防火建筑外保溫模板技術(shù)研究
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姚通穩(wěn)
（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料與建筑工程學(xué)院，山西太原 030006）
[摘要]在建筑物外保溫系統(tǒng)防火性能要求下，結(jié)合現(xiàn)有外保溫系統(tǒng)和保溫材料特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種新型保溫材料——防火建筑外保溫模板。通過(guò)對(duì)防火隔離設(shè)計(jì)部件料漿流動(dòng)性、試件抗折、抗壓強(qiáng)度和濕密度進(jìn)行檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析，確定生產(chǎn)配料方案；對(duì)由企業(yè)生產(chǎn)并自然養(yǎng)護(hù)28d保溫模板進(jìn)行保溫與施工性能綜合分析，該制品滿足墻體混凝土澆筑的施工與建筑物節(jié)能要求。
[關(guān)鍵詞]防火建筑；外保溫；試驗(yàn)；配合比；應(yīng)用
[中圖分類號(hào)]TU755.2 [文章編號(hào)]1002-8498(2016)08-0106-04
0 引言
近年來(lái)，建筑物外保溫材料市場(chǎng)中，新產(chǎn)品層出不窮，如泡沫混凝土保溫板、微孔水泥保溫板、聚氨酯復(fù)合保溫板、復(fù)合膠粘劑壓制無(wú)機(jī)保溫板、泡沫玻璃、發(fā)泡陶瓷等，究其本質(zhì)而言，多采用無(wú)機(jī)膠凝材料與有機(jī)隔熱保溫材料相結(jié)合的方式來(lái)制備，其主要特性體現(xiàn)為：①提高保溫板材的保溫效果；②改善保溫板材的防火性能；③延長(zhǎng)保溫板材的使用壽命。
與此同時(shí)，在建筑物外保溫系統(tǒng)施工及應(yīng)用過(guò)程中一些問(wèn)題逐漸凸顯：①外保溫系統(tǒng)多在主體建成后施工，其工序復(fù)雜，施工難度大，延長(zhǎng)了施工周期；②達(dá)到A級(jí)防火等級(jí)的產(chǎn)品價(jià)格較高，在一定程度上制約了新型外保溫材料的應(yīng)用，致使外保溫系統(tǒng)的質(zhì)量難以保證。
因而，本次試驗(yàn)以保溫板材的A級(jí)防火、高效保溫為技術(shù)導(dǎo)向，以降低生產(chǎn)成本和建筑施工成本為出發(fā)點(diǎn)，研制出一種新型外保溫材料——防火建筑外保溫模板（以下簡(jiǎn)稱保溫模板），其主要由保溫部件和防火隔離設(shè)計(jì)部件2個(gè)部分組成，保溫部件以EPS（或XPS）為主體，并用作保溫模板成型模具；防火隔離設(shè)計(jì)部件以水泥基保溫砂漿層為防火隔離帶，并作為保溫模板強(qiáng)度來(lái)源。
1 防火隔離設(shè)計(jì)部件試驗(yàn)研究
1.1 原料選擇
1.1.1 膠凝材料
水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為32.5的A型礦渣硅酸鹽水泥，其目的是從根本上解決氯氧鎂水泥防水性差、表面泛白等缺陷；在水泥中摻加一定比例粉煤灰，不僅可降低制品生產(chǎn)成本、改善制品性能，而且提高了制品的綠色度。
1.1.2 保溫骨料
保溫骨料采用�；⒅楹途郾筋w粒。�；⒅闉闊o(wú)機(jī)保溫骨料，呈不規(guī)則球狀顆粒，內(nèi)部為空腔結(jié)構(gòu)，表面�；忾]，具有質(zhì)輕、隔熱防火、耐高低溫、抗老化、吸水率小、理化性能穩(wěn)定等優(yōu)良特性，堆積密度約為68kg/m3；聚苯顆粒為有機(jī)保溫骨料，其粒徑約為5mm，堆積密度約為6kg/m3。
1.1.3 外加劑
采用纖維和膠粉，其目的是提高早期強(qiáng)度。其中，纖維為聚丙烯纖維，長(zhǎng)度約為15mm;膠粉為常溫膠粉。
1.2試樣制備
試驗(yàn)過(guò)程中，將各種原料按表1配制，采用一定的投料順序攪拌3min制得防火隔離設(shè)計(jì)部件料漿，然后經(jīng)振實(shí)成型為100mm×100mm×100mm抗壓強(qiáng)度試件和40mm×40mm×160mm抗折強(qiáng)度試件，置于養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為溫度(20±2)℃，濕度(70 +5)%。
1.3 性能檢測(cè)結(jié)果及分析
1.3.1 料漿流動(dòng)性
防火隔離設(shè)計(jì)部件料漿流動(dòng)性決定著保溫模板企業(yè)連續(xù)性生產(chǎn)的可行性，也直接影響著保溫模板表觀密度與強(qiáng)度。試驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T70-2009第4章中檢測(cè)方法對(duì)不同配合比下的料漿流動(dòng)性進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖1所示。
由圖1可知，隨著水灰比的增大，F(xiàn)H1，F(xiàn)H2，F(xiàn)H3的料漿流動(dòng)性均有所提高，但以FH1料漿流動(dòng)性波動(dòng)最大。因FH1中膠凝材料用量大，其水化反應(yīng)及細(xì)粉、骨料表面水膜形成需水量大，導(dǎo)致流動(dòng)水分相對(duì)減少，當(dāng)水灰比達(dá)到0. 60時(shí)，水分相對(duì)充足，流動(dòng)性大；FH2料漿流動(dòng)性波動(dòng)最小，若不考慮強(qiáng)度與密度因素，則為流動(dòng)性最佳配合比，其水分不僅滿足膠凝材料水化需要，也滿足細(xì)粉、骨料表面水膜形成需水量；FH3料漿流動(dòng)性較FH1，F(xiàn)H2略差，若其能滿足保溫模板強(qiáng)度要求，從生產(chǎn)成本出發(fā)，應(yīng)為最經(jīng)濟(jì)配合比。
1.3.2 試件抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度
防火隔離設(shè)計(jì)部件試件抗折強(qiáng)度反映了保溫模板用作建筑物外模板進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)所能承受的最大側(cè)壓力。結(jié)合防火隔離設(shè)計(jì)部件厚度特殊要求及企業(yè)生產(chǎn)養(yǎng)護(hù)條件考慮，抗折強(qiáng)度考察齡期為7d和28d，并檢測(cè)相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法ISO法》GB/T17671-1999檢測(cè)不同配合比下的試件，檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。
結(jié)合圖2可知，試件FH1，F(xiàn)H3的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均隨水灰比0. 50~0.60的減小而增大，試件FH2則以水灰比0.55的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度最大。在試件FH1，F(xiàn)H2，F(xiàn)H3各項(xiàng)測(cè)定強(qiáng)度中，F(xiàn)H2試件多項(xiàng)強(qiáng)度略高于其他配合比，導(dǎo)致這一差異的主要原因是膠凝材料用量，F(xiàn)H1中膠凝材料相對(duì)偏高，參與水化反應(yīng)水分相對(duì)減少，水化反應(yīng)相對(duì)較慢，強(qiáng)度略低；FH3中則因膠凝材料相對(duì)偏低，強(qiáng)度亦低。
1. 3.3 試件抗壓強(qiáng)度與濕密度
防火隔離設(shè)計(jì)部件試件密度是保溫模板應(yīng)用過(guò)程中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其直接影響著保溫模板質(zhì)量與強(qiáng)度。因考慮企業(yè)生產(chǎn)養(yǎng)護(hù)條件限制，密度檢測(cè)均為7d和28d的試件濕密度（未經(jīng)烘干處理），并參照《無(wú)機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗(yàn)方法》GB/T5486-2008檢測(cè)試樣相應(yīng)強(qiáng)度，檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。
由圖3可知，試件抗壓強(qiáng)度與1.3.2節(jié)中試件強(qiáng)度曲線基本相同，其結(jié)果分析不再贅述，著重分析其相應(yīng)濕密度。由于試件配料方案中僅有水和膠凝材料的用量變化，分析認(rèn)為FH1，F(xiàn)H2中水灰比0. 55為最佳用水量，過(guò)大則試件內(nèi)部氣孔增加，濕密度減小，強(qiáng)度下降；過(guò)少則流動(dòng)性變差，濕密度也減小，但強(qiáng)度提高；FH3試件中因膠凝材料用量較少，細(xì)粉和骨料表面水膜需水量相對(duì)減少，最佳用水量降至0. 50左右，過(guò)大或過(guò)小均不宜。
結(jié)合上述分析可知，防火隔離設(shè)計(jì)部件各配料方案料漿流動(dòng)性均可滿足企業(yè)生產(chǎn)要求；試件7d和28d抗折強(qiáng)度均大于保溫模板內(nèi)側(cè)澆筑混凝土?xí)r側(cè)壓力52. 08kPa，試件7d和28d抗壓強(qiáng)度均大于保溫模板簡(jiǎn)支梁狀態(tài)下所受最大應(yīng)力值3. 90MPa，滿足施工強(qiáng)度要求；結(jié)合生產(chǎn)成本和工程應(yīng)用考慮，應(yīng)為較少的膠凝材料用量和較低的保溫模板質(zhì)量，為此采用水灰比為0. 48±0.02的FH3配料方案進(jìn)行生產(chǎn)。
2保溫模板生產(chǎn)
2.1 保溫模板原料選擇
2.1.1 保溫部件
因EPS或XPS材料保溫性能良好，熱穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，加工方便，將其作為保溫部件的主體，生產(chǎn)過(guò)程中選用45 mm厚的EPS或XPS板材并經(jīng)特殊加工制成卡槽狀，卡槽邊緣擋板寬度35mm左右，槽深35mm，以用作防火隔離設(shè)計(jì)部件澆筑成型的模板。
2.1.2 防火隔離設(shè)計(jì)部件
為提高保溫模板整體強(qiáng)度，防火隔離設(shè)計(jì)部件除1.1節(jié)中選用原料外，還在其內(nèi)部增加了熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)、耐堿玻纖網(wǎng)格布及錨固件，使得保溫模板在工程應(yīng)用過(guò)程中強(qiáng)度更有保障。防火建筑外模板的構(gòu)造如圖4所示。
2.2保溫模板生產(chǎn)過(guò)程
結(jié)合建筑模數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)施工操作便捷性考慮，保溫模板不僅具有外保溫系統(tǒng)與建筑物墻體一體化特點(diǎn)，還應(yīng)降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度，為此將其規(guī)格尺寸設(shè)計(jì)為：3 000mm×600mm和2 000mm×600mm兩種。
保溫模板生產(chǎn)過(guò)程具體如下：①在保溫部件內(nèi)部均勻布置一定數(shù)量錨固件，用于兩部件連接以形成一體化結(jié)構(gòu)；②將熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)安置于保溫部件內(nèi)部并固定于一定位置；③采用水灰比為0. 48±0. 02的FH3配料方案進(jìn)行防火隔離設(shè)計(jì)部件料漿配制；④以保溫部件為澆筑成型模板進(jìn)行澆筑，澆筑完成后在表面布置耐堿玻纖網(wǎng)格布，然后采用振壓處理，成型后將制品置于養(yǎng)護(hù)區(qū)進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)28d。
2.3保溫模板性能分析
2.3.1保溫模板傳熱性能
保溫材料是外保溫系統(tǒng)的主要組成，是建筑物節(jié)能的重要保證，而傳熱系數(shù)則是保溫板材應(yīng)用于建筑物保溫系統(tǒng)的決定性因素。根據(jù)以下的計(jì)算方式和材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)，計(jì)算出保溫模板的傳熱系數(shù)。
保溫模板的熱阻R按公式(1)計(jì)算：
; 計(jì)算過(guò)程中保溫部件厚度為45 mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0. 030W/(m. K)，修正系數(shù)為1.20；防火隔離設(shè)計(jì)部件厚度為35mm，導(dǎo)熱系數(shù)為0.065W/( m. K)，修正系數(shù)為1. 20。其中導(dǎo)熱系數(shù)和修正系數(shù)選取于山西省《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DBJ04-42-2012。
經(jīng)計(jì)算可得，保溫模板的修正后傳熱系數(shù)為0. 64W/( m2 . K)，小于《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中外墻傳熱系數(shù)0. 70W／( m2．K)的參數(shù)限值。
2.3.2 保溫模板施工特性分析
保溫模板與其他外墻外保溫系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)：①免拆性保溫模板取代了建筑物墻體澆筑外模板，將外保溫系統(tǒng)與墻體形成一體化結(jié)構(gòu)。②高效性建筑物主體與保溫系統(tǒng)施工同步進(jìn)行，施工易于操作；相比其他外保溫系統(tǒng)施工工序簡(jiǎn)化，如聚苯板粘貼、防火隔離帶設(shè)計(jì)與施工、熱鍍鋅鋼絲網(wǎng)與耐堿玻纖網(wǎng)格布鋪設(shè)等工序，施工迅速，使得建筑物施工周期縮短。③防火性 保溫模板本身具有防火隔離設(shè)計(jì)部件，集防火、保溫一體，不僅可用于新建建筑物施工，也可作為舊建筑物改造使用。④綠色化保溫模板采用強(qiáng)度等級(jí)為P.S.A32.5水泥，同時(shí)摻入部分粉煤灰，充分利用固態(tài)工業(yè)廢棄物，降低制品生產(chǎn)成本，提高了建筑物綠色度。
由上述可知，保溫模板生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)控制方便且制品成本較低；保溫模板的保溫性能、防火性能均達(dá)到預(yù)期效果，并具有模板免拆、高效施工等特點(diǎn)，可廣泛用于建筑物外保溫系統(tǒng)。
3 結(jié)語(yǔ)
1)防火隔離設(shè)計(jì)部件是保溫模板的強(qiáng)度來(lái)源，其試件7d和28d抗折強(qiáng)度均大于保溫模板內(nèi)側(cè)澆筑混凝土?xí)r側(cè)壓力，試件7d和28d抗壓強(qiáng)度均大于保溫模板簡(jiǎn)支梁狀態(tài)下所受最大應(yīng)力值，滿足施工強(qiáng)度要求。
2)保溫模板生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)控制方便；配料中摻人一定量的粉煤灰代替水泥，制品成本較低；保溫模板的保溫性能良好，具備防火隔離設(shè)計(jì)要求，可廣泛用于建筑物外保溫系統(tǒng)。
3)保溫模板與其他外墻外保溫系統(tǒng)相比，具有免拆性、高效性的突出特點(diǎn)，施工過(guò)程中取代建筑物墻體澆筑外模板，將外保溫系統(tǒng)與墻體形成一體化結(jié)構(gòu)；主體與保溫系統(tǒng)施工同步進(jìn)行，施工工序簡(jiǎn)化，施工迅速，使施工周期縮短，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
4)保溫模板采用強(qiáng)度等級(jí)為P.S. A32.5水泥，28d強(qiáng)度偏低，在搬用過(guò)程中工人應(yīng)小心搬放，同時(shí)，單塊保溫模板的質(zhì)量較大，現(xiàn)場(chǎng)人工作業(yè)強(qiáng)度大，有待進(jìn)一步改進(jìn)。
