岩棉保温材料在建筑火灾中的应用

岩棉保温材料在建筑火灾中的应用

0国内外岩棉和其它材料的保温性能目前，中国大多数城市民用建筑墙体的建筑材料都采用了丙烯醇泡沫塑料（ep）和压缩聚苯乙烯泡沫熟料（xps），一些公共建筑还采用了聚苯乙烯泡沫塑料（pm）。这些有机类保温材料具有成本低廉、导热系数小、隔热性能好的优点,并具有施工方便、力学性能好、抗老化等特征,已形成了成熟的施工技术。这些材料及其配套的施工技术和较完善的标准、规范体系,为我国的建筑节能50%做出了巨大的贡献,是我国建筑节能的重大科技成果。然而,由于各种防火措施和管理措施没有落实到位,随着聚苯乙烯泡沫(PS)和聚氨酯泡沫(PU)墙体保温材料开始被广泛应用于公共与民用建筑以来,火灾事故接连不断。火灾惨剧逐年上升,造成生命财产巨大损失,并引起了一定的社会恐慌和环境污染。岩棉是一种优质高效的保温材料,它具有良好的保温隔热、隔声及吸声性能,与传统的保温材料相比,具有密度小、导热系数低、不燃烧、防火无毒、适用范围广、化学性能稳定、使用周期长等突出优点,是国内外公认的理想保温材料。在国外,尤其是欧洲的建筑市场中大量使用了岩棉制品,北欧人均消耗量在20kg以上,美国人均消耗量为5~10kg。由于防火问题,在美国岩矿棉占70%,在德国超过22m高的建筑外保温几乎全部采用岩棉保温材料。但在我国,岩棉作为建筑保温材料的使用率还较低,主要应用于能源、石油化工、船舶工业和建筑轻板的绝热、防火、隔声等方面,而在民用建筑中应用得很少。特别是外墙外保温的应用国内仍是空白。分析和总结岩棉的应用优势、不足及其存在问题,将有利于其更好的应用和发展。1岩棉建筑材料的性能特点与当前国内市场上广泛应用的有机保温材料(如聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料等)相比,岩棉的性能优势主要有以下几个方面。1.1岩棉制品阻燃整理目前市场上的有机保温材料(PS、PU),防火等级较低。例如,聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)燃点是346℃,自燃点是490℃。外部热源穿过3~5mm厚的聚合物抹面砂浆或者钛锌合金板达到490℃,只需几分钟就能引发泡沫塑料自燃。EPS能连锁燃烧,阻燃级泡沫塑料燃烧后很快融熔,熔滴温度远高于490℃,熔滴滴到之处,又引起泡沫塑料自燃,形成连锁燃烧。这种连锁燃烧是泡沫塑料最为可怕之处。岩棉是目前外墙外保温材料中能够达到A级标准的最佳材料。岩棉中的所有金属氧化物都为稳定氧化物,在火灾过程中没有氧化还原反应发生,因此为理想的不燃材料。岩棉制造过程中加入的有机粘结剂等外加剂,是影响岩棉制品燃烧性能的主要因素。控制有机物的添加量,岩棉制品的防火性能完全能够达到B1级甚至A级标准。岩棉具有良好的高温稳定性,在300℃以下服役,体积和强度性能长期保持稳定不变。短时高温作用于岩棉板表面,其整体体积和形状不发生变化。1.2有机外墙保温有机保温材料易老化,使用寿命较短,实际寿命仅为15~20年,对于设计寿命为50~70年的普通建筑物来说,若使用有机保温材料做外墙保温,将意味着同一建筑物需做数次外墙保温,这将是一个巨大的工程,所花的费用也无可估量。岩棉成分属于CaO-Al2O3-SiO2体系,化学成分稳定,可以显著提高外墙保温体系的使用寿命,达到与建筑结构设计寿命同步。1.3成火灾、火灾有机保温材料在制造过程中,有可能发生化学泄漏而造成中毒、火灾、爆炸等危害。岩棉以玄武岩等天然岩石或高炉矿渣为主要原料,是无毒、无污染的无机材料,其原料、生产及施工应用过程都不会对环境造成不良影响。2岩棉在岩棉中的应用我国现有的岩棉尚不能用于外墙保温,与国外标准要求相距甚远。表1是我国现行岩棉制品的标准GB/T19686—2005《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》与欧洲外墙用岩棉保温板要求EN13500的技术指标对比。从表1可以看出,欧洲岩棉制品标准对酸度系数、质量吸湿率、抗拉强度、短期吸水量等性能的要求优于国内现有制品标准。我国岩棉绝大部分是用于蒸汽管道和炉墙的保温,其质量与大规模用于墙体保温的要求还相差甚远,主要表现在酸度系数偏低,由于玻璃体内硅氧四面体和铝氧四面体结构骨架内能偏高,导致抗湿热性能、弹性、抗拉强度和热稳定性等偏低。国产岩棉的硅氧-铝氧骨干结构不合理,并且在成型过程中设备自动控制程度不高,导致板材中纤维的三维分布状况不理想,使得板材的抗压、抗拉、抗剪强度偏低,弹性不好。因此,只有在炉料配比、炉况调整、熔体温度控制、熔体冷却过程控制、甩丝过程与工艺控制、集棉、定型过程控制等多环节进行综合攻关,才能解决岩棉大规模用于高等级防火外墙外保温的关键技术难题。3应采取的措施3.1改变酸度系数目前我国几乎所有企业生产的岩棉的酸度系数都在1.6以下。而国外用于外墙外保温的岩棉酸度系数一般在1.8以上。改变酸度系数能控制岩棉的生成物相,减少C2S物相的存在,避免其发生水化反应,能够有效地改善其耐水性能。同时,高酸度系数意味着碱含量小,纤维中硅氧键断裂减少,强度提高。另外,碱金属离子还易于吸附空气中的水分,使微裂纹扩展,降低碱含量可以降低该因素对强度的不利影响。3.2酸度系数对岩棉成纤率的影响若要提高酸度系数,就必须提高熔体中SiO2和Al2O3的含量,使CaO和MgO含量相应地有所降低,在铁含量较低的情况下,势必使熔体的黏度增大,以致难以保证岩棉纤维的品质。含氧化铁较低的熔体,当其酸度系数为1.2左右时,在最佳成纤温度下具有宽而稳定的黏度范围,该情况下即使流股温度波动100℃,其纤维质量和成纤率所受影响也不大。但是,随着酸度系数逐步提高,熔体稳定性变差,对温度变化的敏感性也随之提高,只要温度略有波动,其黏度将发生较大幅度的变化,甚至无法成纤,这就是酸度系数变化对岩棉工艺造成难度的原因。改变配方后,提高熔制温度,需要分析温度提高后成纤效果和物相变化,以此摸索出适宜的熔制温度和温度控制方法。3.3喷胶系统的确定粘接剂与固化条件密切相关,使用粘接剂的目的是将纤维形成空间立体的交织点,并通过固化工艺将这种结构固定。由于材料的开裂总是在最薄弱之处开始,固化剂的均匀性对强度影响很大,因此如何在高速成纤的情况下将粘接剂喷涂均匀则需要对喷胶系统进行不断的调整。增加粘接剂用量可增加纤维间的粘接强度,但粘接剂为有机材料,过量的粘接剂将使材料的燃烧性能达不到A级要求,因此必须进一步研究粘接剂种类及加入量。3.4拉伸强度的变化岩棉保温材料棉片打褶的目的是使棉片曲面叠加,以提高垂直于板面的拉伸强度。从目前强度破坏状态看,打褶的深度应进一步提高,需要研究摆动铺毡技术,优化摆动机构,保证形成连续的迭棉带,包括摆动铺毡工艺参数的确定、迭棉带成形工艺等。3.5岩棉材料在外墙外保温工程中的应用开展保温系统构造形式、界面连接方式及配套材料的研究,通过改变保温材料与墙体、保温材料与保护层的连接方式,提高相互之间的连接能力,解决外墙保温抗风压差、易脱落的问题,建立施工技术规程,实现岩棉材料在外墙外保温工程中的应用。4建全岩棉产品配方岩棉无论是从性价比,还是从产业基础来说,都是优质的A级