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摘要:介紹輕鋼工業建筑使用玻璃保溫棉國內生產產能,品質狀況及市場定位;闡述玻璃保溫棉玻璃棉保溫性能優劣重點從保溫棉熱阻值、防火性能、有害氣體及甲醛含量等性能評價,及實際項目保溫棉執行標準思考;比較保溫棉配套使用各類貼面結構形式,強度指標、耐老化指標、防火性能指標等技術參數;總結輕鋼鋼結構不同類型建筑物,保溫棉及其配套貼面選擇與應用。
關鍵詞:保溫棉性能;貼面性能
1目前國內保溫棉生產與現狀
鋼結構用玻璃棉采用離心法技術,將玻璃熔融后進行纖維化,通過添加粘結劑固化加工而成玻璃卷氈產品,是輕鋼結構建筑保溫隔熱,吸聲降噪的最佳材料。與配套貼面共同使用,廣泛用于輕鋼結構建筑,形成隔熱,吸音產品保溫節能體系。目前我國專業制造玻璃纖維保溫棉生產線遍布全國各地,玻璃棉產品廣泛用于輕鋼結構建筑,據不完全統計全國有70~80條生產線,其中素有玻璃棉之鄉的河北大城縣約有35~40條線,以生產12~16kg/m3玻璃棉平均每條線每天產能約55t/d,每天產量3850~4400t/d,容重按16kg,100mm厚計算每天生產棉氈約240.6~250萬m2。玻璃纖維保溫棉生產廠家眾多,品牌繁多,產能巨大,生產玻璃棉品質參差不齊。以歐文斯.科寧為代表外資品牌,在原料、配套貼面選擇,工藝控制,包裝保護方面,追求高品質,玻璃棉品質為市場標桿企業,歐文斯.科寧就有4條生產線分別分布廣州、上海、西安、天津。隨著對玻璃棉產品認知度提高,國產玻璃棉從制造工藝、產品質量控制、配套貼面選用、包裝等精益求精,國產優質玻璃纖維棉品牌,例如U.Silk優絲、DOW陶式、華利等品牌玻璃棉涌現,彌補以外資為主的高端玻璃棉市場,達到國際先進水平。
2玻璃保溫棉使用性能與選擇
衡量玻璃保溫棉優劣,重點從玻璃棉保溫性能即熱阻值、防火性能、有害氣體及甲醛含量等考察。所有建筑材料都在一定程度阻擋熱能的流動,阻擋熱流的能力用熱阻值R來衡量,R(m2·℃/W)越高,阻擋熱就會更有效,節省能源費用就越多,隔熱效果就會越好;計算R熱阻值公式為R=h/k,從公式看出保溫棉熱阻值R(m2·℃/W),與導熱系數k(W/m·℃)成反比、與厚度h(m)成正比。玻璃保溫棉導熱系數,又與玻璃保溫棉密度,纖維直徑、長度有關;密度越高,導熱系數越低;同密度玻璃保溫棉纖維越細、越長,導熱系數也越低,歐文斯·科寧研究檢測資料顯示玻璃纖維直徑每減少約0.25μm,其導熱系數可降低2.3%,也得出玻璃棉導熱系數與玻璃纖維直徑的關系,見圖1。從上述闡述,選擇隔熱性能或導熱系數較低保溫棉,玻璃棉生產廠家首先控制玻璃棉纖維和玻璃棉纖維長度,表1為現行國家標準與國內優質廠家熱阻值數據比較。依據U.Silk優絲保溫棉導熱系數測試值,不同厚度計算出保溫棉得熱阻值,如圖2所示。從圖2可以看出,同一厚度不同容重的保溫棉的熱阻值相差較小,而同一容重不同厚度的保溫棉的熱阻值相差較大。表明厚度對于保溫棉的隔熱能力有更顯著的影響,容重不同帶來的差別較小。因此,在實際工程應用中,采用容重12kg/m3左右的不同厚度保溫棉,既具有良好的保溫隔熱性能,又能把建造成本控制在最優水平。玻璃保溫棉為玻璃高溫熔煉,其玻璃棉本身防火等級按GB8624—2018測試可達到A級不燃,滿足國家對于輕鋼結構建筑防火要求。普通玻璃保溫棉按國家GB/T17795—2008規定,甲醛釋放量不大于1.5mg/L,對于多數工業建筑基本按此標準供貨。隨著人們環保意識的提升,食品、醫療類工業廠房,輕鋼別墅居民房,大型超市工業廠房等項目要求使用環保型保溫棉,各大保溫棉廠家也紛紛推出環保型保溫棉,提升自身產品品質來適應市場的需求,與傳統保溫棉比較,按GB/T13350—2017規定,玻璃棉制品,不應檢出甲醛。各大廠家采用的工藝大同小異,均從無甲醛植物中提取粘結劑,國內多數廠家環保型玻璃棉純白色,歐文斯·科寧顏色采用粉紅色。4)玻璃棉執行標準思考。現行關于玻璃保溫棉及制品有2個標準分別是GB/T13350—2017和GB/B17795—2008,前者是使用范圍廣一些,涉及玻璃棉板、棉氈、棉毯、棉管殼、高溫玻璃棉志平、硬質玻璃棉板、玻璃棉條等,后者是專用建筑類保溫棉,對于輕鋼結構使用多數使用玻璃棉氈,容重也大多在12~32kg/m3范圍,執行GB/T17795—2008,不僅規定導熱系數,也規定熱阻值,并明確了密度不允許有負公差,對于實際保溫棉質量控制更直觀有效。
3貼面性能及選擇
輕鋼結構建筑外層、內層通常用壓型彩板,中間填充層采用保溫棉進行保溫,由于建筑物溫度、濕度的變化,導致室內外空氣壓力不同,裸露保溫棉極易造成水汽滲透,且保溫棉棉氈自身強度低,易斷裂,往往玻璃保溫棉氈與貼面配套使用時,即保溫棉氈外露或面向室內一側,粘附一層貼面,用承托保溫棉和防止水汽滲透,選用不同顏色貼面,也能使建筑物柔和、明亮。貼面一般由正面層(聚丙烯、PVC、鋁箔),中間用加強纖維菱形織網,背面層牛皮紙(木漿牛皮紙,草漿牛皮紙);特殊防潮、防腐、防火等貼面需要中間或背面另加防滲透金屬箔或鍍膜層,用膠鏈劑組成四層或三層復合結構貼面。貼面質量好壞直接影響保溫棉及其制品性能優劣。衡量貼面優劣性能重點從貼面強度、貼面抗老化、貼面防火性能、貼面面密度或厚度4方面衡量。1)貼面強度。包含貼面耐破強度,縱向、橫向抗拉強度,原則上越高越好,貼面與選用面料種類,纖維菱形線密度密切相關,例如U.Silk優絲保溫棉配套US-38貼面,貼面的面層聚丙烯膜大于30μm厚,加強纖維菱形織網縱向20條/100mm,斜向16條/100mm;防水汽滲透鋁箔7μm,阻燃木漿牛皮紙,測試強度縱向7.5kN/m,橫向5.44kN/m,實際演示用1.35×1.35貼面固定4個角,一個體重75~85kg人臥在貼面不會斷裂。整體聚丙烯系列較鋁箔系列強度要高。US-FSK鋁箔貼面,US-VR聚丙烯貼面,US-W38特強聚丙烯貼面,US-3310A級阻燃聚丙烯貼面各項貼面技術參數參考表2。2)貼面耐老化性能包含耐高溫、低溫、耐水浸、耐候性能,主要取決于貼面正面材料,多數項目實踐經驗,聚丙烯耐候性優于PVC塑料膜,鋁箔優于鋁膜;例如US-VR貼面經USAS實驗室,鹽霧檢測1440h之后,在60±3℃下輻照4h(或8h),然后,在黑標溫度50±3℃下無輻照冷凝暴露4h,貼面無明顯變化,相當于自然光照耐候性超過15年或更長,無明顯變化。3)貼面防火性能。測試貼面防火性能指標氧指數,氧指數越高,阻燃能力越強。無論鋁箔貼面還是聚丙稀貼面,要求貼面正面層阻燃,背面層牛皮紙阻燃,所謂雙面阻燃也就整個貼面阻燃,氧指數能達到27,基本做到離火5s熄滅;市場有的貼面背面層牛皮紙采用阻燃紙,正面層鋁膜或聚丙烯膜非阻燃,即所謂單面阻燃;市場有的產品,采用鋁膜+草漿紙,雙面不阻燃,稱之為易燃材料,實際施工在現場進行鋼結構焊接時,濺出火花燃燒保溫棉貼面時常發生,不建議項目使用。US-FSK夾筋鋁箔采用三層復合結構,采用是鋁箔+纖維菱形織網+阻燃木漿牛皮紙組合,鋁箔本身金屬層是不燃,木漿牛皮紙難燃材料,氧指數可達到26。US-VR貼面四層復合結構,阻燃聚丙烯貼面+纖維菱形織網+木漿牛皮紙+防水膜四層組合,氧指數也可達到27,可以做到保溫棉及貼面系統,耐火極限B1級。市場多數采用非阻燃牛皮紙,有較多保溫棉廠家選擇PVC貼面,由于PVC雖然強度高但耐老化性差,逐漸被市場所淘汰。US-W38貼面四層復合結構,即也是用阻燃特強聚丙烯貼面+纖維菱形織網+鋁箔+木漿牛皮紙組合,氧指數也可達到29,基本做到離火3s熄滅,逐漸被市場廣泛應用,可以做到保溫棉及貼面系統,耐火極限B1級。歐文斯·科寧A3320,US-3310貼面特殊防火貼面,氧指數高達31,屬于難燃材料,與保溫棉配合使用,可以做到保溫棉及貼面系統,耐火極限A2級。4)貼面厚度性能。無論加筋鋁箔貼面,還是聚丙烯貼面,厚度取決于貼面層數和每層面料厚度,對于輕鋼結構使用保溫棉達到GB50896—2013《壓型金屬板工程應用技術規范》防止外部水滲透和冷凝水,貼面厚度達到200μm,實際歐文斯·科寧、陶式、優絲選用貼面,鋁箔膜系列厚度大于200μm,聚丙烯系列貼面厚度大于220μm,都可以作為防水隔汽層作用。
4保溫棉及其貼面系統選擇與應用
輕鋼建筑如工業廠房、倉庫、大型超市等,保溫棉基本棉與貼面配套使用,棉與貼面分為生產線上復合和線下復合,由于保溫棉氈是泡貨,運輸體積大很多,玻璃棉生產采用壓縮真空包裝,棉氈卷心貼面出現鄒折不平整,影響美觀,實際施工盡可能用力拉緊貼面,隨著時間推移逐漸有所改善。對于工業建筑,倉庫屋面配置有內襯板或鋼絲網,宜選用鋁箔類貼面。例如歐文斯、FSK貼面、F50貼面、優絲的US-FSK貼面等。對于大跨度倉庫、廠房、超市、體育場館等無內襯板,選用性價比較優的聚丙稀類貼面,例如歐文斯WR8、優絲US-VR等貼面。對于大跨度倉庫、廠房、冷庫及公共建筑,有較強隔熱保溫,控制冷凝結露較高建筑,宜選用特強防潮聚丙烯貼面,如歐文斯、W38、W58,優絲US-W38貼面等。對于有防火要求的特殊建筑,要求保溫棉及配套貼面整體燃燒達到A級不然,宜選用歐文斯、A3320、優絲US-3310貼面等。
作者:高大奎 謝進 單位:美聯鋼結構建筑系統(上海)股份有限公司