山东省建筑科学研究院有限公司 曹 杨 吴美升
岩棉保温系统的优势与挑战
岩棉保温系统与市场上的有机类保温系统相比，最大的优势在于其体系的防火安全性。这是由于岩棉是一种理想的A级保温材料，具有不燃、透气、吸音、热稳定性高等优点。与发泡水泥保温板、膨胀珍珠岩板、玻化微珠等A级保温材料相比，岩棉保温板导热系数较小，保温隔热性能优异，在常温条件下（约25℃）岩棉的导热系数通常在0.036W/(m·K）至0.040W/(m·K）之间。岩棉保温系统也存在着一些明显的挑战，尤其是岩棉薄抹灰保温系统。无论是岩棉板双层耐碱玻纤网构造体系还是岩棉板单层耐碱玻纤网构造体系，近年来在工程应用中暴露出诸多问题，已发生过多起岩棉薄抹灰保温体系脱落事故，主要原因有：
1.岩棉板本身抗拉强度较低，强度范围约7.5kPa至15kPa。虽然岩棉板薄抹灰保温体系构造做法定义为以锚固为主，粘贴为辅，但由于施工人员技术素质较低或施工现场条件受限等因素，往往导致锚固数量和锚固强度难以达到标准要求，存在安全隐患；
2.岩棉板作为一种较松散的软质纤维状保温材料，具有较高的吸水、吸湿特性，对施工质量和配套材料质量要求极为严格，施工工序较复杂。如果体系抹面层、饰面层、网格布等配套材料产品质量和施工存在缺陷，出现细小裂缝或体系与其他部位相接处防水措施处理不当，外部水分渗入岩棉板内部并逐渐累积，再加上风压、耐候等外部影响，极易造成体系不可逆的破坏；
3.在“双碳”目标的新形势下，建筑节能标准必然会进一步提高。为了达到新的节能标准要求，常规做法势必需要增加岩棉板的厚度，使得岩棉薄抹灰保温体系自重变得更大，工程质量隐患显著增加。
上述问题的存在，以及市场上充斥着偷工减料、以次充好的岩棉板及体系配套材料，对岩棉板用于外保温体系造成了极大的不良影响。
竖丝岩棉复合板构造设计
为解决岩棉板本身抗拉强度低、裸板上墙无保护以及高节能设计标准要求下导热系数偏大等不利影响，研究设计了一种新型竖丝岩棉复合板。竖丝岩棉：将岩棉板按一定间距切割，翻转90度使用的条状制品，其主要纤维层方向与表面垂直。竖丝岩棉与岩棉板相比，抗拉强度大幅增加，达到0.10MPa以上，可与常规EPS保温板相媲美。但其缺点一是竖丝岩棉的宽度目前最大只能到200mm，多为150mm；二是导热系数变大，约为0.043W/(m·K）至0.045W/(m·K）。为此，根据不同的节能设计标准，研制了两种竖丝岩棉复合板。一种是以竖丝岩棉为芯材，两面复合玻纤网增强聚合物胶浆或专用柔性水泥基片材形成的复合保温板材，标记为A型竖丝岩棉复合板，其基本构造见图1，重点解决竖丝岩棉自身尺寸小、裸板状态下施工缺少必要防护层的问题。
▲图1 竖丝岩棉复合板（A型）构造示意图
1- 玻纤网增强聚合物胶浆（2mm至3mm）或柔性水泥基片材（1mm至2mm）
2- 竖丝岩棉条
另一种是以竖丝岩棉与有机保温材料复合而成的保温板为芯材，两面复合玻纤网增强聚合物胶浆或专用柔性水泥基片材形成的复合保温板材，标记为AB型竖丝岩棉复合板，其基本构造见图2，除具有A型复合板优势外，主要基于无机/有机复合的技术思路，充分发挥无机材料的防火优势与有机材料的保温优势，重点解决竖丝岩棉导热系数偏大，高节能设计标准下无法应用的问题。
1-玻纤网增强聚合物胶浆（2mm至3mm）或柔性水泥基片材（1mm至2mm）
2-竖丝岩棉
3-有机保温材料
4-界面
▲图2 竖丝岩棉复合板（AB型）构造示意图
经实验研究证明，AB型竖丝岩棉复合板有机保温材料以硬泡聚氨酯（PU）为首要选择，一是聚氨酯导热系数低、保温性能优异，二是聚氨酯可直接发泡渗透到岩棉纤维中，结合紧密，复合板整体性能优良。经热工计算表明70mm厚AB型岩棉聚氨酯复合板的保温效果要优于厚度110mm的A型竖丝岩棉复合板。
竖丝岩棉复合板性能研究
为了验证岩棉复合板的复合技术质量，我们分别对A型、AB型岩棉复合保温板的拉伸粘结强度和剪切强度性能指标进行了试验研究。其中剪切强度试验方法采用了GB/T32382-2015《建筑用绝热制品 剪切性能的测定》中的双试样法进行。试验结果见表1。
为了对比不同复合方式的优劣，我们对AB型岩棉/聚氨酯复合板分别采用了聚氨酯发泡直接粘接方式和岩棉与聚氨酯板粘结砂浆粘接方式两种复合方式，并分别测试了其拉伸粘结强度，试验结果见表2。
从上述试验结果我们可以看出，岩棉复合保温板A型，AB型，无论是在抗拉破坏，还是在更接近实际工程应用情况的竖向剪切破坏时均没有出现双侧无机面层与保温层脱开的情况，说明我们采用的复合技术是安全可行的。
同时表明对于AB型岩棉/聚氨酯复合保温板来说，采用聚氨酯直接发泡粘接的复合工艺要明显好于用砂浆粘接复合工艺，这主要是因为，岩棉本身的多孔纤维结构在聚氨酯发泡时，聚氨酯组份会渗入到岩棉纤维中，形成一个整体，起到了相互增强的作用。
竖丝岩棉复合板保温体系安全性、耐久性研究
竖丝岩棉复合板保温体系的性能要求
竖丝岩棉复合板保温体系的性能应满足其应用目的和环境要求，具体包括：
- 保温性能：由保温材料的密度、厚度和导热系数等因素决定。复合板的目的是在不增加保温层厚度的情况下提升系统的整体保温性。
- 安全性：保温体系应耐受长期温湿度变化、日晒雨淋和反复冻融等极端环境条件，以及满足荷载要求。
- 耐久性：保温体系应能够长期保持其性能，不会因有害破坏而失效。
对于竖丝岩棉复合板保温体系，关键点在于有机和无机保温材料之间的形变差异，这可能会导致体系破坏。
竖丝岩棉/聚氨酯复合板的安全性与耐久性
试验表明，竖丝岩棉/聚氨酯复合板的各层材料连接牢固，抗拉强度和剪切强度均满足安全要求。两种材料的尺寸变化率存在差异，这可能导致不稳定和安全问题。
为了验证复合板的安全性与耐久性，大型耐候性试验被采用。试验结果表明，复合板保温体系在极端环境条件下表现出色，未出现明显破坏迹象。
竖丝岩棉复合板保温系统各材料层的温度分布
为了研究复合板在温度变化下的表现，耐候性试验同时设置了温度测点。结果显示：
- 抹面胶浆层（外侧）受到环境温度的变化影响较大，要求其具有柔韧抗裂性。
- 聚氨酯层受到岩棉和聚苯颗粒浆料的保护，温度变化更为缓和。
- 岩棉层的温度变化也相对平缓，表明复合后岩棉保护了聚氨酯，减小了尺寸变化差异的影响。
竖丝岩棉/聚氨酯复合板的稳定性
有机/无机复合材料的尺寸变化率差异是影响其稳定性的主要因素。虽然岩棉和聚氨酯的尺寸变化率存在较大差异，但实际应用中，岩棉处于外侧，保护了聚氨酯免受极端温度变化的影响。
试验数据也表明，聚氨酯在低于 50℃ 时的尺寸变化率较小，与岩棉的尺寸变化率接近。这进一步证明了竖丝岩棉复合板在实际应用中的稳定性。
竖丝岩棉复合板的外墙保温应用
竖丝岩棉复合板可应用于多种外墙保温体系，如薄抹灰体系、现浇混凝土体系和保温装饰一体化体系。通过调整岩棉和聚氨酯层的厚度，复合板系统可满足防火和节能要求，同时具有良好的安全性与耐久性。
竖丝岩棉复合板保温体系是一种安全、可靠且实用的外墙保温解决方案，弥补了有机和无机保温材料的不足，具有广阔的市场应用前景。
编辑：张玲玲 安晓光
校对：张健
监审：韩凤凤