建筑工程岩棉保温复合一体板设计及应用

梁月新

(山西六建集团有限公司，山西 太原 030000)

建筑外墙保温结构除了具备保温功能外，还需兼具隔热、防火、防潮、美观等功能，以提高建筑外墙保温系统的综合应用效果，改善建筑使用环境，减少资源消耗。岩棉保温装饰一体板因综合性能突出而在建筑外墙保温装饰工程中取得广泛应用，且产品生产标准化水平和规模化水平正持续提高，发展潜力巨大，具有推广价值。在此背景下，深入研究岩棉保温装饰一体板的设计及应用方式具有必要性，充分发挥出该外墙保温材料的性能优势，提高建筑施工质量。

1 岩棉保温复合一体板设计构思

1.1 设计思路

在维持建筑主体结构原状的同时，开发综合型建筑墙体外模板，即岩棉保温复合一体板体系，融合外墙保温功能和外墙模板功能，用于剪力墙或框架-剪力墙的施工。岩棉保温复合一体板作为外墙结构的外模时，混凝土浇筑效率高，且能够作为永久性外墙模板，施工后无需拆除，形成集建筑结构和岩棉复合型保温一体板于一体的完整结构。岩棉保温复合一体板还具有外墙保温功能，因此完成岩棉保温复合一体板的施工后，便已经做好建筑外墙保温处理，高效施工的同时满足建筑外墙保温、节能的要求[1]。

1.2 设计原则

1)岩棉保温复合一体板应具有较高的强度和刚度，以便发挥出外墙模板的实用功能，有效承受混凝土浇捣时对模板产生的冲击作用和压力作用，防止模板偏位、变形。

2)在绿色环保、低碳节能的建筑行业发展趋势下，岩棉保温复合板的设计也需顺时应势，使设计出的岩棉保温复合一体板具有保温功能。设计人员需要考虑到原材料的保温隔热特性、结构的组成方式等，进行多维度的优化设计，充分提升岩棉保温复合一体板的保温隔热性能。

3)根据耐久性和安全性的原则设计岩棉保温复合一体板，使建筑模板与建筑主体同寿命，发挥出岩棉保温复合一体板的长效性优势。

4)岩棉保温复合一体板的设计还需追求可操作性，即降低施工难度，现场高效安装，提高施工效率。

5)尽可能设计标准化的岩棉保温复合一体板，再规划好排布方式，现场施工时直接将完整的岩棉保温复合一体板设置到位即可，减少裁切工作量。

2 岩棉保温复合一体板的组成及材料选取

2.1 岩棉板

岩棉板属于无机非金属纤维类保温板，原材料以玄武岩、辉绿岩为主，在超过1400℃的高温中熔融原材料，用高速离心机甩丝，形成无机矿物纤维，在此基础上，根据材料耐久性、安全性、保温隔热性多项要求，掺入热固性粘结剂、防尘油及憎水剂，通过外加剂改善材料的综合性能，辅以三维打褶、固化切割等工艺，最终制作成型。

由于干燥空气导热系数较低，在0℃的温度环境中为0.024W/m2k，同时岩棉板的纤维间存在丰富的空气间隙，使岩棉板具有良好的保温隔热性能。不仅于此，岩棉板在憎水性、降噪、弹性消振等方面均具有优势，属于功能丰富且物理性能稳定可靠的建筑工程材料。

2.2 钢丝网架

钢丝网架是岩棉保温复合一体板的受力支撑构件，对结构体系的形态和稳定性均有明显影响。钢丝网架的原材料为φ6.5mm或φ8mm的普通碳素钢热轧盘条，经过冷加工拔制硬化后形成力学性能和焊接性能均良好的低碳钢丝，应用于岩棉保温复合一体板后可提升结构体系的稳定性。

冷拔低碳钢丝以甲、乙两种型号居多，对钢丝做平网焊接处理时，优先选择焊接性能良好的乙型冷拔低碳钢丝。原材料的强度和冷拔处理后的总伸长量是影响冷拔低碳钢丝材料强度的重要因素，在建筑外墙岩棉保温复合一体板的选材中，需要选用伸长率较大的冷拔低碳钢丝，以免在使用时出现无明显变形预兆的脆性破坏。本次研究采用的是抗拉强度超过550MPa的钢丝，焊点抗拉力不低于330N，弯曲试验时，在180℃环境中至少弯曲6次，检验钢丝在多次弯曲后是否存在异常。试验采用的钢丝形态完整，表观质量良好，预先做镀锌防腐处理[2]。

2.3 聚合物砂浆

聚合物砂浆位于岩棉保温复合一体板的最外侧，属于重要的防护结构，直接承受混凝土浇筑和振捣过程中产生的冲击作用和压力，若要保证岩棉保温复合一体板不受损，则要求聚合物砂浆具有可靠的抗裂性能和抗冲击性能，有效抵御外部作用。同时，聚合物砂浆需要具有粘结稳定性，与岩棉板、现浇混凝土墙稳定粘结至一体，构成结构完整、稳定可靠的岩棉保温复合一体板体系。根据试验结果，从抗拉强度和拉伸粘接强度两个方面评价不同配比时聚合物砂浆的性能。试验中，水料比分别为：0.2、0.25、0.3、0.35；以胶粉含量为变量参数，设置0%～4.5%共10组试件(每次均增加0.5%的胶粉含量，即0%、0.5%、0.1%…4%、4.5%)。

根据试验结果可知，抗压强度随着水料比的提高而降低，在水料比为0.2时，聚合物砂浆的抗压强度达到17.85MPa，为各试验组中的最大值。改变胶粉含量并不会导致聚合物砂浆的抗压强度出现大幅度的变化，所有试件的抗压强度集中在15.95MPa～17.85MPa。聚合物砂浆的拉伸粘接强度在不添加胶粉时最低，随着胶粉掺量的增加呈先提高后降低的变化趋势，拉伸粘接强度在胶粉含量为3%时达到最大值，为0.68MPa，经过此峰值后，随着胶粉含量的增加而下降。对聚合物砂浆进行力学性能测试后，根据测试结果对比分析不同配合比试件的力学性能，评价按照不同配合比拌制的聚合物砂浆是否满足岩棉保温复合一体板的施工要求，经过比选后确定最终配合比，见表1。

表1 聚合物砂浆最终配合比

3 岩棉保温复合一体板构造设计

3.1 构造形式

岩棉保温复合一体板的核心组成为岩棉保温板、钢丝网架和保温砂浆。模板构造为：向岩棉保温板中穿透镀锌低碳钢丝，保温板两侧均设一张钢丝网片，将其与穿透的斜插钢丝焊接至一体，再将聚合物砂浆附着在岩棉板的两侧，包裹斜插丝和钢丝网片，依靠聚合物砂浆的粘结作用将三种材料组合成岩棉保温复合一体板体系，具体构造如图1所示。

岩棉保温复合一体板的构造形式合理，集多种材料的优势于一体，例如具有保温隔热、力学性能稳定可靠、耐久性、经济性等优势，综合应用效果良好。

1)岩棉保温板位于模板体系的中间位置，材料特性导致其具有保温隔热功能，同时施工采用的是导热系数较低的聚合物砂浆，也有益于提升保温性能，且凝结硬化后的刚度较高，对外部作用力的抵御能力强，缓解模板因外力作用而明显形变的问题。在岩棉保温板外侧设置聚合物砂浆时，可以防护岩棉保温板，隔绝酸、碱等侵蚀物质的侵入，避免因外界环境的影响而引起岩棉保温板腐蚀现象，延长岩棉板的使用寿命。聚合物砂浆成型后，内部密实，外界的雨水不易渗入，防止岩棉板遭水侵蚀。

2)冷拔低碳钢丝网片被聚合物砂浆包裹，不与外界环境接触，可防止钢丝网片锈蚀。以焊接工艺稳定连接钢丝网片和斜插丝，构成的结构体系稳定可靠。即便聚合物砂浆与岩棉板存在粘接关系，但实际产生的粘接力普遍不超过0.1MPa，并不足以满足稳定粘接的要求。随着岩棉保温复合一体板体系使用时间的延长，岩棉保温板与聚合物砂浆出现不同程度的分离、脱落，而在采取焊接施工方法后，将有效解决聚合物砂浆与岩棉保温板粘接不稳定的问题。钢丝网架施工采用焊接的方法，结构稳定可靠，聚合物砂浆和岩棉保温板均维持稳定，构成的保温体系将长期保持稳定状态。并且，设置斜插丝并进行焊接固定后，还将提升保温体系的抗剪性能[3]。

3.2 细部构造

1)钢丝网片与斜插丝焊接至一体，焊点区无钢丝锈点，焊接质量可靠；2)钢丝网片的钢丝直径为1.5～3mm，单元网格尺寸为50×50mm，钢丝为经丝和纬丝垂直分布的排列方式，构成的钢丝网片结构合理，焊接效果良好，无焊点过烧、漏焊等问题；3)相邻插丝的中心距为100mm，模板内部插丝呈矩阵形式分布，距离相等，布置均匀。同方向相邻斜插丝不平整度不超过3°，腹丝与经向水平线夹角约15°；4)插丝所用钢丝的直径为2mm，每平方米插入钢丝的数量为100根；5)插丝外伸出岩棉保温板的垂直长度约为10mm，钢丝网片与岩棉保温板的板面间距为10mm，钢丝网片和斜插丝挑头能够被聚合物砂浆完全包裹。聚合物砂浆内部密实，表面平整，各部分的砂浆层厚度相同；6)岩棉纤维横向排列，在施工中可灵活调整厚度，以满足不同的建筑外墙保温要求[4]。

4 岩棉保温复合一体板的应用

建筑外墙施工时，在外侧设置岩棉保温复合一体板，内侧采用普通木模板，设置对拉螺栓、定位支撑块及钢楞进行加固，构成稳定可靠的模板体系。外墙内外侧模板均支设到位后，浇筑普通混凝土并振捣、养护。拆模时，保留作为外侧模板的岩棉保温复合一体板，与建筑外墙结构融为一体，仅拆除内侧模板及其支护构件即可。

岩棉保温复合一体板的外墙混凝土浇筑采取单层一次到位的原则，考虑到建筑模数和模板配板的要求，将模板的宽度设为300mm，模板的长度与建筑层高一致。窗洞口等细部对模板尺寸有特殊的要求，以实际尺寸为准，在模板生产阶段预制尺寸相配套的模板，或准备质量达标的完整模板，在现场裁割。

支护构件包含钢楞、对拉螺栓等，需要规划支护构件的布设位置，控制数量，保证支护的有效性。若钢楞数量不足，对模板的约束作用有限，混凝土浇筑、振捣产生的作用力影响模板，模板稳定性下降，出现偏位、纵向变形，因模板应用效果差而导致外墙面不平整；若钢楞数量多，虽然可保证支护效果，但将增加工程量，提高施工成本。基于前述的考虑，根据适中的原则设置钢楞支撑装置，建议在普通民用住宅建筑的外墙岩棉保温复合一体板施工中设置6道钢楞，相邻两道中心间距为500mm。通过对拉螺栓固定模板时，螺栓孔的位置应在模板的中心轴线处，模板承受局部压应力，同时也能够避免聚合物砂浆层因模板开洞的影响而严重受损。

聚合物砂浆层的两侧边缘为凹凸形状的榫槽，通过榫槽紧密拼接两块岩棉保温复合一体板，使相邻两板拼接部位保持严密，避免因板间缝隙过大而在混凝土浇筑时漏浆。相邻两板的拼接方式，如图2所示。

图2 模板拼接示意图

通过承托钢板支撑与固定外侧模板底部，避免模板底部位移、漏浆，每一层的最外侧模板底部均置于承托钢板上部。模板安装完成后，检查各块模板的位置以及相邻模板的组合关系，确认无误则用对拉螺栓固定，减小上层模板对下层模板产生的竖向应力。在安装模板时，调整好模板的位置以保证其上部对齐楼地面，可一次浇筑楼体外墙和楼板的混凝土，形成的结构更加完整，施工效率更高。浇筑前，在模板上部安装保护帽，避免岩棉保温板中渗入源自混凝土的水分，且保护帽还能够防护模板边缘，以免因磕碰而导致模板边缘出现损伤。

5 结语

综上所述，建筑外墙岩棉保温复合一体板属于新型绿色环保型建材，兼具力学性能稳定、耐久、保温隔热效果良好等优势，符合绿色环保的现代建筑发展理念，具有推广价值。充分发挥岩棉保温复合一体板性能优势的关键在于合理设计构造并规范施工，经过本文的研究，提出岩棉保温复合一体板的总体构造及细部构造，说明了岩棉保温复合一体板的应用方法，向岩棉保温板中穿透镀锌低碳钢丝，焊接至铁丝网片上，形成稳定的结构，再裹覆聚合物砂浆，构成完整的岩棉保温复合一体板体系，在保证施工质量的前提下高效完成施工作业，岩棉保温复合一体板设计及应用方案可供同仁参考。