摘要:介绍轻钢工业建筑使用玻璃保温棉国内生产产能,品质状况及市场定位;阐述玻璃保温棉玻璃棉保温性能优劣重点从保温棉热阻值、防火性能、有害气体及甲醛含量等性能评价,及实际项目保温棉执行标准思考;比较保温棉配套使用各类贴面结构形式,强度指标、耐老化指标、防火性能指标等技术参数;总结轻钢钢结构不同类型建筑物,保温棉及其配套贴面选择与应用。
关键词:保温棉性能;贴面性能
1目前国内保温棉生产与现状
钢结构用玻璃棉采用离心法技术,将玻璃熔融后进行纤维化,通过添加粘结剂固化加工而成玻璃卷毡产品,是轻钢结构建筑保温隔热,吸声降噪的最佳材料。与配套贴面共同使用,广泛用于轻钢结构建筑,形成隔热,吸音产品保温节能体系。目前我国专业制造玻璃纤维保温棉生产线遍布全国各地,玻璃棉产品广泛用于轻钢结构建筑,据不完全统计全国有70~80条生产线,其中素有玻璃棉之乡的河北大城县约有35~40条线,以生产12~16kg/m3玻璃棉平均每条线每天产能约55t/d,每天产量3850~4400t/d,容重按16kg,100mm厚计算每天生产棉毡约240.6~250万m2。玻璃纤维保温棉生产厂家众多,品牌繁多,产能巨大,生产玻璃棉品质参差不齐。以欧文斯.科宁为代表外资品牌,在原料、配套贴面选择,工艺控制,包装保护方面,追求高品质,玻璃棉品质为市场标杆企业,欧文斯.科宁就有4条生产线分别分布广州、上海、西安、天津。随着对玻璃棉产品认知度提高,国产玻璃棉从制造工艺、产品质量控制、配套贴面选用、包装等精益求精,国产优质玻璃纤维棉品牌,例如U.Silk优丝、DOW陶式、华利等品牌玻璃棉涌现,弥补以外资为主的高端玻璃棉市场,达到国际先进水平。
2玻璃保温棉使用性能与选择
衡量玻璃保温棉优劣,重点从玻璃棉保温性能即热阻值、防火性能、有害气体及甲醛含量等考察。所有建筑材料都在一定程度阻挡热能的流动,阻挡热流的能力用热阻值R来衡量,R(m2·℃/W)越高,阻挡热就会更有效,节省能源费用就越多,隔热效果就会越好;计算R热阻值公式为R=h/k,从公式看出保温棉热阻值R(m2·℃/W),与导热系数k(W/m·℃)成反比、与厚度h(m)成正比。玻璃保温棉导热系数,又与玻璃保温棉密度,纤维直径、长度有关;密度越高,导热系数越低;同密度玻璃保温棉纤维越细、越长,导热系数也越低,欧文斯·科宁研究检测资料显示玻璃纤维直径每减少约0.25μm,其导热系数可降低2.3%,也得出玻璃棉导热系数与玻璃纤维直径的关系,见图1。从上述阐述,选择隔热性能或导热系数较低保温棉,玻璃棉生产厂家首先控制玻璃棉纤维和玻璃棉纤维长度,表1为现行国家标准与国内优质厂家热阻值数据比较。依据U.Silk优丝保温棉导热系数测试值,不同厚度计算出保温棉得热阻值,如图2所示。从图2可以看出,同一厚度不同容重的保温棉的热阻值相差较小,而同一容重不同厚度的保温棉的热阻值相差较大。表明厚度对于保温棉的隔热能力有更显著的影响,容重不同带来的差别较小。因此,在实际工程应用中,采用容重12kg/m3左右的不同厚度保温棉,既具有良好的保温隔热性能,又能把建造成本控制在最优水平。玻璃保温棉为玻璃高温熔炼,其玻璃棉本身防火等级按GB8624—2018测试可达到A级不燃,满足国家对于轻钢结构建筑防火要求。普通玻璃保温棉按国家GB/T17795—2008规定,甲醛释放量不大于1.5mg/L,对于多数工业建筑基本按此标准供货。随着人们环保意识的提升,食品、医疗类工业厂房,轻钢别墅居民房,大型超市工业厂房等项目要求使用环保型保温棉,各大保温棉厂家也纷纷推出环保型保温棉,提升自身产品品质来适应市场的需求,与传统保温棉比较,按GB/T13350—2017规定,玻璃棉制品,不应检出甲醛。各大厂家采用的工艺大同小异,均从无甲醛植物中提取粘结剂,国内多数厂家环保型玻璃棉纯白色,欧文斯·科宁颜色采用粉红色。4)玻璃棉执行标准思考。现行关于玻璃保温棉及制品有2个标准分别是GB/T13350—2017和GB/B17795—2008,前者是使用范围广一些,涉及玻璃棉板、棉毡、棉毯、棉管壳、高温玻璃棉志平、硬质玻璃棉板、玻璃棉条等,后者是专用建筑类保温棉,对于轻钢结构使用多数使用玻璃棉毡,容重也大多在12~32kg/m3范围,执行GB/T17795—2008,不仅规定导热系数,也规定热阻值,并明确了密度不允许有负公差,对于实际保温棉质量控制更直观有效。
3贴面性能及选择
轻钢结构建筑外层、内层通常用压型彩板,中间填充层采用保温棉进行保温,由于建筑物温度、湿度的变化,导致室内外空气压力不同,裸露保温棉极易造成水汽渗透,且保温棉棉毡自身强度低,易断裂,往往玻璃保温棉毡与贴面配套使用时,即保温棉毡外露或面向室内一侧,粘附一层贴面,用承托保温棉和防止水汽渗透,选用不同颜色贴面,也能使建筑物柔和、明亮。贴面一般由正面层(聚丙烯、PVC、铝箔),中间用加强纤维菱形织网,背面层牛皮纸(木浆牛皮纸,草浆牛皮纸);特殊防潮、防腐、防火等贴面需要中间或背面另加防渗透金属箔或镀膜层,用胶链剂组成四层或三层复合结构贴面。贴面质量好坏直接影响保温棉及其制品性能优劣。衡量贴面优劣性能重点从贴面强度、贴面抗老化、贴面防火性能、贴面面密度或厚度4方面衡量。1)贴面强度。包含贴面耐破强度,纵向、横向抗拉强度,原则上越高越好,贴面与选用面料种类,纤维菱形线密度密切相关,例如U.Silk优丝保温棉配套US-38贴面,贴面的面层聚丙烯膜大于30μm厚,加强纤维菱形织网纵向20条/100mm,斜向16条/100mm;防水汽渗透铝箔7μm,阻燃木浆牛皮纸,测试强度纵向7.5kN/m,横向5.44kN/m,实际演示用1.35×1.35贴面固定4个角,一个体重75~85kg人卧在贴面不会断裂。整体聚丙烯系列较铝箔系列强度要高。US-FSK铝箔贴面,US-VR聚丙烯贴面,US-W38特强聚丙烯贴面,US-3310A级阻燃聚丙烯贴面各项贴面技术参数参考表2。2)贴面耐老化性能包含耐高温、低温、耐水浸、耐候性能,主要取决于贴面正面材料,多数项目实践经验,聚丙烯耐候性优于PVC塑料膜,铝箔优于铝膜;例如US-VR贴面经USAS实验室,盐雾检测1440h之后,在60±3℃下辐照4h(或8h),然后,在黑标温度50±3℃下无辐照冷凝暴露4h,贴面无明显变化,相当于自然光照耐候性超过15年或更长,无明显变化。3)贴面防火性能。测试贴面防火性能指标氧指数,氧指数越高,阻燃能力越强。无论铝箔贴面还是聚丙稀贴面,要求贴面正面层阻燃,背面层牛皮纸阻燃,所谓双面阻燃也就整个贴面阻燃,氧指数能达到27,基本做到离火5s熄灭;市场有的贴面背面层牛皮纸采用阻燃纸,正面层铝膜或聚丙烯膜非阻燃,即所谓单面阻燃;市场有的产品,采用铝膜+草浆纸,双面不阻燃,称之为易燃材料,实际施工在现场进行钢结构焊接时,溅出火花燃烧保温棉贴面时常发生,不建议项目使用。US-FSK夹筋铝箔采用三层复合结构,采用是铝箔+纤维菱形织网+阻燃木浆牛皮纸组合,铝箔本身金属层是不燃,木浆牛皮纸难燃材料,氧指数可达到26。US-VR贴面四层复合结构,阻燃聚丙烯贴面+纤维菱形织网+木浆牛皮纸+防水膜四层组合,氧指数也可达到27,可以做到保温棉及贴面系统,耐火极限B1级。市场多数采用非阻燃牛皮纸,有较多保温棉厂家选择PVC贴面,由于PVC虽然强度高但耐老化性差,逐渐被市场所淘汰。US-W38贴面四层复合结构,即也是用阻燃特强聚丙烯贴面+纤维菱形织网+铝箔+木浆牛皮纸组合,氧指数也可达到29,基本做到离火3s熄灭,逐渐被市场广泛应用,可以做到保温棉及贴面系统,耐火极限B1级。欧文斯·科宁A3320,US-3310贴面特殊防火贴面,氧指数高达31,属于难燃材料,与保温棉配合使用,可以做到保温棉及贴面系统,耐火极限A2级。4)贴面厚度性能。无论加筋铝箔贴面,还是聚丙烯贴面,厚度取决于贴面层数和每层面料厚度,对于轻钢结构使用保温棉达到GB50896—2013《压型金属板工程应用技术规范》防止外部水渗透和冷凝水,贴面厚度达到200μm,实际欧文斯·科宁、陶式、优丝选用贴面,铝箔膜系列厚度大于200μm,聚丙烯系列贴面厚度大于220μm,都可以作为防水隔汽层作用。
4保温棉及其贴面系统选择与应用
轻钢建筑如工业厂房、仓库、大型超市等,保温棉基本棉与贴面配套使用,棉与贴面分为生产线上复合和线下复合,由于保温棉毡是泡货,运输体积大很多,玻璃棉生产采用压缩真空包装,棉毡卷心贴面出现邹折不平整,影响美观,实际施工尽可能用力拉紧贴面,随着时间推移逐渐有所改善。对于工业建筑,仓库屋面配置有内衬板或钢丝网,宜选用铝箔类贴面。例如欧文斯、FSK贴面、F50贴面、优丝的US-FSK贴面等。对于大跨度仓库、厂房、超市、体育场馆等无内衬板,选用性价比较优的聚丙稀类贴面,例如欧文斯WR8、优丝US-VR等贴面。对于大跨度仓库、厂房、冷库及公共建筑,有较强隔热保温,控制冷凝结露较高建筑,宜选用特强防潮聚丙烯贴面,如欧文斯、W38、W58,优丝US-W38贴面等。对于有防火要求的特殊建筑,要求保温棉及配套贴面整体燃烧达到A级不然,宜选用欧文斯、A3320、优丝US-3310贴面等。
作者:高大奎 谢进 单位:美联钢结构建筑系统(上海)股份有限公司