建筑节能与结构一体化技术分析

一、研发背景

本文浅析的“改性岩棉板永久性、自固定现浇混凝土保温外模板术”，已获得国家专利（名称为：一种现浇混凝性复合岩棉保温外模板，专利号：ZL201620010463.0）授权。目前全国正在全面深化改革，大力推进十三五各项计划，按照创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，创新转型升级，大力推进发展海绵城市、绿色建筑，广泛开展被动房示范工程建设，对于全面完成“十三五”国家强制性节能减排目标，执行新提升的《建筑设计防火规范》和节能率75%的标准，是适应新常态，有效应对全球气候变化，缓解资源能源对经济社会发展的约束具有重要作用；同时在新常态下提升城镇化发展质量、效益、改善人民生产、生活条件，建设资源节约型，社会环境友好型，推动可持续发展，有着重要的意义。在新常态的发展中，盲目追求量的增长和粗放型的发展是达不到现代化的标准要求，现行建筑节能保温主要采用外墙外保温的结构形式，经十几年的实践应用证明有如下弊端：使用的有机保温材料具有易燃性，且燃烧时会释放出大量有毒气体，并在使用施工现场防火管理不规范的环境下容易出现火灾，给人民生命财产造成巨大损失；而且该形式施工工艺相对较复杂，施工工期长，施工质量难以控制，出现保温层龟裂、渗水、起鼓、脱落、伤人、火灾等一系列问题。并且使用期间必须要维护、维修、更换、造成城市更换、改造施工二次污染严重，仍存有安全隐患；并导致资金，资源的双重浪费；不能与建筑物同寿命；更达不到建筑节能75%和新的防火规范及绿色建筑的标准要求，工程质量达不到百年大计终身负责的法制标准。因而研发更环保，更安全，成本低，防火无隐患、防震结构性能高，与建筑结构同寿命的节能保温与建筑结构一体化的新技术、新产品、新工艺、新材料替代现行相关保温材料技术尤为重要。新型“CX现浇混凝性复合岩棉保温外模板”是建筑节能与结构一体化技术的一种重要结构，是建筑节能保温与建筑结构融为一体；并与建筑物同寿命，达到新的消防规范技术要求和防震技术要求的创新型A级建材。实现了建筑节能、安全防火双达标技术的绿色建材。

二、岩棉板的性能特点

岩棉板问世已有20多年历史，该产品问世以来广泛应用于工业、石化、农业、电力、船舶、建筑等领域，其性能是用无机材料制作而成，其特点燃烧性能达到A级，耐火极限达至2小时；保温隔热具有一定效果，吸音、降噪、减震等均有较好的功能特点。在新常态下，岩棉板应用于建筑节能外墙保温还存有不足之处，由于生产工艺和其材料本质所定，自身体积松散所致压缩强度达不到外墙保温，粘结、拉拔结构强度技术要求；憎水性、吸湿率两项性能不足，做建筑外墙保温经过长期的自然气候的浸蚀及雨雪影响，吸水率高而导致达不到抗冻融技术标准，使保温建筑结构耐候性达不到与建筑同寿命的严重技术问题，为此岩棉板在现有性能特点的基础上，需要创新研发，以新的技术改性解决自身存在问题，使其发挥固有的性能指标，以便全面达到做外墙保温外模板的新一代绿色新型建材。

三、岩棉板的改性制造技术

岩棉板是以优质的天然玄武岩为主要原材料，经熔炉大于1450℃的高温融化后，以摆锤法均匀铺棉。经固化炉固化而制成岩棉板。但是该工艺制成的岩棉板用作建筑外墙做保温板的性能指标远远达不到建筑外墙保温和建筑结构技术要求，满足不了建筑耐候性能指标的标准。为此经过从原材料性能的物理检测分析，生产工艺的调整，经过多次研制，测试该产品材料在融化的岩浆中喷入专用适量的固化剂和特效专用增水剂，热固性粘合剂和专用添加剂等，经固化后使该产品纤维细长，渣球含量低，保温绝热性能优异，解决了做建筑外墙保温材料不足的性能指标。其改性技术指标特点如下：1、保温隔热性能优异岩棉纤维细长，平均直径、渣球含量等指标均能达到国家标准，经实测导热系数为0.040w/m•k。2、防火岩棉板以天然玄武岩为主要原材料，是不燃A级防火保温材料，耐高温性能优越，高温下导热系数低，能有效延缓火势蔓延；在火灾中不产生有毒气体或熔融滴落物。3、防水岩棉板憎水率、短期吸水量、长期吸水量均达到标准要求，如产品被高压水浸湿，干燥后不影响其性能，不会膨胀。4、防潮岩棉板制品在温度50℃时，按照国标GB/T25975—2010测试，质量吸湿率小于1%。5、透气性好岩棉板的纤维结构，具有良好的透气性，水蒸汽可以自由透过，能很好的配合砖混墙体或砼墙体的呼吸作用，使室内保持舒适的干湿度环境。6、化学和物理性能稳定岩棉制品的酸度系数——衡量岩棉板化学稳定性耐久性的重要指标，改性后的岩棉板具有良好的高湿热稳定性、耐久性及抵抗高温收缩的能力。

四、岩棉板压缩强度的改性

由于岩棉板材质性能和生产工艺所致，体积松散、压缩强度，吸水率满足不了做建筑外墙模板的技术要求，为此对岩棉板经过专用自动化机械将松散的材质按技术要求压实，使松散的岩棉板增强了密实度，有效提高了自身压缩强度，降低了吸水率，并满足了做建筑外墙模板的自身支撑力，抗弯、抗折、抗拉强度的技术标准要求，吸水率的降低增强了抗冻融的功能，对于模板的耐候性能起到重要作用。只有进行技术创新改性才能使岩棉板达到做保温外模板的技术要求。

五、岩棉板的结构改性框架网

按照现浇混凝土复合岩棉板保温外模板的结构技术标准，在岩棉板上下两面铺设加强玻纤网；按结构布局进行铺设多根受力拉接线，经过横向按一定间距上下拉接，使其连接成为整体分格框架网状，将岩棉板永久牢固的固定于框架网之中，形成外模板夹心网架状的整体。

六、现行复合保温外模板施工安装技术

现行结构一体化保温外模板施工安装技术，保模板运至施工工地后，按照设计施工图纸和施工技术交低，先将保模板进行弹线切割配料达到图纸设计结构需要的模块标准，之后再在保模板上按照结构布局弹线，用专用手电钻打固定连接件孔，孔打好后模板到位，支撑校正，再有模板外侧一人向内穿连接件，模板内侧一人在连接杆上拧紧固定卡，以保证连接件不位移、不歪斜。随之支内侧模板，，支撑牢固校正不歪斜即可浇筑混凝土。总之，以上施工技术需要弹线钻孔、立板安装、穿件拧卡的工艺。上述工艺存在的问题是：在外模板上打孔设置连接件，施工中很难监控连接件孔布局是否合理、足量达标的问题；连接件对保模板之起着建筑结构的重要技术作用，如固定件连接出现问题，就等于建筑工程主体结构出现问题；同时施工安装锚固件连接，按现行施工工艺要多花费大量工时；耗用大量锚固件（6万件/1万平方米）、再加上人工工资，大大提高了工程造价。总之上述工艺存在“工程造价高、施工量大、工期长、施工质量隐患”等问题。为解决这一问题，经过反复技术创新研制成功了改性复合瓦楞槽形自固定现浇混凝土岩棉保温外模板。该技术即在经过各项性能指标满足建筑外墙技术要求的岩棉板上设置玻纤网为整体加强层，按设计要求铺设高强聚合物砂浆，通过专用自动化制造机械制造而成瓦楞槽形，即形成保模板与建筑现浇混凝土的结构结合层，该瓦楞槽使用高强聚合物砂浆物理性能与混凝土的物理性能相容，强度标号一致，通过施工浇注工艺，浇注混凝土与保温外模板融为一体，浇注混凝土自身经过水化凝固增强，而形成外模板整体面积与混凝土科学的牢固的固化结合为一体，不用采取任何技术措施便形成永久性、自固定，节能保模板与建筑结构一体化的创新专利技术。

七、自固定岩棉复合保温外模板的科学性

岩棉板经生产制造工艺、材料配方的创新改进，使普通岩棉板改性达到建筑外墙保温的技术性能标准；经过专用技术进行岩棉板体积压实增强密实度提高压缩强度，降低吸水、吸湿率，提高加强了整体耐候性能；岩棉板进入高效玻璃纤维丝经专利技术组成的玻纤框架网，使其克服了自身的抗拉、抗弯、抗折、抗撞击的技术性能指标不足的差距，达到了现浇混凝土支撑模板的技术标准；岩棉板经过系统改性后，板两面铺设高强玻纤网，增强整体结构的刚度、强度，玻纤网与高强聚合物砂浆牢固的粘结握裹为一体，保模板内侧由专利技术制作成瓦楞槽形，成为与现浇混凝土永久性自固定的结合层，经过浇注混凝土施工工艺浇注，混凝土经过水化增强凝固，科学的将保模板与建筑结构永久的固定为一体。综上所述，自固定改性岩棉板经过一系列技术改性，即能保证良好的保温效果，又能达到A级防火标准，使建筑节能、安全、防火、双达标；创新研制的瓦楞槽形保温模板永久性自固定专利技术，自动结合免用现行的锚固链接件，即节约了大量支撑模板固定链接件，又节约了施工安装固定件大量用工，提高施工效率，加快了施工进度，有效降低了工程造价，缩短了工期，使建筑节能保温与结构永久一体，真正实现了建筑节能保温，安全防火，安全防震，与建筑结构同寿命的一体化技术。

八、自固定现混凝土岩棉保温外模板的环保性

CX现浇混凝性复合岩棉保温外模板是由防火专用岩棉板(A)，标准抗裂砂浆，标准玻纤网格布，经过工厂化生产，由专用自动化机械一次上线成型；原材料，生产制造过程无污水、废气、废渣、不扬尘、无噪音，该产品无毒、无放射性公害的绿色低碳新型建材；应用于建筑工程与建筑物同寿命，不做任何维护、维修或更换，避免了给城市造成多次投资或再次污染城市环境。总之该产品实现了保温防火、模板双功能，节约耗能，节约资源，抗自然气候侵蚀、施工工艺简便、缩短工期，不采取任何技术措施便能达到建筑节能75%的各项技术指标要求，防火燃烧性能达到A级，是一种安全、节能、环保的新型绿色建材，是一种良好的绿色低碳环保建材，具有较好的广泛的应用前景。

九、自固定改性岩棉保温外模板板的发展前景

推广应用建筑一体化技术是推动我国建筑节能工作深入发展的迫切需要，“十三五”规划对建筑节能尤为重视，以创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念为指导，在全国各地展开了海绵城市、绿色建筑的创新示范区，提升了建筑节能75%、新的消防技术标准。大力推动了发展低能耗建筑和绿色低碳建筑。这些工作的推进和目标的实现，有赖于建筑节能相关技术支撑体系的创新发展，特别是对不同形式保温体系的研发和应用提出了更加迫切的要求。经过近10年的研发和实践证明，目前一体化技术是一种绿色建筑的创新技术，可广泛应用于各种类型和结构形式的民用、工业和公共建筑，是建筑结构体系发展的重要方向。建筑一体化技术具有四大突出特点：一是节能保温措施与墙体同步设计，同步施工，同步验收，实现了建筑物同寿命；保温层杜绝了多次维修、更换；二是将A级保温材料置于墙体之中，采用工厂机械化生产和现场装配式或混凝土浇筑等方式施工，有效避免了外墙外保温工程存在的空鼓、开裂、脱落等质量问题。最大限度地消除了工程消防隐患，确保了人民生命财产的安全。三是具有良好的保温隔热性能，完全能够满足国家提升的节能率75%和防火技术标准要求。四是可以有效缩短施工工期，减少人工和材料消耗，从而降低建筑成本造价，具有较好的社会综合效益。综上所述，建筑节能与结构一体化技术体系具有大力发展广泛推广的良好前景。

作者:乔洪智 单位:山东省泰安市城市建设设计院