GBF防火保溫板在外墻外保溫系統中的應用

眾所周知，我國近幾年來，接連發生了多起與建筑外墻外保溫材料有關的火災事故，從而將建筑外墻外保溫材料推到了風口浪尖。2011年12月30日，國務院下了國發[2011]46號《國務院關于加強和改進消防工作的意見》的文件，各省市自治區也紛紛出臺了貫徹國務院文件的意見。公安部消防局于2012年又宣布不再執行65號文件，同時公安部于2012年7月17日又頒發了第119號令《公安部關于修改<建設工程消防監督管理規定>的決定》；2013年4月9日公安部下發了《公安部關于印發關于建立建設工程消防質量終身負責制的指導意見的通知》（公消[2013]94號文件）。2013年10月1日起開始實施國家標準《建筑外墻外保溫系統的防火性能試驗方法》。由于我國涉及外墻外保溫的有關新標準至今尚未出臺，目前，大多數省份仍然在執行2009年9月25日公安部與住房和城鄉建設部聯合下發的《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》（公通字【2009】46號文件），雖然該文件在我國首次提出了在外保溫系統中設置防火隔離帶的要求，但是該文件是在“2.9”央視新址北配樓發生火災事故后下發的，其暫行規定尚有許多不完善之處，因此，目前各地在建筑保溫中執行標準不一、爭論不休，莫衷一是。顯然，提高外墻外保溫系統的防火安全性迫在眉睫，并基本形成了兩種技術路線。第一種是“構造防火”的技術路線，認為，目前提高保溫材料的防火性能，技術上和經濟上不符合中國的國情，提倡采用防火隔離帶、防火分倉、防火面層等構造措施來提高外墻外保溫系統的防火安全性；第二種“材料防火”的技術路線，認為，外墻外保溫火災的根源在于易燃保溫材料，提倡開發難燃或不燃的高效保溫材料來逐步替代易燃保溫材料，從而從根本上解決建筑的火災隱患。綜合上述兩種技術路線，比較統一的認識為：“解決外保溫的防火問題，可以從提高保溫材料的燃燒性能等級和增加外保溫系統的防火構造措施兩方面入手?！薄?】中國的建筑節能發展有著自己顯著的國情：我國建筑節能建筑規模大，幾乎占了全世界50%的規模；城市高層建筑多，人口密集；外墻外保溫現場施工和監理普遍不夠規范，質次價低的保溫材料充斥市場；全國南北地區氣候差異大，采暖地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區有著不同的地理環境和氣候特點；綠色建筑理念落后，盡量減少一次性的建筑投資成本，較少顧及建筑全壽命期成本的下降；我國建筑節能標準不成體系，規范編制和修訂較慢，建筑節能立法滯后等等。我國建筑節能的出路究竟在哪里？如何開展我國建筑節能的自主創新？本文從研發既節能又防火的新型保溫材料出發，重點介紹玄武巖纖維防火保溫板及其應用于建筑外墻外保溫的薄抹灰砂漿系統和保溫裝飾一體化系統的研發情況和試驗研究。1、GBF板的結構及性能GBF板由浙江石金玄武巖纖維有限公司研究開發。公司曾先后承擔了國家“玄武巖連續纖維及其復合材料”863計劃及其他8項國家級科研項目和產業化項目。GBF板的研發起始于“2.9”央視新址北配樓火災事故發生后的2009年?！靶鋷r纖維防火保溫板”簡稱GBF板，GBF是英文Green Basalt Fiber的縮寫，G代表Green，綠色，BF是Basalt Fiber，玄武巖纖維的縮寫。

1.1、GBF板外墻外保溫的兩大應用系統

GBF板在外墻外保溫中可分別采用薄抹灰砂漿及裝飾一體化兩大應用系統，且各有特點。

1.2.1 GBF板的分類及結構

GBF板分為兩類板：一類是實心板；另一類是夾芯板。

               圖1  GBF實心板                                   圖2  GBF夾芯板  

1.2.1.1 GBF實心板                                 

實心板是由連續玄武巖纖維短切、梳棉、針刺形成三維交錯結構的玄武巖纖維氈，并摻入少量粘結劑經高溫高壓制成。

GBF實心板所用的GBF連續玄武巖纖維是以100%的玄武巖為唯一原料，采用我國獨創的零碳排放的全電熔清潔生產技術，經高溫熔融連續拉制而成的無機纖維，生產每公斤GBF連續玄武巖纖維的電耗僅為3.5度，是所有新型高技術纖維中能耗Z低的。鉬電極被“埋入”導熱系數很低的且不宜散熱熔體中。生產工藝簡潔，生產環境無噪音、無廢氣、環保。因此，無論從生產工藝路線，還是從纖維的形態及性能看，它均完全不同于巖棉，不僅生產清潔、零碳排放，沒有渣球含量，而且酸度系數（(SiO2 + Al2O3)/(CaO + MgO)的比值）高達6以上，一般巖棉的酸度系數為1.6～1.8。酸度系數越高力學性能越高，化學穩定性越好。

                                 表1  GBF纖維的化學成分

 目前，全世界只有俄羅斯、烏克蘭和中國3個國家擁有自主知識產權的連續玄武巖纖維生產技術，奧地利、德國、比利時等國家有為數不多的工廠。日本將于2015年在福島設廠開展玄武巖纖維的生產。美國至今，沒有玄武巖纖維的生產。雖然全球的連續玄武巖纖維產業尚屬于初級發展階段，但是，我國的生產總量和生產工廠總數已占到了全世界一半以上。尤其是我國已經將連續玄武巖纖維產品列入新材料這一戰略性新興產業中的重點產品予以鼓勵發展。此外，我國符合拉制連續玄武巖纖維的火山巖儲量極其豐富，構成了一大資源特點。我國快速的經濟發展越來越受到環境和資源的制約。我國發展綠色建筑和建筑節能迫切需要既節能又防火新型保溫材料的問世。

                   圖3 GBF連續玄武巖纖維生產車間

1.2.1.2 GBF夾芯板

夾芯板由薄的實心板做上下兩張面板，以組拼的巖棉條為芯材，面板與芯材粘結后經高溫高壓形成三明治結構。

            圖4  芯材中巖棉的纖維垂直于墻面       圖5 芯材所用的巖棉條（帶）

1.2.2 GBF板的性能

1.2.2.1 GBF板的力學性能

         表2  GBF實心板、夾芯板與巖棉板性能的比較

注：GBF實心板、夾芯板的性能來自于國家建筑工程質量監督檢驗中心的檢驗報告，實測GBF實心板的抗拉強度為380KPa，GBF夾芯板為135KPa。

由上表可見，GBF板區別于巖棉板等傳統無機保溫材料和XPS、EPS、PU等傳統有機保溫材料的Z大特點之一是力學性能特別高，這就為GBF在外墻外保溫中的應用和創新奠定了基礎。

需要特別指出的是：GBF板完全不同于巖棉板，不僅原料不同、化學成分不同帶來了比巖棉高出近4倍的酸度系數（約為7.3），而且GBF夾芯板通過三明治結構，將巖棉切割成條（帶）狀，讓纖維呈“豎絲”垂直于墻面（巖棉板的纖維平行于墻面），組拼成芯材，芯材與薄的實心面板（厚度通常為3～6mm）粘結而成，界面結合力強，拉伸強度破壞時，在芯材當中拉開，賦予了GBF夾芯板很高的拉伸強度和其它一系列優異性能。尤其是，GBF板改變了巖棉板遇水容易膨脹、墜落，保溫性能急劇下降，和拉伸強度低，容易產生PM2.5、PM10等微小顆粒，及導致皮膚刺癢等三大缺陷。

1.2.2.2 GBF板的燃燒性能

GBF板的燃燒性能達到A1級。國家防火建筑材料質量監督檢驗中心對8mm厚的GBF實心板樣品進行了檢驗，檢驗依據為：國家標準GB8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》。檢驗結論：“經檢驗該制品燃燒性能達到A1級?！薄?】

                      表3   GBF板燃燒性能達到A1級的檢驗結果

注：上述檢驗結果來源于國家防火建筑材料質量監督檢驗中心的檢驗報告，報告編號：201210985。

1.2.3 GBF板規?；a線的開發

為了實現GBF板的規?；a，浙江石金玄武巖纖維有限公司走自主創新的路子，自主設計開發了可以大規模生產的設備。主要設備包括：導熱油加熱系統、粘結劑配置及回收系統、脫水及烘干烘箱系統、板材生產線自動傳輸系統、大型熱壓機、板材切割設備等?？梢淮螇褐?.5m×6.2m的大板，每張大板可切割0.6m×1.2m標準板20張，每天可生產GBF板1萬平方米, 。

                               圖6  GBF板生產線

綜上所述，GBF板是一種既節能又防火的新型保溫材料，技術來源于國家863計劃成果：“玄武巖連續纖維及其復合材料”，并已經于2011年6月申請了發明專利“一種新型的玄武巖纖維墻體保溫板的制造方法”（申請號：201110152574.7）。目前，該發明專利申請已進入實質審查階段（公開號：CN 102817415 A）。GBF板已實現規?；a。此前，在國內外對該建筑外墻外保溫材料鮮有報道。

2、GBF板外墻外保溫的兩大應用系統

GBF板在外墻外保溫中可分別采用薄抹灰砂漿及裝飾一體化兩大應用系統，且各有特點。

2.1 GBF板薄抹灰砂漿外墻外保溫應用系統

GBF板薄抹灰砂漿外墻外保溫應用系統，通常以GB夾芯板為保溫材料，采用膠粘砂漿粘貼與錨栓固定相結合的工藝與基層墻體連接，并以抹面膠漿和玄武巖纖維網格布復合而成的抹面層以及飾面砂漿或涂料飾面層構成的外墻外保溫系統。

       圖7  GBF薄抹灰砂漿外墻外保溫系統基本結構示意圖

1—基層墻體；2—找平層；3—粘結層；4—GBF夾芯板保溫層；5—第一道抹面砂漿層和玄武巖纖維網布；6—錨栓；7—第二道抹面砂漿；8—飾面層

由于GBF板是由同樣屬于硅酸鹽類的連續玄武巖纖維為主要原料制成的，因此，GBF板與砂漿的界面結合力很強，且GBF玄武巖纖維不吸水。

2.1.1 GBF板薄抹灰砂漿外墻外保溫應用系統的檢驗

國家建筑工程質量監督檢驗中心對GBF防火保溫板外墻外保溫系統的檢驗結論是：“經檢驗，GBF防火保溫板外墻外保溫系統的耐候性、抗風荷載性能、吸水量、抗沖擊強度、耐凍融、水蒸汽濕流密度和抹面砂漿不透水性，粘結砂漿拉伸粘結強度、抹面砂漿拉伸粘結強度和壓折比，網格布耐堿斷裂強力、耐堿斷裂強力保留率和斷裂應變，錨栓的單個錨栓抗拉承載力標準值符合JGJ144--2004《外墻外保溫工程技術規程》，和JGJ149--2003《膨脹聚苯板薄抹灰外墻外保溫系統》中單項規定，檢驗結果全部合格?！薄?】

為了規范該系統的應用，浙江石金玄武巖纖維有限公司已形成了《GBF玄武巖纖維防火保溫板薄抹灰砂漿外墻外保溫應用系統技術規程》的企業標準，并正在向浙江省、上海市、遼寧省等省份的有關部門申請將其轉化為地方的推薦性標準。

2.1.2 GBF板薄抹灰砂漿外墻外保溫應用系統的主要特點

GBF板薄抹灰砂漿外墻外保溫應用系統與XPS、EPS，以及巖棉板在薄抹灰砂漿外墻外保溫中施工時的工藝、流程上并沒有太大的區別，從而避免了現場施工人員在用該新產品施工時的不適應和茫然。不僅如此，由于GBF板自身的獨特結構和優異性能，系統應用時具有如下特點：

（1）施工簡便、效率高，并可在現場切割GBF板；

（2）耐候性好，飾面層不會出現氣泡脫落；

（3）耐凍融，不變形、不易產生裂縫，防水性能好；

（4）耐久性強，與建筑同壽命。

2013年10月，GBF板薄抹灰砂漿外墻外保溫系統首先應用于沈陽市綠色建筑委員會圓弧形大樓的節能改造項目。

                   圖8  GBF板薄抹灰砂漿系統在外墻外保溫中的施工

2.2 GBF保溫裝飾一體化復合板外墻外保溫應用系統

GBF保溫裝飾一體化復合板外墻外保溫應用系統是將在工廠加工制成的GBF保溫裝飾復合板（由帶裝飾面的面板材料與GBF板粘結復合而成），通過粘錨結合的安裝方式，固定在墻體表面，并對板縫進行處理后所形成的外墻外保溫裝飾一體化系統。

     GBF保溫裝飾復合板系統適用于鋼筋混凝土、混凝土多孔磚、混凝土空心砌塊、粘土多孔磚、加氣混凝土砌塊等材料為基層的外墻，  基層墻體（除加氣混凝土砌體墻外）應做1:2.5水泥砂漿（WPM15、DPM15）找平層，其厚度應≥12mm。加氣混凝土砌體墻應涂刷專用界面劑后，做薄層水泥砂漿找平層，找平層與基墻應粘結良好。

2.2.1 GBF保溫裝飾一體化復合板外墻外保溫應用系統的主要特點

該系統的Z大特點可以采用“無龍骨”的石材干掛，如圖9所示：

      圖9  GBF保溫裝飾一體化石材干掛外墻外保溫系統基本結構示意圖

1—基層墻體；2—粘結層；3—保溫層；4—GBF保溫裝飾一體化復合板飾面層；5—背栓螺釘加固件

由于沒有傳統概念上的“龍骨”，達到了“節材”的目的。GBF保溫裝飾一體化復合板直接粘貼于1:2.5水泥砂漿的找平層上，每塊復合板用背栓螺釘加固在墻體上，為了有效可解決GBF保溫裝飾一體化復合板（包括用12～15mm厚的石材做飾面的復合板）錨固的安全性，對每層復合板上下兩邊再進行平行橫向的“邊框式”錨固，且保溫板緊貼石材飾面相襯可以有效防止石材的破碎。

為了規范該系統的應用，浙江石金玄武巖纖維有限公司目前已形成了《GBF保溫裝飾一體化復合板應用系統技術規程》的企業標準，并正在向浙江省、上海市、遼寧北京市等省份的有關部門申請將其轉化為地方的推薦性標準。

1、GBF在綠色建筑和建筑節能中的推廣意義

GBF板及其外墻外保溫的兩個應用系統在我國綠色建筑和建筑節能中的推廣具有重要的意義。

（1）可以探索走一條“中國創造”的“材料防火”的建筑節能新路子，以促進我國綠色建筑和建筑節能實現自主創新的發展。

（2）可以有效地解決我國高層建筑及公共建筑外墻外保溫現實中“節能”與“防火”不能兼顧的老大難問題。

（3）填補了國內外空白，為我國大規模的綠色建筑和建筑節能的發展提供了一種新材料、新技術和新方法。

2、結論

通過對GBF玄武巖纖維防火保溫板的試驗研究，重點有針對性的研究了GBF板在建筑外墻外保溫中的薄抹灰砂漿應用系統和GBF保溫裝飾一體化復合板應用系統，得出以下結論：

（1）GBF板是一種導熱系數低、防火性能優異、綜合性能好、與建筑同壽命的既節能又防火的新型保溫材料。

（2）GBF玄武巖纖維防火保溫板薄抹灰砂漿外墻外保溫應用系統適合用于我國民用高層建筑、公共建筑及其它有特殊要求的綠色建筑的節能與防火。

（3） GBF玄武巖纖維防火保溫裝飾一體化復合板通過粘錨結合的安裝方式，固定在墻體表面，可以達到顯著的“節材”效果。

參考文獻：

【1】朱春玲.我國外墻外保溫防火技術研究進展（J）墻材革新與建筑節能，2014，第1期：53-56.

【2】國家建筑工程質量監督檢驗中心GBF防火保溫板外墻外保溫系統檢驗報告，報告編號：BETC--HJ2--2013--365第1頁

【3】國家防火建筑材料質量監督檢驗中心GBF防火保溫板燃燒性能等級的檢驗報告。報告編號：201210985，第1頁