复合板(彩钢复合板是什么材料)
曹阳，吴梅生，东方建筑研究院有限公司。
岩棉板保温系统的优缺点
与节能市场上的有机保温系统相比，岩棉板保温系统更大的优势是防火安全。这是因为岩棉作为一种理想的A级保温材料，具有不燃、透气、吸音、热稳定性高等优点。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，岩棉保温板的导热系数较小，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。同时，岩棉板保温系统，尤其是岩棉板薄抹灰保温系统也存在明显的不足。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，在近几年的工程应用中暴露出很多问题，很多岩棉薄抹灰保温系统脱落。主要原因是:
1.岩棉板本身抗拉强度较低，强度范围在7.5kPa到15kPa左右。虽然岩棉板薄抹灰保温系统的施工方法明确为锚固为主，粘贴为辅，但由于施工人员技术素质不高或施工现场条件有限等因素，往往难以达到标准要求，存在安全隐患。
2.岩棉板作为一种松散的软质纤维保温材料，具有高吸水、吸湿特性，因此对施工质量和配套材料质量要求严格，施工工艺复杂。如果系统抹灰层、饰面层、网格布等配套材料的产品质量和施工存在缺陷，或者系统与其他部位连接处的防水措施处理不当，外界水分会渗入岩棉板并逐渐积累，风压、耐候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。为了满足新节能标准的要求，常规做法必然需要增加岩棉板的厚度，这样岩棉板薄抹灰保温系统的自重会变大，工程质量隐患会明显增加。
上述问题的存在，以及市场上充斥着以次充好的岩棉板和系统配套材料，对岩棉板在外墙外保温系统中的应用造成了极大的不利影响。
立式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、裸板上壁无保护、导热系数高等不利影响，设计了一种新型竖丝岩棉复合板。立式岩棉:将岩棉板按一定间隔切割并翻转90度制成的条状产品，主纤维层方向垂直于表面。与岩棉板相比，垂直岩棉的抗拉强度大大增加，达到0.10MPa以上，与常规EPS保温板相当。但它的缺点是目前垂直岩棉的宽度只能达到200mm，大部分是150mm。二是导热系数增大，约为0.043 w/(m·k)至0.045 w/(m·k)。因此，根据不同的节能设计标准，开发了两种竖丝岩棉复合板，一种是以竖丝岩棉为芯材，两面复合玻璃纤维网增强聚合物胶浆或特种柔性水泥基板材的复合保温板，称为A型竖丝岩棉复合板。其基本结构如图1所示，重点解决竖丝岩棉尺寸小，在裸板状态下施工时缺乏必要的保护层的问题。
▲图1竖丝岩棉复合板(A型)结构图
1-玻璃纤维增强聚合物水泥(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
另一种是以竖丝岩棉和有机保温材料为芯材，两面用玻璃纤维增强聚合物胶浆或特种柔性水泥基板材复合而成的复合保温板。标注为AB型竖丝岩棉复合板，其基本结构如图2所示。除了具备A型复合板的优点外，主要基于无机/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，重点解决垂直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-玻璃纤维增强聚合物水泥(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竖丝岩棉复合板(AB型)结构示意图
实验研究证明，硬质聚氨酯(PU)是AB型立式丝岩棉复合板作为有机保温材料的首选。首先，聚氨酯导热系数低，保温性能优异；其次，聚氨酯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。热工计算表明，70mm厚AB岩棉聚氨酯复合板的保温效果优于110mm厚A竖丝岩棉复合板。
立式岩棉复合板的性能研究
为了检验岩棉复合板的复合工艺质量，我们对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《建筑保温隔热产品抗剪性能的测定》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:聚氨酯发泡直接粘结法和岩棉/聚氨酯板粘结砂浆粘结法，并分别测试了它们的拉伸粘结强度。测试结果如表2所示。
从以上试验结果可以看出，岩棉复合保温板A和AB两侧的无机面层没有脱离保温层，无论是拉伸破坏还是竖向剪切破坏都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工艺明显优于砂浆粘结。这主要是因为当岩棉本身的多孔纤维结构被聚氨酯发泡后，聚氨酯成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。
垂直岩棉复合板保温系统的安全性和耐久性研究
竖向岩棉复合板保温系统的基本性能应满足其功能和工作环境的要求，主要包括保温性、安全性和耐久性。隔热性能主要取决于隔热材料的密度、厚度和导热系数等。AB竖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和设计要求允许的其他荷载而不造成有害破坏。另外，对于AB竖丝岩棉复合板保温系统，关键是系统会不会因为有机保温材料和无机保温材料变形差异大而被破坏。
虽然试验证明，AB型竖丝岩棉/聚氨酯复合板，特别是采用聚氨酯泡沫粘接技术复合后，无论是垂直于板面方向的拉伸强度，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，对于这种有机/无机复合保温材料，最容易导致其不稳定和不安全。面对外界环境的变化，两种材料由于材料性质不同，尺寸变化率的差异会导致较大的差异，从而可能导致损伤。
为了研究AB竖丝岩棉复合板保温系统的安全性和耐久性，我们将进行大型耐候性试验。保温系统的基本结构如下:基墙+竖丝岩棉复合板(竖丝岩棉35mm，聚氨酯35mm)+10mm厚胶粉聚苯颗粒砂浆+5mm抹灰砂浆(内复合耐碱玻璃纤维网)+饰面涂料。
同时，为了研究外界温度变化时AB型岩棉复合板保温系统各材料层的温度分布，我们在耐候性试验的同时布置了温度测点，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型建筑热工温度热流巡回检测仪，测点位于1#测点:(基墙与聚氨酯之间) 2#测点(聚氨酯间)、3#测点(竖丝岩棉间)、4#测点(聚苯颗粒砂浆间)、5#测点(抹灰砂浆间)和6#测点(试验装置内空)
经耐候性试验，AB竖丝岩棉复合板保温系统试验墙体状况良好，无饰面层起泡粉化、抹灰层起拱、脱落、开裂等现象空。窗户与外保温系统连接处表面无裂纹或破损。说明采用AB竖丝岩棉/聚氨酯复合板的外墙保温系统经受住了严格的耐候性考验，安全、稳定、可靠。另一方面也说明AB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、升温阶段和降温阶段，如表3所示。
从表3的数据可以看出，最外面的抹灰层(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，进而要求抹灰砂浆具有优良的柔韧性和抗裂性，这也是所有保温系统标准要求抹灰砂浆的抗折率≤3.0的原因。而聚氨酯(2#测点)前面有岩棉和聚苯颗粒浆料，在不同的升温和降温阶段温度变化比较均匀平缓，更高为40.6℃，更低为35.8℃。岩棉(3#测点)变化相对平缓，更高51.3℃，更低40.2℃。
对于有机/无机复合保温材料，二者尺寸变化率的差异是影响其安全性和稳定性的主要因素。同样在70℃的试验条件下，由于岩棉在高温下烧结熔化，尺寸变化率较小，长、宽、厚的尺寸变化率分别为0.1%、0.1%、0.2%，而聚氨酯的尺寸变化率分别为0.5%、0.4%、0.8%。两者差别挺大的，但为什么是AB竖丝岩棉/聚氨酯复合板保温系统呢？这主要是因为垂直丝岩棉与聚氨酯复合后，工程应用中垂直丝岩棉层在外面。由于竖向丝岩棉保温层的保护作用，一方面聚氨酯在面对外界环境温度变化时不会有较高的温度，另一方面其温度变化速率会变得相对平缓。表3中的测试数据也证明了这一点。然而，有机保温材料的尺寸稳定性与环境温度密切相关。
我们实验室对用于保温系统的聚氨酯在不同温度下的尺寸稳定性进行了测试，测试数据见表4。
表4测试数据表明，温度低于50℃时，聚氨酯的尺寸变化率较小，特别是温度在40℃左右及以下时，更大尺寸变化率在0.15%以下，与竖丝岩棉相近。因此，综合耐候性测试结果、保温系统中各种材料测点的温度数据以及聚氨酯在不同温度下尺寸变化率的测量数据，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，这也表明无机/有机复合保温材料的技术思路能够很好地融合有机保温材料和无机保温材料各自的优点，减少其单一使用的弊端。
基于以上研究，竖向丝岩棉复合板可用于多种外墙保温系统，如薄抹灰系统、现浇混凝土系统、保温装饰一体化系统等。当竖丝岩棉复合板用于不同类型的外墙保温系统时，竖丝岩棉层和聚氨酯层的厚度可以调整，以满足国家建筑设计防火规范(GB50016)和建筑节能设计标准的进一步提高。同时在安全性和耐久性方面具有稳定的性能，可以消除目前市场上对外墙保温使用岩棉产品的诸多疑虑，具有很好的市场推广应用价值。
编辑:张玲玲·安·小光
校对:张健
审核:韩峰峰
