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巖棉薄抹灰外墻外保溫系統（ETICS）中如何選用巖棉板



摘要：巖棉作為外墻外保溫薄抹灰應用中的一種保溫材料，在歐洲和美洲市場已經取得了長期的發展和驗證，從中國的使用看，對巖棉的薄抹灰系統應用在2010年開始被接受。從走過的短時間看，其中難免會遇到一些誤解或非合理的應用，結合國外的實際應用，本文從巖棉板受力理論推演，闡述巖棉受力的實質，以及如何選用合適的巖棉板，試拋磚引玉。

1背景

在國內的巖棉外墻外保溫使用中，出于安全和市場的考慮，對巖棉板的強度進行了限制。其出發點是：假設市場使用的巖棉較差，或者通過加設這一高要求，期望本來供貨的巖棉為了達到10KPa，廠家就必須提高產品質量，或許這些廠家供貨的產品實際強度在7Kpa，而在實踐中，正規按照產品要求出貨，誠實的企業不得不提高產品的密度以達到10KPa的要求，而有些廠家通過一些偷梁換柱，以次充好，最終在

參考國外的編制標準，在EN13500中，對礦物棉板用于外保溫復合系統的礦物棉板應該遵守EN13162和表1的要求，在GB/T25975-2010中，已經將{zdj0}別的強度提高到TR7.5了，如果在各地標中進一步提高，對中國巖棉市場的發育是負面的，對于巖棉板的選擇余地將非常有限（表1）。

表1礦物棉板的產品要求（EN13500）

市場中出現了“劣品逐良品”，好的巖棉不僅沒有被推廣，

性能

要求

反而被以次充好，影響了一個產業的健康發展。

要做到高抗拉強度的產品，需要將密度提高到一定的范

數值分級/水平/限制值

熱阻RD≥1.0m2·k/w限制值

圍，廠家為了達到要求，必須提高容重或有機物含量，但是有機物含量是有限制的（燃燒性能），所以只有提高容重；但是當容重（密度）被提高后，產品的{zd0}厚度會被限制，以目前中國的生產產能看，2～2.5萬噸級別的巖棉生產線都存在這一限制。

垂直于表面的拉伸力礦物棉板由膠粘劑固定礦物棉板由軌道固定*礦物棉板由錨固件固定*礦物棉板由錨固件及增強

材料固定*

≥80KPaTR80

≥15KPaTR15

≥7.5KPaTR7.5

＞5KPaTR5

隨著節能標準的不斷提高，保溫層的厚度增加；而且，隨著巖棉容重的提高，導熱系數增加，對于保溫毫無幫助，而且還會降低性能；合適的產品對于社會資源來講，也可以減少更多的資源消耗。

28|CHINAHOUSINGFACILITIES

參考EN13500中，在實際的應用中：

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FR80～FR100的巖棉帶，滿粘，可以考慮使用粘接劑固定，局部使用錨栓加固；FR5～10巖棉板，部分粘接，可以考慮使用錨固件固定，局部錨栓加密；或粘接錨固共同固定；

FR15級別的產品，主要應用于使用龍骨固定，錨栓和粘接劑輔助。

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圖4

圖1

圖2

圖5

圖3
圖6

2系統理論受力分析

提高很多；而且，主要的濕熱荷載導致面層砂漿的變形，還

除開巖棉帶（國內也稱豎絲巖棉）的應用，本節主要探

有保溫層的變形，都需要基層與保溫層之間的粘接砂漿固定。

討錨栓盤穿透網格布的應用方式。

所以，即便考慮全部由錨栓受力，也必須使用砂漿層粘貼。

做法：巖棉板，雙層網格布加強，錨栓固定，錨栓盤位

在上圖的模型中，錨栓將主要承受風荷載，錨栓盤與面層砂

于{dy}層網格布上（圖1）。

漿網格布結合的部位承受風荷載與濕熱荷載的組合荷載，而

以下從不同的粘貼面積分析受力：

局部的巖棉板仍然受力。

受力的過稱參考下面，粘接面積較小（40%～50%）的

當使用不同數量的錨栓時，模型如下（圖4）。

過程（圖2）。

每件板材使用3個錨栓固定（單位面積為4.2個），每

在荷載很小的時候，整個巖棉板是參與受力的，而且巖

個受力的單元如右圖，每個單元由4個錨栓承擔荷載，每個

棉板是主要的受力部位（圖3）。

單元可以看成矩形區域（圖5）。

當荷載較大，巖棉可能產生變形，可能的情形是：巖棉

在增加錨栓數量，錨栓的排布參考上圖，呈交錯的排列，

板彎曲，巖棉板內部剝離；或者，巖棉在錨栓固定的部位出

每件板材使用4個錨栓固定（單位面積為5.6個），每個受力

現剪切破壞，一旦巖棉的抗拉強度達到極限，就可能出現右

單元為三角形，而且三角形受旁邊的影響。

圖所示的局部剪切破壞，巖棉表現為斜向的破壞。在這一狀

如果從受力看，在適量增加錨栓數量的條件下，這樣的

況下，主要受力的部位是：錨栓，錨栓盤與面層的砂漿層，

受力方式更合理；每個單元的面積大大減少（圖6）。

以及在斜向上局部的巖棉還會起輔助受力。

如果需要進一步增加錨栓，每一個受力單元如果面積

從這一受力破壞的推理中可以很清晰看到，巖棉板使用

要有效減小，需要在一塊板材上加設8個錨栓（單位面積為

錨栓固定時，在錨栓的位置，巖棉板使用砂漿粘貼對受力的
11個）。

2013.1-2|29

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圖8圖9圖10

圖7

圖11

如果考慮錨栓全部受力，如果簡單地認為加設錨栓數量就一定能提高系統的荷載承受能力，理論上并不是！從理論的力學分析，關注到每個受力單元，在某些地方錨栓密。某些區域錨栓疏時，針對整個系統而言，有效的錨栓只能考慮分布最極限的地方，當然，局部增加錨栓，會提高附近區域的承載力。

結合細部和受力的模型，從極限的條件看，受力可以使用錨栓全部受力，局部的巖棉也參與受力，巖棉受力的區域是剪切破壞后保留區域，而且巖棉板在剪切破壞（或變形）的過程中剪切力非常大，因為力的方向和主要的纖維垂直，如果假設錨栓盤和錨栓受力部位沒有位移，每個錨栓附近巖棉的剪切強度值會增加系統的整體強度。所以，在外墻用巖棉板中，當巖棉板的厚度增加時，在其它條件不變的條件下，對整個系統的安全性能是會得到提升，因為巖棉受力后，在錨栓盤附近的剪切力會增加。在粘接面積較小的系統中（50%左右），系統的承載力由錨栓主導，同時和使用的巖棉板厚度、巖棉板的抗拉強度、剪切強度有一定的關系（圖7）。

當系統使用較多面積的砂漿粘貼時，受力的情況便會發生稍許變化。和粘接面積較少區域相比，一旦粘接面積較大，巖棉在風壓增加的過程中會主要參與受力。從巖棉板的應力與應變的關系看，巖棉即使達到破壞的強度，本身的變形仍然非常小，而且在荷載施加的過程中，由于面層的變形，荷

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載會傳遞到錨栓中，所以大面積的粘貼后，巖棉板的受力是保溫層與錨固件同時受力，如同前面的分析，在荷載相對較小的時候是巖棉主要（大面積）受力，當荷載較大，兩者共同受力，直到某個點出現破壞。

這里有個關鍵點，即巖棉板的抗拉強度與粘接面積的配

合問題，并非全部粘貼就一定合理，參考圖8。

如前所述，即使滿粘設計，從實際工程中的情況看，實際的有效粘接面積也不過50%～70%，如果使用強度較大的巖棉滿粘，如強度TR10以上的產品，即使在{zd0}的風壓荷載（如風壓達到5KPa），巖棉內部也不會出現破壞；但是，巖棉板和基層的粘接之間由于不是{bfb}粘接，被荷載破壞的幾率可能大些，所以可能表現為巖棉板抗拉有效而粘接區域失效。

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在這種條件下計算系統的承載能力時，wq可以看做巖

棉板主要受力，而錨栓則次要受力。

但是如果使用強度較低的巖棉板，粘貼面積為滿粘，出

現的受力又是一種，見圖9。

巖棉滿粘，如使用強度較低的TR5（參考EN13500中的級別劃分），在受到荷載作用時，巖棉內部出現破壞，在這種條件下，整個系統的受力承載力和局部粘接沒有太大的區別（圖10）。

所以在國外的礦棉（WM）應用于外墻中時，在滿足荷

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表2安全性試驗及驗證

試驗評判要求

1、面層砂漿和巖棉的粘接強度，【5.1.4.1.1】破壞面在巖棉板內部，【6.1.4.1.1】

系統試驗

2、靜態荷載，泡沫塊模擬風壓試驗，【5.1.4.3.2】【6.1.4.2.1】

3、荷載下的位移試驗，【5.1.4.2.1】【6.1.4.2.1】

4、巖棉板抗拉強度試驗（受力方向與板面垂直），

【5.2.4.1】大于設計值，【6.2.4.1】

組件試驗

5、巖棉板的剪切強度與剪切模量（垂直巖棉板面），

【5.2.4.2】【6.2.4.2】

6、面層砂漿網格布層，【5.5.4.1.】通過裂縫寬度確定，【6.5.4.1】

7、錨固件抗拉拔強度，【5.3.4.1】【6.3.4.1】

代號可參考ETAG004,GuidelineforEuropeantechnicalapprovalofexternalthermalinsulationcompositesystem(ETICS)

withrendering.

1、面層砂漿和網格布；3、巖棉板剪切破壞；

圖12

4、錨栓盤破壞；5、巖棉板拉伸破壞；6、錨栓拉拔破壞

載的條件下，有TR5的產品，而且粘接的面積很明確在大于

使用高強度的巖棉板，可以提高粘接面積以達到整個系

40%，從純粹的力學分析看，歐洲的這種應用是有理論依據并

統的整體強度，在設計受力時，計算方式需要以錨固受力或

且是合適的。

粘接受力來計算。

所以，關于巖棉板和錨栓結合的系統，在設計系統做法

在以錨固受力計算時，高素質錨栓件的作用明顯，錨栓

時如何選用巖棉級別和粘接面積，可以從以下的思路考慮：

的排布也非常重要，要經過設計，盲目增加錨栓數量或隨意

首先明確巖棉的極端老化（參考ETAG中的試驗方法，

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安裝，對整個系統的力學承載力沒有任何貢獻。

70°C,RH95%,28D）后的強度，考慮荷載；然后，如果荷載

較厚的巖棉板，如80mm以上，會對系統的安全有貢獻，

大于老化后的強度，粘接面積可使用40%～50%，對于強度

但同時對于風壓荷載下的變形提出了挑戰。

較高的巖棉板，保留強度遠大于荷載時，可以提高粘接面積

經過上述的分析，依據已有的執行標準，在選用巖棉板時，

以提高整個系統的強度。

在提高巖棉強度，錨栓的強度增加非常重要，錨栓的強

可參考示意圖13。

錨栓受力
粘接受力

龍骨固定受力

圖13

度提高對整個系統的承載力提高起著關鍵作用，反而盲目、

隨意增加錨栓數量對系統承載力沒有任何幫助（圖11）。

使用龍骨固定，巖

3系統強度的試驗驗證（參考ETAG004-2012）

出現破壞的點參考圖12、表2。

4選用分析

錨栓受力，粘接劑僅僅為找平、避免通風空腔存在。粘接面積沒有量化，可能為20～40%，或大于40%。

粘接劑面積較大，巖棉板上加固的錨栓，作為臨時固定；在端部或窗口、轉角等部位的錨栓作為濕熱荷載的輔助固定作用。

棉受力，龍骨受力，龍骨將荷載通過錨固件傳遞到基層墻體上。

實際中也需要砂漿粘接，粘接面積約20%左右，在風壓大的區域使用錨栓

巖棉板的強度使用TR7.5甚至更低級別wq是合適的，

加固。

TR7.5的巖棉板，局部粘接，使用錨栓受力，粘接輔助，使用

在一些風壓不大的情況，是一種經濟合理的方式；

巖棉板TR7.5,TR10
巖棉板TR10,TR15

高強度巖棉板TR15

2013.1-2|31

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5系統理論受力分析

巖棉板，單層網格布加強，錨栓固定在巖棉板上。

與前面的做法區別明顯，這種系統的特點是，錨栓直接固定在巖棉上，或者，錨栓盤可以做COUNTSUNK，也即錨栓可以沉入巖棉板表面之下，可以有效避免熱橋；成本{zd1}，在滿足荷載要求的條件下，這種做法是最經濟，施工快捷，而且受力的分析簡單，在國外使用較多。

錨栓的固定方式有兩種，一種是固定在板材接縫的地方，

如圖14。

在計算錨栓的有效使用時，將錨栓固定在板材接縫的地

方可以有效發揮錨栓的所用（圖15）。

另一種是錨栓固定在每件板材上，每件板材上的錨栓就只單獨對這件板材受力。在進行受力分析時不同。參考圖16，錨栓作用在板材上時，靠近板材邊緣的錨栓作用有限，影響區域會減少，在同樣力學要求下，錨栓的使用量會增加。

以下從不同的粘貼面積分析受力：

受力的過程參考下面，首先示意粘接面積較小

（20%～40%）的過程（圖17）。

在風荷載和面層砂漿濕熱荷載的作用下，面層砂漿和巖棉層表面之間的粘接力是一個重要的考量指標，而面層砂漿和巖棉板之間的粘接的強度會wq體現在巖棉表面，所以，巖棉表面必須做好界面處理，讓巖棉和砂漿wq粘接好。從很多工程實踐可以看出，在進行系統的拉拔試驗時，或實驗室的試驗，或者工程中的拆除時，破壞面多發生在巖棉的表面，砂漿僅僅粘貼了巖棉表面的纖維。

從上圖可以看出，面層砂漿和巖棉是wq獨立的。所以

這里是關鍵的受力部位之一。

如果面層的粘接力足夠大，隨著荷載的增加，主要的受

力部位是巖棉與錨栓共同承擔（圖18）。

如果荷載進一步增加，巖棉產生變形（從應力與彈性模量關系看，巖棉的變形其實有限），可能出現破壞的部位在于：巖棉層出現破壞，被拉力破壞；如果錨栓強度足夠大，也可能是在錨栓周圍的巖棉被拉穿破壞，也即是剪切破壞；如果錨栓的強度不夠，會將錨栓從基層中拔出。

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在這種系統的分析中，巖棉其實一直在參與受力，至少在錨栓周圍的巖棉，只要錨栓沒有位移、錨栓盤強度足夠，錨栓整體沒有被破壞，巖棉一直參與受力。當然，前提是錨栓附近發熱巖棉與基層墻體之間有砂漿粘接固定。

無論是巖棉板被剪切破壞還是被拉伸破壞，巖棉和錨栓

32|CHINAHOUSINGFACILITIES

圖14

圖15

圖16

圖17

圖18

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對整個系統起決定性的作用，提高巖棉板強度同時如果提高
接強度一起系統考慮；

錨栓數量和錨栓的承載力，才能使整個系統的綜合力學性能

無論如何考慮設計受力，即使wq由錨栓承擔，巖棉都

平衡，即：面層的強度、保溫層與錨栓的強度接近，否則單

需要使用砂漿粘接，在錨栓盤壓住巖棉的部位有砂漿粘接到

純提高某一種材料是會導致浪費，也不會對系統整體的力學

基層上；

承載力提高。在一些模擬的計算中，如：使用TR7.5板材，每

提高巖棉板強度同時需要增加粘接面積才能發揮巖棉高

件板材使用0.4KN的錨栓比0.6KN的合理；而使用TR10巖棉

強度（垂直于巖棉板表面的剪切力）的優勢。

板時，使用強度大的錨栓、或增加錨栓數量就更合理，可以有效提高系統的強度。

使用較厚的巖棉板（如80mm以上）可以得到gaq的系統。

經過上述的分析，依據已有的執行標準，在選用巖棉板時，

不同種類的系統，如何使用巖棉，可參考圖20。

6系統強度的試驗驗證（參考ETAG004-2012）

出現破壞的點參考圖19、表3。

圖20

錨栓受力為主，粘接受力為輔

7結語

在單層網格布的系統中，受力一般都已錨栓受力為主，

粘接砂漿僅僅起輔助受力。錨栓的作用很大，使用高素質的保溫錨栓非常重要，錨栓的排布也非常重要，是使用在接縫

20%~50%粘貼面積，錨栓固定，粘接劑僅僅為找平、避免通風空腔存在。

粘接面積沒有量化，可能為20%~40%，或大于40%。

依據錨栓拉拔力、錨栓的分布，巖棉的拉穿力，設計系統。

地方還是板材上需要做預先的設計；

在實際的系統設計時，巖棉板的強度提高后，可以提高

粘接面積已達到整個系統的整體強度，同時和面層砂漿的粘

巖棉板TR7.5,TR10，TR15

1、面層砂漿和網格布；2、巖棉板拉伸破壞；

3、錨栓盤部位巖棉剪切；4、錨栓拉拔破壞圖19
表3安全性試驗及驗證

試驗評判要求

1、面層砂漿和巖棉的粘接強度，【5.1.4.1.1】破壞面在巖棉板內部，【6.1.4.1.1】

2、靜態荷載，泡沫塊模擬風壓試驗，【5.1.4.3.2】*【6.1.4.3.2】

系統試驗

3、荷載下的位移試驗，【5.1.4.2.1】【6.1.4.2.1】

4、錨栓與保溫層拉穿試驗，【5.1.4.3.1】均值和最小值，【6.1.4.3.1】

4、巖棉板抗拉強度試驗（力的方向與巖棉板垂直），

【5.2.4.1】大于設計值，【6.2.4.1】

組件試驗

5、巖棉板的剪切強度與剪切模量（垂直巖棉板面），

【5.2.4.2】【6.2.4.2】

6、面層砂漿網格布層，【5.5.4.1.】通過裂縫寬度確定，【6.5.4.1】
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7、錨固件抗拉拔強度，【5.3.4.1】【6.3.4.1】

代號可參考ETAG004,GuidelineforEuropeantechnicalapprovalofexternalthermalinsulationcompositesystem

(ETICS)withrendering.

*說明：是否需要進行靜態荷載的泡沫塊模擬風壓試驗？在做過巖棉板與保溫層的拉穿試驗后，可以僅設定層一個選做項。