以XPS为保温芯层的分仓式保模板设计及性能测试①

□□ 庞亚男

(山西职业技术学院,山西 太原 030006)

引言

目前,我国建筑节能采取分区域和分阶段提高建筑的节能标准。在全面推行建筑节能50%的基础上,北京和上海等地已全面实施节能65%、75%[1-2]以及更高的节能要求。与此同时,一些城市的超低能耗建筑和被动式建筑等[3-8]高节能率、智能化项目陆续通过验收并投入使用。建筑物节能率的提升,使得对其保温系统的保温要求随之提高,这就使得所采用的保温材料越来越厚。

在当前建筑节能设计中,外墙因其面积占比大而成为建筑物节能的关键部位。目前,建筑物外墙多采用外保温系统,该系统常用的保温材料为有机类和无机类两种。两种材料及其保温系统的技术特点[9-10]也较为明显。在有机类保温系统中,以模塑聚苯板(EPS)和挤塑聚苯板(XPS)较为常用,其燃烧等级为B1、B2和B3级,属于热塑性塑料,具有熔滴性,热值高,烟毒性大;一旦着火,火势蔓延迅速,会从基层墙体上大片脱落,对于救火存在不利条件。无机类多采用岩棉板、泡沫玻璃保温板、泡沫陶瓷保温板和泡沫水泥保温板等,这类材料燃烧等级可达A级,且与建筑物同寿命,但其导热系数偏大,表观密度也大,导致保温系统施工难度增加。

当前研究较多的是对EPS板进行热固改性[11-12]或是渗透改性[13],但此类技术存在导热系数增大和燃烧等级不可控的现象。而周洋等[14]研发的胶粉聚苯颗粒复合型保温系统,采用构造防火方式较好地利用了EPS和XPS板材的热工性能,又使得保温系统的防火性能符合要求。基于此,结合当前正在兴起与推广的保模一体板[15-16]的技术特点,拟采用挤塑聚苯板(XPS)为主体、岩棉板为分仓板形成保温芯层,再对保温芯层内外两侧进行防火处理,从而制备出新型的保模一体板(以下简称分仓式保模板),并对其保温性能和防火性能进行测试。

1 分仓式保模板设计及原材料选择

1.1 分仓式保模板设计

从控制保温材料燃烧所需的温度和O2浓度出发[17],采用A级不燃材料对可燃保温材料进行六面裹覆,使难以具备燃烧条件,进而达到防火的目的。分仓式保模板结构如图1所示,设计原理具体如下:

1,7-内、外侧粘接加强层;2-XPS板;3-A级不燃材料;4-加强肋;5-粘接层;6-A级保温过渡层图1 分仓式保模板结构示意图

(1)选用A级不燃材料作为分仓板,以控制仓内XPS板的单仓总热值。建筑物着火时,分仓板可阻隔外部火焰,也可阻止燃烧所需O2或空气进仓,使得仓内难以达到燃烧条件;仓内XPS板因过度受热碳化而不燃烧,且留聚于下部时,堆积后集聚的热量不足以自燃。

(2)通过增加防护层的厚度和蓄热能力,延缓其受热升温,在一定时间内使得XPS板的温度达不到着火点。

(3)保温材料内侧为基层墙体,形成无空腔结构。因墙体热惰性极大,遇火时升温慢,XPS板熔融自缩成液滴,不流淌,并粘挂在基层墙体上,与外侧防护层之间形成空腔,以削弱XPS板的受热情况。

1.2 保温层材料的选用

为保证分仓式保模板热工性能的可控性和企业生产质量的稳定性,选用保温材料要求生产原料供应可靠,产品质量稳定。试验采用由山西瑞丰保温材料有限公司生产的挤塑聚苯乙烯泡沫塑料保温板(XPS)为主要保温材料,其性能参数见表1。

表1 XPS板的性能参数

试验选用由山西晟泰源新型建材有限公司生产的憎水型、高酸度系数、高密度等级和A级不燃的岩棉条作为分仓隔板,其性能参数见表2。

1.3 防护层材料的选用

分仓式保模板的防护层由粘接层(界面砂浆)、A级保温过渡层(保温砂浆)和粘接加强层(抗裂砂浆)等部分组成,是以水泥为胶凝材料,掺加石英砂、粉煤灰、胶粉、纤维素、减水剂、短纤维、淀粉醚和玻化微珠等原料配制而成,其性能参数分别见表3、表4和表5。在砂浆中掺入尼龙等短切纤维,抹灰防护层较薄,体积密度小,整体性好。防护层利用柔性渐变原理,可合理释放应力,同时改善外保温系统的抗裂性能。分仓式保模板中的增强网采用市场选购的耐碱玻璃纤维网格布,其性能见表6。

表3 粘接层的性能参数

表4 A级保温过渡层的性能参数

表5 粘接加强层的性能参数

表6 耐碱玻璃纤维网格布的性能参数

2 分仓式保模板制备及性能测试

2.1 分仓式保模板制备

分仓式保模板的保温芯层为非匀质保温板,可根据不同的气候区、建筑类型和使用部位等情况设计出不同热阻值或传热系数的保温芯层供建筑设计选用,由此也可设计出不同传热系数的分仓式保模板。在保证分仓式保模板热工性能的基础上,综合考虑其抗弯破坏荷载、面密度、垂直于板面的抗拉强度、生产成本及现有生产线适应性等因素,设定每个分仓内XPS板的热值为16 MJ[18]。分仓式保模板的规格尺寸设计为3 000 mm×600 mm×78 mm;其中保温芯层厚度为65 mm,以XPS板为主,岩棉条为分仓板,XPS板与岩棉条的面积比为:84∶16。分仓式保模板制品如图2所示,其基本性能见表7。

表7 分仓式保模板的性能参数

图2 分仓式保模板

由表7可知,该规格的分仓式保模板导热系数与XPS板相当。在现场施工时,两块板材不管如何切裁与拼接,均可有效控制仓内体积,即控制仓内可燃材料质量、燃烧释放最大热量和燃烧所需的O2。

2.2 分仓式保模板的防火性能测试

分仓式保模板的防火性能按照GB/T 29416—2012《外墙外保温系统的防火性能试验方法》进行测试,检测工作委托第三方检测机构进行,检验结果见表8,试验结论为:该系统的防火性能按GB/T 29416—2012方法检验合格。

表8 保温系统防火性能检验结果

3 结论

通过以挤塑聚苯板(XPS)为主体、岩棉板为分仓板制备保温芯层,并对保温芯层内外两侧进行粘接加强和A级保温等处理,制备出分仓式保模一体板。经测试得出结论如下:

3.1 当XPS板在保温芯层中面积占比为84%时,制备分仓式保模板导热系数为0.029 5 W·m-1·K-1,与所用XPS板材相当。

3.2 由第三方检测机构按GB/T 29416—2012方法对分仓式保模板的保温系统进行防火性能检验,其检测结果为合格。