防火建筑外保温模板技术研究

 姚通稳

 （山西职业技术学院材料与建筑工程学院，山西太原  030006）

[摘要]在建筑物外保温系统防火性能要求下，结合现有外保温系统和保温材料特点，设计出一种新型保温材料——防火建筑外保温模板。通过对防火隔离设计部件料浆流动性、试件抗折、抗压强度和湿密度进行检测及数据分析，确定生产配料方案；对由企业生产并自然养护28d保温模板进行保温与施工性能综合分析，该制品满足墙体混凝土浇筑的施工与建筑物节能要求。

[关键词]防火建筑；外保温；试验；配合比；应用

[中图分类号]TU755.2 [文章编号]1002-8498(2016)08-0106-04

0  引言

 近年来，建筑物外保温材料市场中，新产品层出不穷，如泡沫混凝土保温板、微孔水泥保温板、聚氨酯复合保温板、复合胶粘剂压制无机保温板、泡沫玻璃、发泡陶瓷等，究其本质而言，多采用无机胶凝材料与有机隔热保温材料相结合的方式来制备，其主要特性体现为：①提高保温板材的保温效果；②改善保温板材的防火性能；③延长保温板材的使用寿命。

 与此同时，在建筑物外保温系统施工及应用过程中一些问题逐渐凸显：①外保温系统多在主体建成后施工，其工序复杂，施工难度大，延长了施工周期；②达到A级防火等级的产品价格较高，在一定程度上制约了新型外保温材料的应用，致使外保温系统的质量难以保证。

 因而，本次试验以保温板材的A级防火、高效保温为技术导向，以降低生产成本和建筑施工成本为出发点，研制出一种新型外保温材料——防火建筑外保温模板（以下简称保温模板），其主要由保温部件和防火隔离设计部件2个部分组成，保温部件以EPS（或XPS）为主体，并用作保温模板成型模具；防火隔离设计部件以水泥基保温砂浆层为防火隔离带，并作为保温模板强度来源。

1  防火隔离设计部件试验研究

1.1  原料选择

1.1.1  胶凝材料

 水泥采用强度等级为32.5的A型矿渣硅酸盐水泥，其目的是从根本上解决氯氧镁水泥防水性差、表面泛白等缺陷；在水泥中掺加一定比例粉煤灰，不仅可降低制品生产成本、改善制品性能，而且提高了制品的绿色度。

1.1.2  保温骨料

 保温骨料采用玻化微珠和聚苯颗粒。玻化微珠为无机保温骨料，呈不规则球状颗粒，内部为空腔结构，表面玻化封闭，具有质轻、隔热防火、耐高低温、抗老化、吸水率小、理化性能稳定等优良特性，堆积密度约为68kg/m3；聚苯颗粒为有机保温骨料，其粒径约为5mm，堆积密度约为6kg/m3。

1.1.3  外加剂

 采用纤维和胶粉，其目的是提高早期强度。其中，纤维为聚丙烯纤维，长度约为15mm;胶粉为常温胶粉。

1.2试样制备

 试验过程中，将各种原料按表1配制，采用一定的投料顺序搅拌3min制得防火隔离设计部件料浆，然后经振实成型为100mm×100mm×100mm抗压强度试件和40mm×40mm×160mm抗折强度试件，置于养护室进行养护，养护条件为温度(20±2)℃，湿度(70 +5)%。

1.3  性能检测结果及分析

1.3.1  料浆流动性

 防火隔离设计部件料浆流动性决定着保温模板企业连续性生产的可行性，也直接影响着保温模板表观密度与强度。试验过程中，根据《建筑砂浆基本性能试验方法标准》JGJ/T70-2009第4章中检测方法对不同配合比下的料浆流动性进行检测，结果如图1所示。

 由图1可知，随着水灰比的增大，FH1，FH2，FH3的料浆流动性均有所提高，但以FH1料浆流动性波动最大。因FH1中胶凝材料用量大，其水化反应及细粉、骨料表面水膜形成需水量大，导致流动水分相对减少，当水灰比达到0. 60时，水分相对充足，流动性大；FH2料浆流动性波动最小，若不考虑强度与密度因素，则为流动性最佳配合比，其水分不仅满足胶凝材料水化需要，也满足细粉、骨料表面水膜形成需水量；FH3料浆流动性较FH1，FH2略差，若其能满足保温模板强度要求，从生产成本出发，应为最经济配合比。

1.3.2  试件抗折强度与抗压强度

 防火隔离设计部件试件抗折强度反映了保温模板用作建筑物外模板进行混凝土浇筑时所能承受的最大侧压力。结合防火隔离设计部件厚度特殊要求及企业生产养护条件考虑，抗折强度考察龄期为7d和28d，并检测相应的抗压强度。根据《水泥胶砂强度检验方法ISO法》GB/T17671-1999检测不同配合比下的试件，检测结果如图2所示。

 结合图2可知，试件FH1，FH3的抗压强度和抗折强度均随水灰比0. 50~0.60的减小而增大，试件FH2则以水灰比0.55的抗压强度和抗折强度最大。在试件FH1，FH2，FH3各项测定强度中，FH2试件多项强度略高于其他配合比，导致这一差异的主要原因是胶凝材料用量，FH1中胶凝材料相对偏高，参与水化反应水分相对减少，水化反应相对较慢，强度略低；FH3中则因胶凝材料相对偏低，强度亦低。

1. 3.3  试件抗压强度与湿密度

 防火隔离设计部件试件密度是保温模板应用过程中的一项重要指标，其直接影响着保温模板质量与强度。因考虑企业生产养护条件限制，密度检测均为7d和28d的试件湿密度（未经烘干处理），并参照《无机硬质绝热制品试验方法》GB/T5486-2008检测试样相应强度，检测结果如图3所示。

 由图3可知，试件抗压强度与1.3.2节中试件强度曲线基本相同，其结果分析不再赘述，着重分析其相应湿密度。由于试件配料方案中仅有水和胶凝材料的用量变化，分析认为FH1，FH2中水灰比0. 55为最佳用水量，过大则试件内部气孔增加，湿密度减小，强度下降；过少则流动性变差，湿密度也减小，但强度提高；FH3试件中因胶凝材料用量较少，细粉和骨料表面水膜需水量相对减少，最佳用水量降至0. 50左右，过大或过小均不宜。

 结合上述分析可知，防火隔离设计部件各配料方案料浆流动性均可满足企业生产要求；试件7d和28d抗折强度均大于保温模板内侧浇筑混凝土时侧压力52. 08kPa，试件7d和28d抗压强度均大于保温模板简支梁状态下所受最大应力值3. 90MPa，满足施工强度要求；结合生产成本和工程应用考虑，应为较少的胶凝材料用量和较低的保温模板质量，为此采用水灰比为0. 48±0.02的FH3配料方案进行生产。

2保温模板生产

2.1  保温模板原料选择

2.1.1  保温部件

 因EPS或XPS材料保温性能良好，热稳定性好，价格低廉，加工方便，将其作为保温部件的主体，生产过程中选用45 mm厚的EPS或XPS板材并经特殊加工制成卡槽状，卡槽边缘挡板宽度35mm左右，槽深35mm，以用作防火隔离设计部件浇筑成型的模板。

2.1.2  防火隔离设计部件

 为提高保温模板整体强度，防火隔离设计部件除1.1节中选用原料外，还在其内部增加了热镀锌钢丝网、耐碱玻纤网格布及锚固件，使得保温模板在工程应用过程中强度更有保障。防火建筑外模板的构造如图4所示。

2.2保温模板生产过程

 结合建筑模数及现场施工操作便捷性考虑，保温模板不仅具有外保温系统与建筑物墙体一体化特点，还应降低现场施工难度，为此将其规格尺寸设计为：3 000mm×600mm和2 000mm×600mm两种。

 保温模板生产过程具体如下：①在保温部件内部均匀布置一定数量锚固件，用于两部件连接以形成一体化结构；②将热镀锌钢丝网安置于保温部件内部并固定于一定位置；③采用水灰比为0. 48±0. 02的FH3配料方案进行防火隔离设计部件料浆配制；④以保温部件为浇筑成型模板进行浇筑，浇筑完成后在表面布置耐碱玻纤网格布，然后采用振压处理，成型后将制品置于养护区进行自然养护28d。

2.3保温模板性能分析

2.3.1保温模板传热性能

 保温材料是外保温系统的主要组成，是建筑物节能的重要保证，而传热系数则是保温板材应用于建筑物保温系统的决定性因素。根据以下的计算方式和材料本身的导热系数，计算出保温模板的传热系数。

保温模板的热阻R按公式(1)计算：

;  计算过程中保温部件厚度为45 mm，导热系数为0. 030W/(m. K)，修正系数为1.20；防火隔离设计部件厚度为35mm，导热系数为0.065W/( m. K)，修正系数为1. 20。其中导热系数和修正系数选取于山西省《居住建筑节能设计标准》DBJ04-42-2012。

 经计算可得，保温模板的修正后传热系数为0. 64W/( m2 . K)，小于《居住建筑节能设计标准》中外墙传热系数0. 70W／( m2．K)的参数限值。

2.3.2  保温模板施工特性分析

 保温模板与其他外墙外保温系统相比，具有如下特点：①免拆性保温模板取代了建筑物墙体浇筑外模板，将外保温系统与墙体形成一体化结构。②高效性建筑物主体与保温系统施工同步进行，施工易于操作；相比其他外保温系统施工工序简化，如聚苯板粘贴、防火隔离带设计与施工、热镀锌钢丝网与耐碱玻纤网格布铺设等工序，施工迅速，使得建筑物施工周期缩短。③防火性  保温模板本身具有防火隔离设计部件，集防火、保温一体，不仅可用于新建建筑物施工，也可作为旧建筑物改造使用。④绿色化保温模板采用强度等级为P.S.A32.5水泥，同时掺入部分粉煤灰，充分利用固态工业废弃物，降低制品生产成本，提高了建筑物绿色度。

由上述可知，保温模板生产工艺流程简单，生产控制方便且制品成本较低；保温模板的保温性能、防火性能均达到预期效果，并具有模板免拆、高效施工等特点，可广泛用于建筑物外保温系统。

3  结语

 1)防火隔离设计部件是保温模板的强度来源，其试件7d和28d抗折强度均大于保温模板内侧浇筑混凝土时侧压力，试件7d和28d抗压强度均大于保温模板简支梁状态下所受最大应力值，满足施工强度要求。

2)保温模板生产工艺流程简单，生产控制方便；配料中掺人一定量的粉煤灰代替水泥，制品成本较低；保温模板的保温性能良好，具备防火隔离设计要求，可广泛用于建筑物外保温系统。

 3)保温模板与其他外墙外保温系统相比，具有免拆性、高效性的突出特点，施工过程中取代建筑物墙体浇筑外模板，将外保温系统与墙体形成一体化结构；主体与保温系统施工同步进行，施工工序简化，施工迅速，使施工周期缩短，经济效益显著。

 4)保温模板采用强度等级为P.S. A32.5水泥，28d强度偏低，在搬用过程中工人应小心搬放，同时，单块保温模板的质量较大，现场人工作业强度大，有待进一步改进。