压制无机微珠硅塑(GSG)板性能研究及工程应用优势探析

　　柳宸宇 1 史宏茹 1 赵永平 1 刘树文 2 (1. 中建交通建设集团有限公司，北京 100142;2. 中星众安保温科技(山东)有限公司，济南 250001)

　　摘　要　为解决目前我国严寒和寒冷地区高节能率及防火设计难题，研发制备压制无机微珠硅塑(GSG)板，实现建筑外墙保温工程 A 级防火和节能保温。本文通过研究分析无机微珠硅塑(GSG)板的生产制备特征和材料组成特点、主要性能特点、建筑保温系统构造形式、不同保温材料建筑热工设计结果、防火设计应用分析、粘结锚固特点以及典型工程案例等，综合对比分析其保温性能优势、防火性能优势和工程应用经济合理性特点，为现阶段我国建筑节能高质量健康发展提供可行性对策建议。

　　关键词　建筑节能;压制无机微珠硅塑(GSG)板;防火设计;外墙保温工程 ; 严寒和寒冷地区

　　Performance Research and Advantage Analysis of Engineering Application on Inorganic Micro-bead Composite Silicon Plastic Materials Board (GSG) by Compression Moulding

　　Liu Chenyu1 , Shi Hongru1 , Zhao Yongping1 , Liu Shuwen2 (1.China Construction Communications Construction Group Co., Ltd., Beijing, 100142; 2. Zhongxing Zhong’an Thermal Insulation Technology (Shandong) Co., Ltd., Jinan, 250001)

　　Abstract:In order to solve the problems of high building EE rate and fire protection design in severe cold and cold zones in China, an inorganic micro-bead composite silicon plastic materials board (GSG) by compression moulding was studied to achieve A-level fire protection and high building efficiency insulation of building external wall insulation engineering. Through the research and analysis of the production characteristics, material composition, main performance, construction forms of building insulation systems, thermal design results of different thermal insulation materials, application analysis of fire protection design, characteristics of bonding and anchoring, and typical engineering cases, the advantages of thermal insulation performance, fire protection performance and economic rationality in engineering application of GSG insulation board are comprehensively compared and analyzed,which can provide feasible countermeasures and suggestions for the high-quality and healthy development of China's building energy efficiency at present stage.

　　Keywords: building energy efficiency, inorganic micro-bead composite silicon plastic materials board by compression moulding, fire protection design, external wall thermal insulation engineering, severe cold and cold zones

　　EPS 板薄抹灰外墙外保温技术问世以来，已不断成熟发展并广泛应用，目前相关工程应用研究已有近 70 年历史。2015 年，《建筑设计防火规范》(GB 50016-2014)实施以来，B 级保温材料如 EPS 板、XPS 板、PU 板等因防火设计要求在建筑外墙保温工程中应用范围受限，市场占有率有所下降。而 A 级保温材料如岩棉板等因吸水率高、密度重、热工性能差等不利原因，也难以被市场青睐认可。同时，随着北方寒冷地区和严寒地区的节能率要求提升，外墙保温层的设计厚度越来越大，对建筑粘结连接平安带来很大隐患，大多传统外墙保温技术产品在同时满足建筑热工和防火设计条件下，其在适用范围、耐久性和经济合理性等方面的综合性价比并不高。因此，研发节能且经济合理的压制无机微珠硅塑(GSG)板迫在眉睫，十分必要。

　　一、压制无机微珠硅塑(GSG)板 1. 生产制备特征和材料组成特点压制无机微珠硅塑(GSG)板的构造组成和成型生产工艺较为简单，主要是以无机陶瓷微珠、聚苯乙烯泡沫颗粒、硅塑材料等为保温材料基体，与非菱镁类无机材料处理剂复合制成，是燃烧性能等级为 A(A2)级的匀质板状不燃制品，简称 GSG 板。在生产制备工艺上，压制无机微珠硅塑(GSG)板由聚苯乙烯颗粒、硅酸盐水泥等无机胶凝材料、掺合料与低导热系数的热固性阻燃型硅塑材料，经压制成型后养护而成。 2. 主要性能特点 GSG 板主要性能指标见表 1，

其突出特点有三点 ：一是燃烧性能等级为 A(A2)级，属于现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016- 2014(2018 年版)的 A 级不燃保温材料 ;二是有别于传统的无级保温材料，其导热系数区间约在0.042~0.048W/(m•K)，低于常用的无级保温材料导热系数，保温性能较好 ;三是密度低于传统的无级保温材料，约在 130~180kg/m3 ，有利于保温板材粘结固定和提高连接平安性。其性能特点主要是充分发挥聚苯乙烯颗粒以及硅塑材料、陶瓷微珠等闭孔材料的保温性能，同时，辅以无机材料包裹周边，形成防火分仓构造，达到匀质板材内部防火不燃的功效，目的是满足建筑节能热工设计和防火设计。因其产品防火性能可靠(Guarantee)，保温性能优良，体现科技创新(Science)和绿色发展(Green)，为体现产品特点，因此简称该产品为“GSG 板”。

　　二、压制无机微珠硅塑(GSG)板建筑保温系统构造基于 GSG 板的保温和防火设计特点，除将其用作粘锚结合的薄抹灰外墙外保温系统外，还可将其复合无机饰面板材制备成为 GSG 保温装饰板，同时为适应建筑保温结构一体化技术发展，GSG 板两侧复合罩面抗裂纤维砂浆等复合而成 GSG 复合保温外模板。因此，在工程应用实践中，常用的以 GSG 板为保温芯材的建筑外墙保温系统主要有 3 类 ：压制无机微珠硅塑(GSG)板薄抹灰外墙外保温系统、压制无机微珠硅塑(GSG)保温装饰板外墙外保温系统和压制无机微珠硅塑(GSG)外模板现浇混凝土无空腔复合墙体保温系统三个子系统，其保温系统基本构造见表 2~ 表 4。

     可以看出，3 种保温系统均采用 GSG 板作为保温芯材或者母材基板，主要目的是发挥其 A 级不燃的性能优势和导热系数较低的保温性能优势。同时，在粘结固定和连接性能方面，压制无机微珠硅塑(GSG)板薄抹灰外墙外保温系统和压制无机微珠硅塑(GSG)保温装饰板外墙外保温系统依然采用传统的粘锚结合方式，有利于设计、施工和验收，也有利于节省工程造价。此外，为了提高保温板材与结构基层墙体的同寿命使用难题，采用 GSG 复合保温外模板作为现浇墙体的免拆外模板，与基层混凝土墙墙体同步设计浇筑在一起，同时辅以带倒刺及防外滑移的专用连接件予以加强固定，有效避免了保温板的脱落隐患。因此，基于以上 3 类特点的建筑外墙保温系统，扩大了 GSG 板的使用范围，发挥了其防火和保温性能优势，沿用传统连接固定方式，有利于经济合理性。

　　三、 不同保温材料建筑热工设计对比分析陈一全在《聚苯乙烯无机浆体复合发泡聚氨酯保温板性能研究与工程应用探析》指出，以寒冷地区山东省高层住宅建筑为例，据《居住建筑节能设计标准》DB37/5026-2014(节能 75%)建筑外墙进行热工计算分析时的传热系数限值 K = 0.45 W/(m2 •K)，对高层住宅主要为钢筋混凝土剪力墙结构，常用 200mm 厚度的钢筋混凝土墙体薄抹灰外墙外保温系统，对应不同保温材料的理论设计厚度计算见表 5。

      可见，同为 A 级保温材料，其保温性能略优于岩棉材料，但克服了岩棉吸水率高、自身拉拔强度过低等性能劣势。

　　四、防火设计工程应用分析根据现行《建筑设计防火规范》GB50016- 2014(2018 年版)，采用 A 级不燃保温材料，无需再另行设置防火隔离带和耐火完整性不低于 0.50h 的节能门窗，也无需设置每层的防火隔离带。主要是因为防火隔离带的设置增加了建筑成本和施工难度，而耐火完整性门窗设置要求不仅大大增加了保温工程成本，也对门窗行业提出了更高的防火和节能标准要求，其节能 75% 所需耐火型三玻双中空节能门窗成本约为非耐火型节能门窗的 2~3 倍，材料性能较低，大大增加了保温工程应用成本。因此 GSG 板在建筑外墙保温系统中的工程应用，很好的解决了工程应用防火设计难题，不论从建筑类型(工业建筑或民用建筑，公共建筑或住宅建筑等)、建筑高度(低层、多层或者高层建筑)、建筑功能部位(人员密集场所等)，其适用范围都不受限制，方便设计、施工和工程应用。

　　五、粘结锚固特点尽管 GSG 板对比传统无机保温材料有诸多优势，如密度更低、导热系数更低，其防火性能和保温性能更好，但是相对传统的 B 级保温材料而言，其密度还是偏大，因此为了提高其与基层墙体的连接性能，应采取必要的加强措施。

　　1. 压制无机微珠硅塑(GSG)板薄抹灰外墙外保温系统对于 GSG 板薄抹灰保温系统，应采用粘结为主、锚固为辅的粘锚结合方式将 GSG 板粘贴固定在基层墙体上，并采用条粘或点框粘法与基层墙体粘结固定，且总的有效粘贴面积不应小于 GSG 板面积的 60% ;在外墙阴角、阳角以及门窗洞口周边部位应采用满粘法予以加强，且有效粘贴面积不应小于 GSG 板面积的 80%。同时规定，锚栓设计和布置方式应由设计确定。锚栓设计数量每平方米不得低于 8 个，在墙面阴、阳角等特殊部位应适当增加锚栓数量。

　　2. 压制无机微珠硅塑(GSG)保温装饰板外墙外保温系统

　　对于 GSG 装饰板保温系统，应采用粘结为主、专用连接锚固组件锚固为辅的粘锚结合方式将 GSG 保温装饰板固定在基层上 ;GSG 保温装饰板与基层墙体应采用满粘法，且有效粘贴面积不应小于 GSG 保温装饰板面积的 80% ;同时规定，专用连接锚固组件应符合 GSG 装饰板保温系统的安装工艺要求，锚栓应为旋入式锚栓，与混凝土基层墙体的受拉承载力标准值不应低于 0.60KN，与其他基层墙体的受拉承载力标准值不应低于 0.50KN。此外，要求 GSG 保温装饰板应采用边棱固定，固定边棱不少于两条平行边，紧固件应固定装饰面板，不得仅固定保温材料，锚固点数量不应少于 8 个 /m2 且不应少于 4 个 / 块。

　　3. 压制无机微珠硅塑(GSG)外模板现浇混凝土无空腔复合墙体保温系统

　　对于 GSG 外模板系统，外模板系统的连接件设置数量每平方米不得低于 6 个 ;在满足施工现场拉拔试验的前提下，连接件进入现浇钢筋混凝土构件的有效锚固深度尚应不低于 25mm。连接件宜均匀、对称布置，在墙面阴、阳角等特殊部位应适当增加连接件的数量。

　　六、典型工程应用案例项目概况 ：菏泽职业学院新校区二期建设项目，位于菏泽市牡丹区，牡丹路与长城路交汇处，是 2019 年度菏泽市主要工程项目，总建筑面积约为 169,320m2 ，总投资额约为 7.69 亿元，主要包括实训楼、图书馆、教学楼、临时实训教室、学生宿舍楼、学生及教工食堂、体育馆、实验楼和国际交流机电安装和装修工程，大多为公共建筑。该案例外墙保温采用 GSG 板，目前已经完成样板墙制作，正在紧张施工中，见图 1~ 图 6。从施工制作样板墙的全过程图片可以看出，其保温系统构造简单，施工方便，施工过程非常直观易懂，不需要对施工技术人员进行特殊培训，大大的方便了施工验收工作。同时，该工程不需要另行设置防火隔离带，也不需另行设置不低于 0.50h 的耐火窗，可有效节约工程造价，提高施工效率。

　　七、主要结论与建议通过对压制无机微珠硅塑(GSG)板进行性能分析研究和工程应用探讨，主要结论与建议如下 ：

　　1.GSG 板体积密度在 135~170kg/m3 ，导热系数在 0.042~0.048W/(m•K)，燃烧性能等级为 A(A2)级，目前 3 项指标均能符合的同类产品较少，技术先进性明显。

　　2.GSG 板由于在建筑外墙保温工程中，大大发挥了其 A 级不燃防火性能优势和导热系数较低的保温性能优势，在现阶段严寒和寒冷地区高节能率和严苛防火设计条件下，对比传统 A 级材料和 B 级材料，工程应用优势明显。

　　3. 对建筑保温系统粘结固定方式，采取提高有效粘贴面积比等特殊加强措施，有利于提高其保温工程连接安全性，尤其是应对恶劣天气以及地震等引起的脱落隐患，有效确保了外墙保温工程的可靠性。

　　4.GSG 板采用无机 - 有机复合方式对现有传统保温材料进行改性研究制备，符合现阶段新型绿色建材鼓励发展方向，很好地解决了现有无机、有机保温材料的工程应用难题，经济合理性好，方便设计、施工和验收，工程应用优势明显，对加强建筑保温过程防火设计和促进我国建筑节能高质量健康发展具有重要意义。

　　参考文献 ：

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　　[2] 陈一全等 . 寒冷地区居住建筑基于节能 75% 和防火设计要求的围护结构节能技术经济成本分析与研究 ( 下 ) [J]. 墙材革新与建筑节能 ,2017,(12):44-53.

　　[3] 陈一全 . 聚苯乙烯无机浆体复合发泡聚氨酯保温板性能研究与工程应用探析 [J]. 北方工业大学学报 , 2019, 031(002):109-117.

　　[4] JG/T 515-2017, 酚醛泡板薄抹灰外墙外保温系统材料 [S]. 北京 : 中国标准出版社 ,2017.