾面磚的剛性遠大于涂料飾面，與系統防護層所要求的柔性相抵觸，較之于直接在剛性墻面上粘貼飾面磚，或較之于涂料飾面外墻外保溫系統，這種柔性基底-剛性面層結構所造成的系統的變形更大，飾面磚與防護層之間產生更大的溫濕剪切應力，從而導致飾面磚縫隙的開裂。本圖集抹面砂漿層中在抗裂砂漿復合耐堿網格布的基礎上再加一層熱鍍鋅電焊網，有效降低了系統的變形。同時為了進一步降低飾面磚縫隙開裂的可能與程度，設置了伸縮縫，伸縮縫的間距為3～6m。最大連續墻面的面積不大于36m2。

6 結語

《巖棉外保溫建筑構造圖集》DBJT25-135-2012的出版完善了省外墻外保溫系統圖集框架體系，提高保溫體系材料的應用，進而促進節能減排的利用進程。

[1]10J121，外墻外保溫建筑構造圖集.2010

[2]宋長友，黃振利，陳丹林，等.巖棉外保溫系統技術研究與應用.建筑科學，2008，24(2):84-92,73.

[3]DBJT25-135-2012，巖棉外保溫建筑構造圖集[S].2012

[4]陳超，孫詩兵，趙金平，等.酸度系數與巖棉性質的關系研究[J].新型建筑材料，2012(4):23-24,53.