柳宸宇 1 史宏茹 1 趙永平 1 劉樹文 2 (1. 中建交通建設集團有限公司，北京 100142;2. 中星眾安保溫科技(山東)有限公司，濟南 250001)

　　摘　要　為解決目前我國嚴寒和寒冷地區高節能率及防火設計難題，研發制備壓制無機微珠硅塑(GSG)板，實現建筑外墻保溫工程 A 級防火和節能保溫。本文通過研究分析無機微珠硅塑(GSG)板的生產制備特征和材料組成特點、主要性能特點、建筑保溫系統構造形式、不同保溫材料建筑熱工設計結果、防火設計應用分析、粘結錨固特點以及典型工程案例等，綜合對比分析其保溫性能優勢、防火性能優勢和工程應用經濟合理性特點，為現階段我國建筑節能高質量健康發展提供可行性對策建議。

　　關鍵詞　建筑節能;壓制無機微珠硅塑(GSG)板;防火設計;外墻保溫工程 ; 嚴寒和寒冷地區

　　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 板薄抹灰外墻外保溫技術問世以來，已不斷成熟發展并廣泛應用，目前相關工程應用研究已有近 70 年歷史。2015 年，《建筑設計防火規范》(GB 50016-2014)實施以來，B 級保溫材料如 EPS 板、XPS 板、PU 板等因防火設計要求在建筑外墻保溫工程中應用范圍受限，市場占有率有所下降。而 A 級保溫材料如巖棉板等因吸水率高、密度重、熱工性能差等不利原因，也難以被市場青睞認可。同時，隨著北方寒冷地區和嚴寒地區的節能率要求提升，外墻保溫層的設計厚度越來越大，對建筑粘結連接平安帶來很大隱患，大多傳統外墻保溫技術產品在同時滿足建筑熱工和防火設計條件下，其在適用范圍、耐久性和經濟合理性等方面的綜合性價比并不高。因此，研發節能且經濟合理的壓制無機微珠硅塑(GSG)板迫在眉睫，十分必要。

　　一、壓制無機微珠硅塑(GSG)板 1. 生產制備特征和材料組成特點壓制無機微珠硅塑(GSG)板的構造組成和成型生產工藝較為簡單，主要是以無機陶瓷微珠、聚苯乙烯泡沫顆粒、硅塑材料等為保溫材料基體，與非菱鎂類無機材料處理劑復合制成，是燃燒性能等級為 A(A2)級的勻質板狀不燃制品，簡稱 GSG 板。在生產制備工藝上，壓制無機微珠硅塑(GSG)板由聚苯乙烯顆粒、硅酸鹽水泥等無機膠凝材料、摻合料與低導熱系數的熱固性阻燃型硅塑材料，經壓制成型后養護而成。 2. 主要性能特點 GSG 板主要性能指標見表 1，

其突出特點有三點 ：一是燃燒性能等級為 A(A2)級，屬于現行國家標準《建筑設計防火規范》GB 50016- 2014(2018 年版)的 A 級不燃保溫材料 ;二是有別于傳統的無級保溫材料，其導熱系數區間約在0.042~0.048W/(m?K)，低于常用的無級保溫材料導熱系數，保溫性能較好 ;三是密度低于傳統的無級保溫材料，約在 130~180kg/m3 ，有利于保溫板材粘結固定和提高連接平安性。其性能特點主要是充分發揮聚苯乙烯顆粒以及硅塑材料、陶瓷微珠等閉孔材料的保溫性能，同時，輔以無機材料包裹周邊，形成防火分倉構造，達到勻質板材內部防火不燃的功效，目的是滿足建筑節能熱工設計和防火設計。因其產品防火性能可靠(Guarantee)，保溫性能優良，體現科技創新(Science)和綠色發展(Green)，為體現產品特點，因此簡稱該產品為“GSG 板”。

　　二、壓制無機微珠硅塑(GSG)板建筑保溫系統構造基于 GSG 板的保溫和防火設計特點，除將其用作粘錨結合的薄抹灰外墻外保溫系統外，還可將其復合無機飾面板材制備成為 GSG 保溫裝飾板，同時為適應建筑保溫結構一體化技術發展，GSG 板兩側復合罩面抗裂纖維砂漿等復合而成 GSG 復合保溫外模板。因此，在工程應用實踐中，常用的以 GSG 板為保溫芯材的建筑外墻保溫系統主要有 3 類 ：壓制無機微珠硅塑(GSG)板薄抹灰外墻外保溫系統、壓制無機微珠硅塑(GSG)保溫裝飾板外墻外保溫系統和壓制無機微珠硅塑(GSG)外模板現澆混凝土無空腔復合墻體保溫系統三個子系統，其保溫系統基本構造見表 2~ 表 4。

     可以看出，3 種保溫系統均采用 GSG 板作為保溫芯材或者母材基板，主要目的是發揮其 A 級不燃的性能優勢和導熱系數較低的保溫性能優勢。同時，在粘結固定和連接性能方面，壓制無機微珠硅塑(GSG)板薄抹灰外墻外保溫系統和壓制無機微珠硅塑(GSG)保溫裝飾板外墻外保溫系統依然采用傳統的粘錨結合方式，有利于設計、施工和驗收，也有利于節省工程造價。此外，為了提高保溫板材與結構基層墻體的同壽命使用難題，采用 GSG 復合保溫外模板作為現澆墻體的免拆外模板，與基層混凝土墻墻體同步設計澆筑在一起，同時輔以帶倒刺及防外滑移的專用連接件予以加強固定，有效避免了保溫板的脫落隱患。因此，基于以上 3 類特點的建筑外墻保溫系統，擴大了 GSG 板的使用范圍，發揮了其防火和保溫性能優勢，沿用傳統連接固定方式，有利于經濟合理性。

　　三、 不同保溫材料建筑熱工設計對比分析陳一全在《聚苯乙烯無機漿體復合發泡聚氨酯保溫板性能研究與工程應用探析》指出，以寒冷地區山東省高層住宅建筑為例，據《居住建筑節能設計標準》DB37/5026-2014(節能 75%)建筑外墻進行熱工計算分析時的傳熱系數限值 K = 0.45 W/(m2 ?K)，對高層住宅主要為鋼筋混凝土剪力墻結構，常用 200mm 厚度的鋼筋混凝土墻體薄抹灰外墻外保溫系統，對應不同保溫材料的理論設計厚度計算見表 5。

      可見，同為 A 級保溫材料，其保溫性能略優于巖棉材料，但克服了巖棉吸水率高、自身拉拔強度過低等性能劣勢。

　　四、防火設計工程應用分析根據現行《建筑設計防火規范》GB50016- 2014(2018 年版)，采用 A 級不燃保溫材料，無需再另行設置防火隔離帶和耐火完整性不低于 0.50h 的節能門窗，也無需設置每層的防火隔離帶。主要是因為防火隔離帶的設置增加了建筑成本和施工難度，而耐火完整性門窗設置要求不僅大大增加了保溫工程成本，也對門窗行業提出了更高的防火和節能標準要求，其節能 75% 所需耐火型三玻雙中空節能門窗成本約為非耐火型節能門窗的 2~3 倍，材料性能較低，大大增加了保溫工程應用成本。因此 GSG 板在建筑外墻保溫系統中的工程應用，很好的解決了工程應用防火設計難題，不論從建筑類型(工業建筑或民用建筑，公共建筑或住宅建筑等)、建筑高度(低層、多層或者高層建筑)、建筑功能部位(人員密集場所等)，其適用范圍都不受限制，方便設計、施工和工程應用。

　　五、粘結錨固特點盡管 GSG 板對比傳統無機保溫材料有諸多優勢，如密度更低、導熱系數更低，其防火性能和保溫性能更好，但是相對傳統的 B 級保溫材料而言，其密度還是偏大，因此為了提高其與基層墻體的連接性能，應采取必要的加強措施。

　　1. 壓制無機微珠硅塑(GSG)板薄抹灰外墻外保溫系統對于 GSG 板薄抹灰保溫系統，應采用粘結為主、錨固為輔的粘錨結合方式將 GSG 板粘貼固定在基層墻體上，并采用條粘或點框粘法與基層墻體粘結固定，且總的有效粘貼面積不應小于 GSG 板面積的 60% ;在外墻陰角、陽角以及門窗洞口周邊部位應采用滿粘法予以加強，且有效粘貼面積不應小于 GSG 板面積的 80%。同時規定，錨栓設計和布置方式應由設計確定。錨栓設計數量每平方米不得低于 8 個，在墻面陰、陽角等特殊部位應適當增加錨栓數量。

　　2. 壓制無機微珠硅塑(GSG)保溫裝飾板外墻外保溫系統

　　對于 GSG 裝飾板保溫系統，應采用粘結為主、專用連接錨固組件錨固為輔的粘錨結合方式將 GSG 保溫裝飾板固定在基層上 ;GSG 保溫裝飾板與基層墻體應采用滿粘法，且有效粘貼面積不應小于 GSG 保溫裝飾板面積的 80% ;同時規定，專用連接錨固組件應符合 GSG 裝飾板保溫系統的安裝工藝要求，錨栓應為旋入式錨栓，與混凝土基層墻體的受拉承載力標準值不應低于 0.60KN，與其他基層墻體的受拉承載力標準值不應低于 0.50KN。此外，要求 GSG 保溫裝飾板應采用邊棱固定，固定邊棱不少于兩條平行邊，緊固件應固定裝飾面板，不得僅固定保溫材料，錨固點數量不應少于 8 個 /m2 且不應少于 4 個 / 塊。

　　3. 壓制無機微珠硅塑(GSG)外模板現澆混凝土無空腔復合墻體保溫系統

　　對于 GSG 外模板系統，外模板系統的連接件設置數量每平方米不得低于 6 個 ;在滿足施工現場拉拔試驗的前提下，連接件進入現澆鋼筋混凝土構件的有效錨固深度尚應不低于 25mm。連接件宜均勻、對稱布置，在墻面陰、陽角等特殊部位應適當增加連接件的數量。

　　六、典型工程應用案例項目概況 ：菏澤職業學院新校區二期建設項目，位于菏澤市牡丹區，牡丹路與長城路交匯處，是 2019 年度菏澤市主要工程項目，總建筑面積約為 169,320m2 ，總投資額約為 7.69 億元，主要包括實訓樓、圖書館、教學樓、臨時實訓教室、學生宿舍樓、學生及教工食堂、體育館、實驗樓和國際交流機電安裝和裝修工程，大多為公共建筑。該案例外墻保溫采用 GSG 板，目前已經完成樣板墻制作，正在緊張施工中，見圖 1~ 圖 6。從施工制作樣板墻的全過程圖片可以看出，其保溫系統構造簡單，施工方便，施工過程非常直觀易懂，不需要對施工技術人員進行特殊培訓，大大的方便了施工驗收工作。同時，該工程不需要另行設置防火隔離帶，也不需另行設置不低于 0.50h 的耐火窗，可有效節約工程造價，提高施工效率。

　　七、主要結論與建議通過對壓制無機微珠硅塑(GSG)板進行性能分析研究和工程應用探討，主要結論與建議如下 ：

　　1.GSG 板體積密度在 135~170kg/m3 ，導熱系數在 0.042~0.048W/(m?K)，燃燒性能等級為 A(A2)級，目前 3 項指標均能符合的同類產品較少，技術先進性明顯。

　　2.GSG 板由于在建筑外墻保溫工程中，大大發揮了其 A 級不燃防火性能優勢和導熱系數較低的保溫性能優勢，在現階段嚴寒和寒冷地區高節能率和嚴苛防火設計條件下，對比傳統 A 級材料和 B 級材料，工程應用優勢明顯。

　　3. 對建筑保溫系統粘結固定方式，采取提高有效粘貼面積比等特殊加強措施，有利于提高其保溫工程連接安全性，尤其是應對惡劣天氣以及地震等引起的脫落隱患，有效確保了外墻保溫工程的可靠性。

　　4.GSG 板采用無機 - 有機復合方式對現有傳統保溫材料進行改性研究制備，符合現階段新型綠色建材鼓勵發展方向，很好地解決了現有無機、有機保溫材料的工程應用難題，經濟合理性好，方便設計、施工和驗收，工程應用優勢明顯，對加強建筑保溫過程防火設計和促進我國建筑節能高質量健康發展具有重要意義。

　　參考文獻 ：

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　　[2] 陳一全等 . 寒冷地區居住建筑基于節能 75% 和防火設計要求的圍護結構節能技術經濟成本分析與研究 ( 下 ) [J]. 墻材革新與建筑節能 ,2017,(12):44-53.

　　[3] 陳一全 . 聚苯乙烯無機漿體復合發泡聚氨酯保溫板性能研究與工程應用探析 [J]. 北方工業大學學報 , 2019, 031(002):109-117.

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