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讀懂保溫超薄石材裝飾一體化技術

點擊:473  添加時間:2019-11-15 08:43:00  信息來源:網絡

一、外保溫系統簡介


系統由超薄石材、保溫層、界面層、粘結砂漿、機械連接件組成。根據設計院設計計算,本系統聚氨酯保溫材料的厚度為3.5cm,卡拉麥里金(新疆花崗巖)石材厚度為8mm。長運大廈采用酚醛樹脂保溫材料,目前聚氨酯(酚醛樹脂)復合板材在歐美廣泛應用于住宅和商業建筑墻體,這種復合板材可根據客戶需求制成任意規格,不需框架,能實現構件生產工廠化、標準化、技術系統化,建設速度快,保溫性能好,代表了外墻面裝飾與保溫系統的發展方向,是今后建筑保溫發展的大趨勢。


二、外保溫系統技術做法及改進措施


依據:本系統主要依據為09系列山東省建筑標準設計圖集L09JT22《WQ超薄石材復合保溫板墻體構造及裝飾做法》。


超薄石材復合保溫系統是在工廠將硬泡聚氨酯與超薄石材、界面層復合成裝飾保溫一體化的板材,在工程現場通過粘掛結合、以粘為主的方式將超薄石材復合保溫板固定于建筑外墻,通常采用點框粘結法施工,每塊板涂抹膠粘劑的面積與板面積之比不小于50%。


900mm×600mm及以下規格尺寸時,點框粘法按圖集L09JT22執行。工程現場1200mm×600mm規格板材做法為:


沿板周邊用不銹鋼抹子涂抹配制好的膠粘劑帶(膠寬50mm,厚10mm),然后在板面中間部位均勻布置10個粘結點,每點直徑不小于160mm,膠厚10mm,中心距200mm。


做法如下圖所示:






改進措施:


1、掛件及固定件型式


圖集原做法為如下:






圖集做法采用1mm厚度鍍鋅鋼板套絲連接加固上下兩層復合板,不僅連接螺釘只能單向調節,實際施工難度較大,更重要的是采用這種連接方式存在應力徐變后受力逐層傳遞問題,這樣不僅起不到相應的加固作用,反而自上而下傳遞的力量還會對其他掛件產生額外的荷載負擔,墻體稍微發生位移或震動,就會對安全產生極大隱患;另外,只靠1mm厚度上的幾道套絲進行固定連接,在可行性及安全性等方面也難以給予保證。


變更后的連接件使每一塊復合板成為一個獨立的受力體,各板塊相互之間沒有剛性連接,安裝方便,安全性高。連接件采用≧3㎜厚鋁型件。










2、掛件與超薄板連接方式


圖集原做法為如下:






現做法改為:一塊板至少由3套挑件及3套掛件共6套連接件獨立連接,單獨受力。






3、錨固件拉拔試驗


圖集規定如下:錨栓的有效錨固深度在混凝土墻中不小于25mm,在砌體墻中不小于50mm。單個錨栓抗拉承載力標準值在C25混凝土墻體上不小于0.8 KN,在砌體墻上不小于0.3 KN,且應進行拉拔力現場試驗。改進后的錨栓埋進深度65㎜。


根據圖集要求,委托有關工程檢測部門進行現場拉拔檢測,實驗數據如下:


表1 錨固件在加氣混凝土砌塊墻中的拉拔值






表2 錨固件在混凝土墻中的拉拔值






以上數據表明,錨栓的拉力是合格的。結合試驗數據,現場施工選用該種錨固件應保證進墻深度不小于65mm(加長錨栓)。


4、超高措施


圖集設計說明中規定“該圖集最大使用高度不超過40m。超高使用時,應采取有效措施確保系統安全可靠”。


高度超過36m以上時,1200*600板型錨固件不少于8組,900*600板型錨固件不少于6組,其他板型應適當增加。板的粘貼方法改為條粘粘貼法。窗口處石材采用錨固栓連接固定及粘貼。


5、超大規格石材


圖集規定“石材的主規格為900mm×600mm,厚度為5mm-8mm”,對于次要規格的超大石材,橫向寬度每增加300-400mm即加設一套挑件,另外,背部粘結砂漿不小于規定的50%粘結面積。改進后要求增加兩套掛件。


6、加氣混凝土砌塊


盡管試驗確定錨固件在加氣混凝土墻中的拉拔值是合格的,但鑒于加氣塊的質地酥松、密度小、強度低、抗沖擊能力弱等特點,為更好保證系統的安全性,在加氣塊墻體安裝的四個連接件中至少要有兩個采取鍍鋅M6×220mm穿墻栓加固措施,安裝時以復合板為基準按上下對角線位置施工。


做法如下圖所示:






三、系統性能優勢


1、穩定性能


聚氨酯系有機高分子材料,化學性能穩定,耐腐蝕能力極強,在酸雨、CO2的作用下不會發生變化。改性聚氨酯抗老化強度的溫度范圍大,使用溫度為-50——150℃,在低溫情況下不脆裂、在高溫情況下不流淌,可正常使用,短期使用溫度可達250℃無任何損壞,是使用溫度范圍最廣的保溫材料,可應用于包括嚴寒和高溫地區的所有地區,并且不會發生霉變、寄養寄生蟲。聚氨酯硬泡體在正負70℃溫度變化下,空氣潮濕度45-75%環境下尺寸變化率<1%,其原因為氣泡內的CFCs氣體在這種環境下,體積不發生變化,網絡骨架(氣泡壁)很薄是由硬泡基料異氰酸酯固化構成,變形可忽略不計。


酚醛泡沫素有“保溫材料之王”的美稱,屬高分子有機硬質鋁箔泡沫產品,是由熱固性酚醛樹脂發泡而成。它可以現場澆注發泡、可模制、也可機械加工,可制成板材、管殼及各種異型產品。它具有輕質、防火、遇明火不燃燒、無煙、無毒、無滴落,使用溫度圍廣(-196~+200℃),低溫環境下不收縮、不脆化的特點。由于酚醛泡沫閉孔率高,則導熱系數低(可低于0.030w/mk),隔熱性能好,并具有一定的抗水性和水蒸氣滲透性,是較好的保溫節能材料,更是暖通制冷工程理想的絕熱材料。由于酚醛具有苯環結構,所以尺寸穩定,變化率<1%。且化學成分穩定,防腐抗老化,特別是能耐有機溶液、強酸、弱堿腐蝕。目前以改性酚醛樹酯(PF)為代表的新一代A級防火保溫材料正深刻而迅速影響著今后保溫行業的發展方向,是國際上公認的建筑行列中最有發展前途的一種新型保溫材料。在我國公安部2011年3月14日,公安部下發“公消【2011】65號”文件《中華人民共和國公安部關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監督管理有關要求的通知》,通知明確要求將民用建筑外保溫材料納入建設工程消防設計審核、消防驗收和備案抽查范圍,且在新標準發布前,民用建筑外保溫材料應采用燃燒性能為A級的材料。因此,酚醛樹脂保溫材料是首選材料之一。


分析瓷磚薄抹灰外保溫系統掉磚現象的直接原因似乎是由于面磚和砂漿的重力剪切引起的,但是,即使保溫板保護砂漿、面磚粘結砂漿加上面磚的重量達到100Kg/m2,其剪切力也小于1KN/m2,相比于EPS及EPS與聚合物砂漿之間的抗剪強度(一般大于拉拔強度。根據DBJ14-035-2007-5.0.6之規定 “設計為面磚飾面時,涂膠粘結面積不得小于聚苯板面積的50%”,以及4.2.1-1“垂直于板面方向的抗拉強度≥0.1MPa”,即EPS與聚合物砂漿之間的抗剪強度抗剪強度至少大于 0.1MPa×50%=0.05MPa=50 KN/m2)還是非常小的。因此,重力不是掉瓷磚的根本原因。


以我國北方很多地區為例,按照節能65%的標準施工的薄抹灰外保溫工程,即使在秋天,保溫板的外表面也能達到65℃以上,而當期凌晨的最低溫度可能低至10℃,日溫差能達到50℃以上;如果在中午下一場暴雨,則可能在10分鐘以內降低到20℃以下,即10分鐘內的溫差能達到40℃以上。實測表明,保溫板外表面、保護砂漿、面磚粘結砂漿及面磚的升降溫基本上是同步的,即面磚與其粘結砂漿的溫度變形量相差10倍,因此,在遇到大的溫差時,二者的變形量之差也是很大的,這是掉磚的直接原因之一。


另外,對于外保溫貼磚工程,從發現的掉磚現象來看,破壞部位集中在:①面磚粘結劑與面磚的粘結界面;②面磚粘結劑與底層抹灰砂漿的粘結界面;③面磚粘結劑內部破壞;④底層抹灰砂漿破壞。其中尤以前兩者為多。


由溫差變化導致的熱脹冷縮即熱應力,會引起非結構構造的體積變化,從而使之始終處于一種不穩定狀態,因此,熱應力是高層建筑外墻外保溫層主要破壞力量之一。相對于多層或平房建筑,高層建筑由于外層接受陽光照射更強,熱應力更大,變形也更大。而在本保溫裝飾一體化系統中,改性聚氨酯(酚醛樹脂)直接發泡于飾面基材,與飾面基材是反應性粘接,粘接牢固,并不需要中間粘結材料,這樣就減少了掉磚的中間環節。盡管PU(PF)保溫層與花崗石飾面層兩層材料的導熱系數相差四、五十倍,但由于PU(PF)本身具有優良的穩定性能,在大范圍氣溫溫度變化下材質基本不發生變化,而花崗石石材質地堅韌密實、強度高、比重大,在氣溫條件下的尺寸變化也可忽略不計,因此由于溫度變化以及受晝夜和季節室外氣溫的影響,導致面層發生形變的量差也微乎其微,其過程并不遵循薄抹灰系統防裂技術要求的“逐層漸變釋放應力”原理。


酚醛泡沫具有極低的導熱系數(0.020-0.030W/M.K),熱工性能優越。酚醛泡沫材料由無數“封閉式發泡”,組成對于溫度所形成的熱對流現象有良好的阻隔,使建筑耗能降低,從而使建筑的絕熱保溫性能得到大幅度提高,節省建筑物空調系統的耗電量,也為建筑墻體厚度的減少擴大建筑可利用空間創造了條件。更重要的是它的使用可為減緩能源緊張、節約資源利用開辟了新的途徑。


2、粘結密封性能


聚氨酯液體物料具有流動性、滲透性,本身就是一種很好的粘結劑,它在結構中含有極性基團-NCO-對各種材料的粘結力極強,可進入到粘接面層空隙中發泡,與基層牢固的粘合并起到密封空隙的作用,其粘結強度超過聚氨酯硬泡體本身的撕裂強度,從而使硬泡層與粘結層面成為一體,不易發生脫層。如下表:






根據上表顯示:聚氨酯直接發泡于基面上不需任何處理劑,只要基面含水率<10%,就能有效粘結,實現無縫無空腔整體密封。


保溫裝飾一體化板的合成是聚氨酯液體在模具中經高壓發泡而成,保溫層與裝飾層是機械100%無空腔連接,其粘合質量由表觀可直接檢測出來,可確保飾面層不會因空鼓原因導致石材脫落。


酚醛樹脂抗剝離強度高,采用粘錨結合的固定模式,為高層建筑的外立面裝飾提供安全保障。


3、防水性能


(1)吸水率:PU泡沫吸水率低,抗水蒸汽滲透性好,泡沫孔為閉孔呈獨立狀態,互不連通,閉孔率>95%,自結皮閉孔100%,是結構致密的微孔泡沫塑料,與空氣接觸的表面更加致密,不易透水,屬于憎水材料。吸水率大小與密度有關,密度越大吸水率越小,保溫層完全可以阻止室內水蒸氣向外遷移、室外濕氣向內遷移。據試驗:60mm(密度35kg/m3)的聚氨酯板材經28天水中淹沒測試,其對水的吸收率為0.013v/v,聚氨酯硬泡的導熱系數僅增加0.0009w/m.k,基本不變。


(2)PU泡沫本身吸水率極小,再經水壓工作條件下,可承受1000水柱24h滲透,深度<5mm,PU既可作保溫層,又可起到防水作用。


反復凍融循環,造成面磚粘結層破壞是引起外保溫系統面磚脫落的又一原因。因為外墻磚通常用水泥基膠粘劑貼在墻面上,只有外墻磚的背面與水泥介質要有較好的親和性,才便于二者牢固結合,所以具有一定吸水率的外墻磚在施工單位比較受歡迎。檢查一下有瓷磚剝落現象的外保溫體系,會發現瓷磚外飾面總是處于飽水狀態。聚氨酯材料具有的優良防水、隔汽性能,材料不含水、吸水率極低,能很好的阻斷水和水蒸氣的滲透,使墻體保持一個良好、穩定的絕熱狀況,是目前其他保溫材料很難實現的,而花崗石飾面的吸水率通常小于0.5%,因此由于凍融或雨水侵蝕問題引起的面磚脫落在本系統中是不容易發生的。


酚醛泡沫獨特的多孔結構和一定比例的開孔結構,使產品具有良好的自呼吸功能。墻體在各種氣候條件下能夠保持水氣平衡,防止墻體積水發霉變黑等現象。


4、防火性能


盡管硬泡聚氨酯保溫層處于外墻外側,防火處理仍不容忽視。與聚苯乙烯板材的化學穩定性較差不同,雖然聚苯板具有一定的阻燃性,但溫度80℃以上時嚴重收縮變形,遇火便流淌滴落。聚氨酯在添加阻燃劑后具有優異的阻燃性能,遇火時在表面生成炭化結焦層,有效防止火勢蔓延,燃燒等級達到B2級,經進一步處理后還可達到B1級。外保溫著火幾乎全部都是在施工過程中,聚氨酯本身離火自熄,且該板兩面為無機材料,施工過程中可有效避免火災?!?/p>


酚醛樹脂不燃A級,氧指數高達42%(一般26%)。在高溫下不熔滴、不軟化、表面碳化。酚醛特有的分子結構決定了不需添加任何阻燃劑就能達到最優的防火等級,尤其是火災時煙霧少,耐火焰穿透,可用于耐火等級3~4級的建筑。


5、抗變形性能


聚氨酯(酚醛樹脂)有較好的彈性模量,是一種柔性變形量較大的材料,它抵抗外界變形能力強,在外力和溫度變形、干濕變形等作用下,不易發生裂縫,能有效保證體系的穩定性、耐久性。當所附著的主體結構產生正常變形,諸如發生收縮、徐變、膨脹等情況時,硬泡聚氨酯外保溫體系符合逐層柔性漸變,逐層釋放應力的原則,因而不會產生裂縫或者脫落。


6、抗震性能


地震荷載的大小與建筑物總重量成正比關系。降低建筑物的重量,就能降低地震荷載。墻體材料的重量在建筑物的總重量中占有很大的比重,采用超薄花崗石墻體材料做墻面裝飾比厚板干掛、濕貼技術減少基體荷載 70% 以上。以魯灰為例:20mm 厚普通板為62kg /㎡,6mm 厚的超薄板僅為18kg /㎡以下。


7、耐久性


聚氨酯硬泡的使用壽命問題,在硬泡工業化初期剛開始用作保溫絕熱材料時,尤其受到關注。經過幾十年的實踐證明,硬泡的耐老化性是經得住時間考驗的。冰箱、冰柜等冷凍冷藏設備上所用的硬泡,正常運行下自始至終都能滿足保溫隔熱的需要。在保溫領域,幾十年來也積累了寶貴的科學數據。為了預測硬泡的壽命,Potts·C·G等人進行了研究,通過對幾種類型聚氨酯硬質泡沫塑料的研究,發現泡沫塑料使用壽命的對數和溫度的倒數大致呈直線關系,利用實驗結果并外推之,硬泡在130℃下可使用30年左右。在歐洲,聚氨酯硬泡保溫無論是噴涂施工還是保溫板材的施工,都已經有30多年的時間,而且發展較快,無論是居民還是政府都已經接受了聚氨酯保溫材料(國家聚氨酯應用推廣小組“赴歐洲考察報告”)。


至于在使用壽命期限內聚氨酯硬泡的導熱系數會增加到何種程度,Ball·G·W研究后認為,室溫下25年以后,HCFC-141b發泡的硬泡導熱系數增加值小于6.7×10-3W/(m·K),可見在使用壽命25年范圍內聚氨酯硬泡自始至終能保持良好的保溫性能(陳全良、黃振利“聚氨酯硬泡噴涂外墻外保溫系統研究”)。


酚醛樹脂耐候性及化學穩定性好可抵抗大多數化學溶劑,對于酸性和堿性有良好的抵抗性;酚醛泡沫使用溫度范圍-250℃-+180℃,尺寸安定型好,抗老化佳,使用壽命長。

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