复合板(彩钢复合板是什么材料)
东方建筑科学研究院有限公司曹杨吴梅生
岩板保温系统的优缺点
与节能市场上的有机保温系统相比，岩板保温系统最大的优势是其防火安全性。这是因为岩棉作为理想的A级保温材料，具有不燃、透气、吸音、热稳定性高的优点。此外，与泡沫水泥保温板、膨胀珍珠岩板、玻化微珠等A级保温材料相比，岩棉保温板导热系数更小，保温性能优异。在室温下(25℃左右)，岩棉的导热系数通常在0.036 W/(m·k)到0.040 W/(m·k)之间。但与此同时，岩棉板保温系统也存在明显的缺点，尤其是岩棉板薄抹灰保温系统。无论是岩棉板双层耐碱玻璃纤维网结构体系，还是岩棉板单层耐碱玻璃纤维网结构体系，近年来在工程应用中暴露出诸多问题，发生了多起岩棉板薄抹灰保温系统脱落事故。主要原因如下:
1.岩棉板本身的抗拉强度较低，在7.5千帕到15千帕左右。岩棉板薄抹灰保温系统的结构做法虽然定义为锚固为主，粘贴为辅，但由于施工人员技术素质较低或施工现场条件有限等因素，锚固数量和锚固强度往往难以达到标准要求，存在安全隐患。
2.岩棉板作为一种疏松柔软的纤维保温材料，具有较高的吸水和吸湿特性，对施工质量和配套材料质量要求极其严格，施工工艺复杂。如果系统的抹灰层、装饰层、网格布等支撑材料在产品质量和施工上存在缺陷，系统与其他部位连接处出现微裂缝或防水措施处理不当，外界水分浸入岩棉板中逐渐积累，再加上风压、耐候性等外界影响，容易对系统造成不可逆的破坏；
3.在“双碳”目标的新形势下，建筑节能标准必然会进一步提高。为满足新节能标准的要求，常规方法势必增加岩棉板厚度，使岩棉板薄抹灰保温系统自重变大，工程质量隐患明显增加。
上述问题的存在，以及市场上劣质岩棉板和系统配套材料的短缺，对岩棉板在外保温系统中的应用造成了极大的不利影响。
垂直丝岩棉复合板的结构设计
为解决高节能设计标准要求下岩棉板抗拉强度低、裸板上墙无保护、导热系数大的不利影响，研究设计了一种新型垂直长丝岩棉复合板。竖丝岩棉:岩棉板按一定间隔切开，翻转90度，主纤维层方向与表面垂直的条状产品。与岩棉板相比，竖丝岩棉的抗拉强度大大提高，达到0.10MPa以上，与常规EPS保温板相当。但它的一个缺点是，竖丝岩棉的宽度目前只能达到200毫米，多为150毫米；；第二，热导率变大，约为0.043 W/(m·k)至0.045 W/(m·k)。为此，根据不同的节能设计标准，开发了两种垂直长丝岩棉复合板。一种是以垂直长丝岩棉为芯材制成的复合保温板，其两面复合有玻璃纤维网增强聚合物砂浆或特种柔性水泥基片材，标示为A型垂直长丝岩棉复合板。其基本结构如图1所示，重点解决竖丝岩棉尺寸小、裸板施工缺少必要保护层的问题。
▲图1垂直钢丝岩棉复合板(A型)示意图
1-玻璃纤维网增强聚合物砂浆(2毫米至3毫米)或柔性水泥基板材(1毫米至2毫米)
2-垂直丝岩棉条
另一种是由竖丝岩棉和有机保温材料制成的保温板制成的复合保温板，其两面复合有玻璃纤维网增强聚合物砂浆或专用柔性水泥基片材，标示为AB型竖丝岩棉复合板。它的基本结构如图2所示。除了A型复合板的优点之外，主要是基于无机/有机复合的技术思路，充分发挥无机材料的防火优势和有机材料的保温优势，重点解决竖丝岩棉导热系数过大，在高节能设计标准下无法实现的问题。
1-玻璃纤维网增强聚合物砂浆(2毫米至3毫米)或柔性水泥基板材(1毫米至2毫米)
2-垂直丝岩棉
3-有机隔热材料
4-接口
▲图2垂直钢丝岩棉复合板(AB型)示意图
实验研究表明，硬质泡沫聚氨酯是AB型垂直长丝岩棉复合板的首选材料。第一，PU导热系数低，隔热性能优异。二是PU可以直接发泡渗透到岩棉纤维中，结合紧密，复合板整体性能优异。热力计算表明，厚度为70mm的AB型岩棉聚氨酯复合板的保温效果优于厚度为110 mm的A型垂直钢丝岩棉复合板。
垂直丝岩棉复合板的性能研究
为了检验岩棉复合板的复合技术质量，我们分别对A型和AB型岩棉复合保温板的拉伸粘结强度和剪切强度性能指标进行了试验研究。其中，抗剪强度试验方法采用GB/T32382-2015《建筑保温制品抗剪性能的测定》中的双试样法。测试结果如表1所示。
同时，为了比较不同复合方法的优缺点，我们采用了AB型岩棉/聚氨酯复合板的两种复合方法，即聚氨酯发泡直接粘接法和岩棉/聚氨酯板粘接砂浆粘接法，并分别测试了它们的拉伸粘接强度。测试结果如表2所示。
从上述试验结果可以看出，无论是A型还是AB型岩棉复合保温板，都没有出现抗拉破坏和垂直剪切破坏中无机面层与两侧保温层分离的现象，更接近实际工程应用，说明我们采用的复合技术是安全可行的。
同时表明，对于AB型岩棉/聚氨酯复合保温板，聚氨酯直接发泡粘结的复合技术明显优于砂浆粘结的复合技术，这主要是因为当聚氨酯发泡岩棉本身的多孔纤维结构时，聚氨酯组分会渗透到岩棉纤维中，形成一个整体，起到相互增强的作用。
垂直丝-岩-棉复合板保温系统的安全性和耐久性研究
竖丝岩棉复合板保温系统的基本性能应满足其使用功能和工作环境的要求，主要包括保温性能、安全性能和耐久性。保温性能主要取决于保温材料的密度、厚度和导热系数等。AB型垂直钢丝岩棉复合板的目的是在不增加保温层厚度的情况下，提高系统的整体保温性能。安全性和耐久性主要是指保温系统应能适应长期温湿度变化、日晒雨淋、反复冻融等恶劣的自然条件以及设计要求允许的其他荷载而不产生有害破坏。此外，对于AB型垂直钢丝岩棉复合板保温系统，关键是有机保温材料和无机保温材料复合在一起后，是否会因变形差异大而损坏系统。
虽然试验证明，AB型垂直丝岩棉/聚氨酯复合板，特别是采用聚氨酯泡沫粘接技术复合后，无论是垂直于板面的抗拉强度还是垂直剪切强度，各层材料的复合连接强度都是安全可靠的。但是我们知道，有机/无机复合保温材料最容易导致其不稳定，不安全的影响因素是外部环境的变化。由于两种材料的材料性能差异很大，两种材料的尺寸变化率会很大，可能导致损伤。
为了研究AB型垂直钢丝岩棉复合板保温系统的安全性和耐久性，我们将进行大规模的耐候性试验。保温系统基本结构如下:基墙+竖丝岩棉复合板(竖丝岩棉35mm，聚氨酯35mm)+10mm厚胶粉聚苯颗粒浆+5mm抹灰砂浆(内复合耐碱玻璃纤维网)+面漆。
同时，为了研究AB型岩棉复合板保温系统各材料层在外界温度变化时的温度分布，我们在耐候性试验的同时布置了测温点，所使用的仪器为北京东方奥达仪器设备有限公司生产的JW-II型建筑热温度及热流路检测仪，测温点分别位于， 1#测点:(基墙与聚氨酯之间)、2#测点(聚氨酯中间)、3#测点(竖丝岩棉中间)、4#测点(聚苯乙烯颗粒浆房内)、5#测点(抹灰砂浆房内)和6#测点(试验装置内空
经风化试验，AB型垂直钢丝岩棉复合板保温系统试验墙完好，无起泡、粉化、抹灰层空鼓包、脱落、开裂等损坏现象。窗户与外保温系统连接处表面无裂纹或损伤。说明采用AB型垂直钢丝岩棉/聚氨酯复合板的外墙保温系统经受住了严格的风化试验，安全、稳定、可靠。另一方面也说明AB型岩棉/聚氨酯复合板稳定可靠，可用于外墙保温系统。为了进一步验证AB型岩棉/聚氨酯复合板的稳定性和可靠性，我们选取了三组测点的温度数据，即升温阶段、升温恒温阶段和喷淋降温阶段，如表3所示。
从表3的数据可以看出，最外层的抹灰砂浆层(测点5#)直接面对环境温度的变化(测点6#)，在不同的升温和降温阶段变化相当显著，这反过来又要求抹灰砂浆必须具有优异的柔韧性和抗裂性，这也是所有保温系统标准都要求抹灰砂浆的压力-挠度比必须≤3.0的原因。而聚氨酯(2号测点)前面有岩棉和聚苯乙烯颗粒浆，在不同的升温和降温阶段，其温度变化相对均匀平缓，最高温度为40.6℃，最低温度为35.8℃。岩棉(测点3)变化相对平缓，最高51.3℃，最低40.2℃。
对于有机/无机复合保温材料，它们之间较差的尺寸变化率是影响其安全性和稳定性的主要因素。在70℃的相同试验条件下，由于岩棉在高温下烧结熔化，尺寸变化率较小，长度、宽度和厚度方向的尺寸变化率分别为0.1%、0.1%和0.2%，而聚氨酯中的尺寸变化率分别为0.5%、0.4%和0.8%，差异较大。但为什么是AB型竖丝岩棉/聚氨酯复合板保温系统这主要是因为在工程应用中，竖丝岩棉层与聚氨酯复合后，在外侧。由于竖丝岩棉保温层的保护，当面对外界环境温度变化时，聚氨酯一方面不会有较高的温度，另一方面其温度变化速率也会变得更加平缓，表3的测试数据也证明了这一点。有机保温材料的尺寸稳定性与环境温度密切相关。
我们在实验室测试了保温系统用聚氨酯在不同温度下的尺寸稳定性，测试数据见表4。
表4测试数据表明聚氨酯在50℃以下时，尺寸变化率是较小的，特别是在40℃左右及以下时，最大尺寸变化率低于0.15%，与竖丝岩棉的尺寸变化率相近。因此，综合耐候性试验结果、保温体系各材料测点温度数据及聚氨酯在不同温度下的尺寸变化率测试数据，相互印证，AB型竖丝岩棉复合板用于外墙保温体系是切实可行、安全稳定的，这也表明无机/有机复合保温材料这一技术思路可很好地融合有机保温材料与无机保温材料各自的优点，减少各自单一使用时的不利因素。表4测试数据显示，聚氨酯在50℃以下尺寸变化率较小，尤其是在40℃左右及以下，最大尺寸变化率小于0.15%，与垂直丝岩棉相似。因此，综合耐候性试验结果、保温系统中各材料测点的温度数据以及聚氨酯在不同温度下的尺寸变化率试验数据，相互印证了AB型竖丝岩棉复合板用于外墙保温系统是可行的、安全的、稳定的，这也说明无机/有机复合保温材料的技术思路能够很好地整合有机保温材料和无机保温材料各自的优势，减少单独使用时的不利因素。
基于以上研究，垂直钢丝岩棉复合板可用于各种外墙保温系统，如薄抹灰系统、现浇混凝土系统和一体化保温装饰系统。当垂直长丝岩棉复合板用于不同类型的外墙保温系统时，通过调整垂直长丝岩棉层和聚氨酯层各自的厚度，可以满足《国家建筑防火规范》GB50016中相关防火规定和建筑节能设计标准进一步完善的要求。同时在安全性和耐久性方面性能稳定，可以消除目前市场上对岩棉产品在外墙保温中应用的诸多质疑，具有良好的市场推广应用价值。
编辑:张玲玲安小光
校对:张健
监督人:韩凤峰
