水泥基材料裹覆保温板在老旧小区改造中的应用研究

2021-06-03檀春丽刘佳

新型建筑材料 2021年5期

檀春丽，刘佳

[1.奥来国信（北京）检测技术有限责任公司，北京 101318；2.北京建筑材料检验研究院有限公司，北京 100041]

0 引言

既有建筑节能改造工程施工环境复杂，施工改造与居民生活、工作和社会活动交杂在一起，互相影响、互相制约。施工现场没有专门用于堆放保温材料的场地，只能分散放置于待施工的楼房周围，无法隔绝火源。外保温材料在其堆放、施工及竣工后等3个阶段都可能存在火灾安全问题，一旦在施工过程中发生火灾，造成的损失将会是非常惨痛和巨大的。堆（码）放的保温材料、施工过程中和竣工的外保温系统发生火灾的案例如图1所示。

从防火安全角度考虑，使用燃烧性能等级A级的保温材料相较而言是最安全的，但目前A级保温材料供不应求，性价比也不是最高，所以将燃烧性能等级B1级保温材料使用水泥基材料进行六面裹覆，使保温材料与火源进行一定程度上的隔绝，既可以大大降低施工现场发生火灾的风险，又可以降低使用成本，符合市场需求。

图1 堆（码）放的保温材料、施工过程中和竣工后的外保温系统发生火灾

1 标准的立项背景

综合北京市住建委相关政策及北京“十二五”和“十三五”期间老旧小区综合改造外保温材料应用情况，复合聚氨酯和复合酚醛泡沫2种燃烧性能为B1级的保温材料占比超过70%，占绝大多数。此类材料在应用于老旧小区节能改造工程时，应使用无机不燃材料进行六面裹覆。但用无机不燃材料六面裹覆的保温板检测无依据标准，材料检测多数依据芯材标准检测，造成工程检测争议较大。为了适应市场需要，一些生产单位以制定的企业标准进行检测，试验方法和技术指标等方面差别很大，工程和产品质量控制也存在一定的隐患。

目前产品在应用中突出存在的问题有：

（1）水泥基材料六面裹覆保温板在进行检测时，其复合层是否去除；去除复合层，可能会对芯材产品性能造成不利影响；如果不去除复合层，存在无标准可依。

（2）目前关于复合保温板标准指标存在一定的差异性，如《北京市老旧小区综合改造外墙外保温施工技术导则（复合硬质酚醛泡沫板做法）》中氧指数指标值≥37%，GB/T 20974—2014《绝热用硬质酚醛泡沫制品（PF）》中氧指数指标值≥38%。

（3）水泥基材料六面裹覆保温板属于成品还是半成品，行业中存在争议。

鉴于B1级保温材料经水泥基材料六面裹覆后，有利于预防施工现场发生火灾，从政策上也是鼓励老旧小区改造使用B1级保温材料时进行六面裹覆。2019年12月中国建筑材料联合会团体标准T/CBMF 88—2020《水泥基材料裹覆保温板》立项。2020年1月标准编制组成立，开始进行广泛的市场调研，向行业内专家广泛征求意见，收集了大量相关产品标准、地方标准、相关法规、施工技术规程等文件，初步确定了标准编制工作计划，制定了验证试验方案，同时面向社会广泛征集验证试验的样品。2020年3月，标准立项申请获得通过。经过1000余组验证试验、10余次编制组内部讨论会、征求意见的反馈，最终形成标准送审稿。2020年7月，该标准顺利通过标准审查会的审查，并于2020年9月24日正式实施。

2 标准指标的研究

经过对老旧小区节能改造工程质量问题分析发现，外墙外保温系统工程质量问题主要有以下几个方面。

2.1 外墙外保温系统脱落

在外保温系统施工完成经过一段时间后，由于大风或降雨，可能引起复合板大面积脱落，部分复合板的复合层被剥离（见图2）。

图2 外墙保温板脱落案例

相对于有机类保温板“裸板”而言，裹覆保温板与粘结材料相容性更好。为防止因裹覆保温板自身抗拉强度不足造成外墙脱落的情况发生，需对其垂直于板面方向的抗拉强度指标进行控制。经过比对大量产品标准（见表1），PU型裹覆保温板垂直于板面方向的抗拉强度指标可统一设定为≥0.10 MPa。PF型和TEPS型产品涉及的各标准指标值不一致，通过验证试验（见表2）可以发现：PF型有2组样品垂直于板面方向抗拉强度＜0.10MPa。考虑到PF型材料脆性较强、吸水率高、易开裂，产生脱落的风险较大，需进行严格限制，故统一将垂直于板面方向的抗拉强度指标设定为≥0.10MPa。

表1 相关标准对垂直于板面方向抗拉强度的指标要求

表2 垂直于板面方向的抗拉强度验证试验结果

此外，裹覆保温板外覆的水泥基裹覆材料密度较大，如果生产企业为了通过燃烧性能等级测试而加厚裹覆层厚度，那么单块样品自重过大，不仅给施工操作带来困难，也增大了脱落的风险，因此需限制水泥基材料裹覆层的厚度。选择相同厂家、相同密度、相同芯材厚度（50 mm）、不同裹覆厚度的PU型样品按照GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》进行燃烧性能等级试验（见表3）。

表3 相同厂家、相同密度、相同芯材厚度、不同表面裹覆层厚度PU样品的燃烧性能等级

由表3可以看出，对于同种芯材，去除自然表皮后，燃烧增长速率指数增大，但600 s的总放热量变化不大。随着裹覆面层厚度增大，燃烧增长速率指数逐渐降低，600s的总放热量有所降低。综合全部数据可得，六面裹覆对燃烧性能的影响是有利的，0.5 mm厚裹覆层就可以起到明显的阻燃效果，当裹覆层厚度为2.0 mm时，阻燃效果较“裸板”有显著提升，可以认为裹覆层2.0 mm以内就能够有效降低材料堆放和施工时火灾隐患。因此，标准一般要求中规定“裹覆保温板的单面裹覆层厚度不宜大于2.0 mm”，同时在技术要求中规定裹覆层单位面积质量≤10 kg/m2，用以限制裹覆层厚度，防止产品自重过大引起脱落。

2.2 酚醛保温板开裂

经过走访调研发现，在使用酚醛复合保温板的老旧小区节能改造工程中，存在使用锚栓将保温板固定于墙面时锚栓周围的酚醛保温板破坏，甚至出现贯穿整板的裂缝现象（见图3）。

图3 贯穿裂缝及锚栓附近保温板破坏

酚醛保温板产生裂缝或破坏的原因主要为：酸性强、脆性大、强度低、弯曲变形小、尺寸稳定性差、吸水率大等。酚醛泡沫酸性过强，会与保温系统其他材料发生酸碱界面反应，在施工后会给外墙外保温系统带来安全事故；弯曲变形小，则意味着柔韧性低、脆性大，容易破碎，因此吸收内应力和释放变形的能力均较差，使用时易断裂破坏，从而引起开裂而使外部液态水进入酚醛板；而酚醛板的吸水率较其他类型保温板高，吸水的酚醛板干燥后质量降低，降解粉化现象也会加剧，其强度会降低，粘结性能会受到影响，并会影响到酚醛板的保温性能，更进一步的导致酚醛板破坏，极易造成保温层大面积脱落或者开裂，严重影响工程质量。

为了避免这类由于材料自身缺陷造成的质量问题发生，需要对材料性能做出限制，保证此类保温板的物理性能能够满足既有建筑节能改造工程的需求。因此，针对PF型裹覆保温板，对其pH值、弯曲变形、吸水率均提高了限制要求。辽宁省住房和城乡建设厅发布的DB21/T 2171—2013《酚醛泡沫板外墙外保温技术规程》标准中，对酚醛泡沫板pH值的技术指标要求为≥4.0。根据此标准，通过与多家酚醛制品生产企业沟通交流，了解到企业目前可以达到该生产技术水平。为进一步督促生产企业提高产品质量及发展生产技术，从而提高既有建筑节能改造工程质量，设定T/CBMF 88—2020中PF型、TEPS型产品pH值≥5的要求。弯曲变形指标引用CECS335—2013《酚醛泡沫板薄抹灰外墙外保温工程技术规程》和DB11/T 584—2013《保温板薄抹灰外墙外保温施工技术规程》标准，规定PF型产品弯曲变形≥4 mm。PF型体积吸水率技术指标要求从严设定为≤5%。TEPS型裹覆保温板芯材体积吸水率技术指标要求定为≤4%。

2.3 外保温系统出现裂缝或凹陷

在老旧小区节能改造工程中常见问题还有：施工后，墙体外保温系统出现裂缝或凹陷，如图4所示。产生裂缝或凹陷的主要原因有：产品尺寸稳定性比较差，用于外墙外保温工程中，在急冷急热的条件下板材易发生变形，出现体积增大或缩小现象，可能出现挤压脱落，也可能出现保温板翘曲、凹陷或者空鼓，而面层也易出现开裂现象，液态水就会侵蚀进入保温层，而经过冬夏季节轮换，如果保温板大量吸水，到了冬天就会结冰，从而使得保温板开裂，同时还会破坏砂浆粘结层，严重影响系统粘结强度，导致保温系统开裂、脱落。此外，TEPS型产品在生产过程中会使用无机胶凝改性添加材料对聚苯基材进行改性，其中氯氧镁水泥、硫氧镁水泥等气硬性材料由于价格低廉且能够提高产品性能，而被部分生产企业使用。但此类气硬性材料在产品应用于外墙保温系统后，极易因干燥收缩过大而产生开裂。

图4 施工后墙体外保温系统出现裂缝

因此，T/CBMF 88—2020将PF型裹覆保温板的尺寸稳定性技术指标要求从严设定为≤1.0%。TEPS型裹覆保温板的尺寸稳定性技术指标要求≤0.8%。同时，为保证复合层与芯材相容性，T/CBMF 88—2020增加对复合层外观质量的要求，即经过（70±2）℃、48 h后，复合层应无龟裂、起皮现象。在标准的一般要求中，规定保温板裹覆材料以及保温材料的无机胶凝改性添加材料均不应使用氯氧镁水泥、硫氧镁水泥等气硬性材料。同时，为防止生产企业违规使用此类材料，标准中增加水溶出物含量试验。经过验证试验（见表4），确定TEPS型产品的水溶出物含量≤3%。

表4 水溶出物含量试验验证结果

2.4 燃烧性能

T/CBMF 88—2020中术语和定义3.1对“水泥基材料裹覆保温板”规定是以遇火后无熔融滴落物积聚且阴燃性能合格的保温材料为芯材。首先是芯材阴燃性能合格，有些保温板芯材受热分解后能产生刚性结构的多孔碳的固体物质，此类物质在接触到热量足够高的热源时，易发生阴燃现象。阴燃现象发生时，由于无明火、产烟量小，很难在火灾初期被及时发现，且当相对封闭的阴燃空间有新鲜空气进入时，在空间内会形成可燃混合气体，进而发生有焰燃烧甚至导致爆炸，这种由阴燃向爆燃的突发性转变十分危险，存在安全隐患。所以，使用阴燃性能合格的芯材是水泥基材料裹覆保温板可以应用于既有建筑节能改造工程的必要条件之一。阴燃性能试验方法参照了GB/T 29416—2012《建筑外墙外保温系统的防火性能试验方法》和DB11 381—2016《既有居住建筑节能改造技术规程》标准中的相关内容。经过验证试验，确定阴燃性能指标值为：24 h试验周期内，试件中心温度不大于600℃。此外，规定遇火后应无熔融滴落物集聚，这是因为，熔融滴落物集聚易成为新的点火源，造成更大的火灾风险。

在T/CBMF 88—2020中一般规定5.1保温板芯材燃烧性能等级应达到GB 8624—2012中规定的B1级，这是因为依据GB 50016—2014《建筑设计防火规范（2018年版）》规定，建筑高度大于27 m且不大于100 m的住宅建筑和建筑高度大于24 m且不大于50 m的非住宅和人员密集场所建筑，可以使用不低于燃烧性能等级B1级的保温材料，但禁止使用燃烧性能等级为B2级的保温材料。目前需要进行节能改造的既有建筑，建筑高度大多数不超过100 m，使用燃烧性能等级B1级的保温材料，符合建筑设计防火规范要求，而且与使用燃烧性能等级A级的保温材料相比，成本更低。将此类芯材进行水泥基六面裹覆，可以在保障经济效益的基础上，保障节能改造工程材料存放和施工安全。产品在进行六面裹覆后，由于在一定程度上隔绝了热源，有利于降低燃烧时放热量，经过本编制说明中5.2.3节的验证试验，确定除燃烧性能等级满足B1级指标要求外，增加指标值：600 s总放热量≤7.5 MJ，以更进一步保障消防安全。

此外，T/CBMF88—2020要求此类产品在燃烧过程中，不应出现受热出现融化收缩现象，遇火后应无熔融滴落物。这是因为，受热后融化收缩会造成外保温系统脱落，存在安全风险，熔融滴落物易成为新的点火源，造成更大的火灾风险。