摘要：指出了目前我国建筑节能领域客观存在的五大矛盾，重点介绍了填补国内外空白的GBF玄武岩纤维防火保温板及外墙外保温应用系统的创新性，并阐述了其特别适合应用于民用高层建筑、公共建筑和被动房等绿色建筑中推广的重要意义。
关键词：建筑节能 解决方案 玄武岩纤维保温板 外墙外保温应用系统
前言
我国自《建筑设计防火规范》（GB50016-2014）正式颁布后，对建筑外墙外保温纷纷扰扰的争论虽然已告一段落，但是在高层建筑的节能方面还存在着许多亟待解决的问题和矛盾。我国幅员辽阔，有自己特殊的国情，我们应十分重视通过自主创新筛选出几种理想的保温材料和外墙外保温系统，以切实满足我国建筑节能安全、有效、长期的需求。
目前，我国建筑外墙外保温尚存在着如下五大矛盾：一是节能与防火的矛盾；二是短寿命保温材料与建筑长寿命之间的矛盾；三是民用住宅建筑高度100米以下用B1级保温材料与要求门窗耐火极限0.5小时规范之间的矛盾；四是单一节能性能优异的有机保温材料与建筑外墙需承受复杂多变的严酷气候环境之间的矛盾；五是国内名类繁“多”的保温材料与节能有效、安全可靠、耐久性强的新型保温材料“少”之间的矛盾。此外，我国的建筑节能还存在一个严重的误区：拼低价、拼低成本，只顾外墙外保温初始投入的低廉成本，不管后期维修尚需支付的高额成本。很多建筑外墙外保温工程完工还没多久，结果就出现了大量的砂浆开裂、脱落、渗漏、空鼓等现象，乃至砸死砸伤行人及砸坏车辆、多地火灾频频等严重事故，从而导致了业主为此“低成本”付出高昂的代价。显而易见，不顾质量的外墙外保温的所谓低价格，实际上是与绿色建筑追求全寿命成本降低的基本要求相悖的！目前，建筑节能市场存在的很多困惑和问题，实际上是法制缺位，政府引导不力、监管不严，多方利益博弈，自主创新驱动不足、老百姓被蒙在鼓里的表现。这几年浙江等地严格规定将传统保温材料应用范围限制在27米以下的建筑高度。真可谓“想说爱你不容易”。显然开展新型保温材料的创新势在必然。毋庸置疑，解决这一些困惑问题的要“践行材料先行和绿色发展理念”【1】，根本出路在于创新！
建筑节能材料的创新是绿色建筑尤其是建筑节能工程创新的基础和支撑，然而，仅仅有保温材料的创新是不够的，还需要有外墙外保温应用系统的配套完善。笔者牵头从事玄武岩纤维防火保温板及其外墙外保温系统的研究开发和示范实践已有近7年。研究开发的基本思路是：从既节能又防火的新材料出发，开发出与新型保温材料以及与外墙外保温应用系统相配套的技术规程，从而在建筑节能工程应用中寻求一个节能效果、耐久性、安全性均好，且性价比较高的解决方案。
1、GBF板的结构及性能
GBF玄武岩纤维防火保温板（以下简称GBF板）由浙江石金玄武岩纤维股份有限公司研究开发。GBF是英文Green Basalt Fiber的缩写，G代表Green，绿色，BF是玄武岩纤维BasaltFiber英文的缩写。
GBF板的研发起始于“2.9”央视新址北配楼火灾事故发生后的2009年。保温板使用的新材料是由该公司生产的完全不同于岩棉的“连续玄武岩纤维”。
2.1 GBF板的分类及结构
GBF板分为两类板：一类是GBF实心板；另一类是GBF夹芯板。
2.1.1 GBF实心板
实心板是由连续玄武岩纤维短切、梳棉、针刺形成三维交错结构的玄武岩纤维毡，并掺入少量粘结剂经高温高压制成。厚度通常有3、6、8、10、20、30mm。
GBF实心板所用的GBF连续玄武岩纤维是以100%的玄武岩为唯一原料，采用我国独创的零碳排放的全电熔清洁生产技术，经高温熔融连续拉制而成的无机纤维，生产每公斤GBF连续玄武岩纤维的电耗仅为3.5度，是所有新型高技术纤维中能耗最低的。钼电极被“埋入”导热系数很低的且不宜散热的玄武岩熔体中。生产工艺简洁，生产环境无噪音、无废气、环保。因此，无论从生产工艺路线，还是从纤维的形态及性能看，它均完全不同于岩棉，不仅生产清洁、零碳排放，没有渣球含量，而且酸度系数（(SiO2 + Al2O3)/(CaO + MgO)的比值）高达6.5以上，一般岩棉的酸度系数为1.6～1.8。酸度系数越高力学性能越高，化学稳定性越好，耐久性也就越好。
GBF实心板非常适合我国夏热冬暖地区建筑外墙外保温的使用，可以填补该类地区隔热材料的空白。
表1 GBF纤维的化学成分
化学成分
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
Na2O+K2O
Fe2O3+FeO
TiO2
其它
含量 %
56.97
17.02
6.02
4.6
5.78
8.35
1.82
0.29
新材料是建筑节能工程创新的基础和支撑。我国是第3个拥有完全自主知识产权生产连续玄武岩纤维的国家，并以后来者居上的态势迅猛发展，很多核心技术和产品生产规模已超过国外。目前，全世界只有俄罗斯、乌克兰和中国3个国家自主掌握连续玄武岩纤维生产的核心技术。日本、美国、法国、英国等经济发达国家本土至今没有连续玄武岩纤维的生产。现在我国的生产总量和生产工厂总数已占到了全世界一半以上。尤其是我国已经将“连续玄武岩纤维及其复合材料”列入战略性新兴产业中的重点产品指南。此外，我国符合拉制连续玄武岩纤维的火山岩储量极其丰富，构成了一大资源特点。因此，材料要先行。我国正是这一新材料的产业化保障和支撑，才会有我国绿色建筑和建筑节能的创新机遇。这正如《工业和信息化部发展改革委 科技部 财政部 关于加快新材料产业创新发展的指导意见》所指出的：“发展新材料产业是推动制造业由大变强的重要举措，是培育国家竞争新优势的必然选择。”有必要指出的是：德国国内至今没有玄武岩纤维防火保温板的生产更无此应用，我们为何要将国内的自主创新视而不见和妄自菲薄呢？
2.1.2 GBF夹芯板
夹芯板由薄的实心板（通常厚度为3～6mm）做上下两张面板，以组拼的岩棉条为芯材，面板与芯材粘结后经高温高压形成三明治结构。
图4 芯材中岩棉的纤维垂直于墙面 图5 芯材所用的岩棉条（带）
开发GBF夹芯板有两个目的：一是消除单纯岩棉板“易吸水、膨胀，坠落和皮肤刺痒”的三大缺陷；二是为采暖地区和夏热冬冷地区外墙外保温的大面积推广降低使用成本。
2.2 GBF板的性能
2.2.1 GBF板的力学性能
表2 GBF实心板、夹芯板与岩棉板性能的比较
性能比较
GBF板
岩棉
GBF实心板
GBF夹芯板
岩棉板
岩棉条（带）
抗拉强度
（KPa）
≥300
≥120
≥7.5~15
≥80
导热系数
（w/(m.k)、25℃）
0.036
0.040
0.040
0.048
密度
（Kg/m3）
≥120
≥150
≥150
≥150
注：GBF实心板、夹芯板的性能来自于国家建筑工程质量监督检验中心的检验报告，实测GBF实心板的抗拉强度为380KPa，GBF夹芯板为135KPa。
由表2可见，GBF板区别于岩棉板等传统无机保温材料和XPS、EPS、PU等传统有机保温材料的最大特点之一是力学性能特别高，这就为GBF在外墙外保温中的应用系统奠定了创新的基础。
需要特别指出的是：GBF实心板完全不同于岩棉板，不仅原料不同、化学成分不同，酸度系数高达6.5以上，比岩棉板高出近4倍，（岩棉板的酸度系数约为1.6～1.8），而且GBF板的力学性能比岩棉板高出10倍以上。即便是GBF夹芯板，通过三明治结构，将岩棉切割成条（带）状，让纤维呈“竖丝”垂直于墙面（岩棉板的纤维平行于墙面），组拼成芯材，芯材与薄的实心面板粘结而成，界面结合力强，拉伸强度极限破坏试验时，在芯材当中拉开，赋予了GBF夹芯板比岩棉板高出10倍的拉伸强度，并还有其它一系列的优异性能。试验研究表明：GBF夹芯板改变了岩棉板遇水容易膨胀、坠落，保温性能急剧下降，和拉伸强度低，容易产生PM2.5、PM10等微小颗粒及导致皮肤刺痒等几大缺陷。
2.2.2 GBF板的燃烧性能
GBF板的燃烧性能达到A1级。
国家防火建筑材料质量监督检验中心对8mm厚的GBF实心板样品进行了检验，检验依据为：国家标准GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》。检验结论：“经检验该制品燃烧性能达到A1级。”【3】
表3 GBF板燃烧性能达到A1级的检验结果
检验项目
检验办法
技术指标
检验结果
结论
炉内温升 ℃
GB/T5464 -1999
≤ 30
13
合格
持续燃烧时间 S
GB/T5464 -1999
0
0
合格
质量损失率 %
GB/T5464 -1999
≤ 50
5.3
合格
热值 MJ/Kg
GB/T14402-2007
≤ 2.0
1.2
合格
注：上述检验结果来源于国家防火建筑材料质量监督检验中心的检验报告，报告编号：201210985。
2.2.3 GBF板的防水及综合性能
示范工程的实验表明：GBF具有极好的防水性能、耐候性、耐久性、抗疲劳等性能极佳。坐落于浙江省东阳市的横店集团文荣医院进入外墙外保温石材干挂系统的施工，原本保温材料设计为岩棉板。为了确保该医院的建筑节能和患者住院后的舒适度，将岩棉板改为48毫米厚的GBF夹芯板。2.7万平方米GBF夹芯板于2014年8月开始陆续上墙后，外挂装饰使用的石材因故拖迟近一年才到货。其间GBF夹芯板全部裸露在外墙任凭其风吹雨打，先后经历了夏日的暴晒、春天的多雨、台风的吹刮，冬天的寒冻。然而这一年竟然没有一块夹芯板脱落和损坏！所有上墙的GBF夹芯板全部安然无恙（见图6、图7）。这无疑是一个奇迹！也是一个经典的工程实验。中国建筑节能协会副秘书长杨西伟也曾组织有关专家专程到浙江横店文荣医院施工现场实地察看，证实了这一事实。他们在现场看到了散落在施工地面上的一块GBF夹芯板边角余料，用作“三明治结构”面板的3毫米厚GBF实心板虽然一年中已被遇水浸透，但是撕开面板后用作芯材的岩棉仍然干燥如初，说明玄武岩纤维面板有效地抵御了遇水对岩棉侵蚀。
原来GBF夹芯板是由内外两张面板各为3毫米厚的GBF实心板组成，该实心板95%由玄武岩纤维组成；5%由特殊的粘结胶组成。玄武岩纤维面板中有无数个微孔，犹如一个干湿度调节器，应对了外墙复杂多变的自然气候；面板与岩棉界面有强力的特殊粘结胶，既粘合了岩棉芯材又犹如铺上了一层“防水透气膜”，遇水并不能渗透至岩棉芯材。正是这一种看似平淡却很巧妙的“三明治结构”消除了单纯岩棉板固有的一系列缺陷！
2.3 GBF板规模化生产线的开发
为了实现GBF板的规模化生产，浙江石金玄武岩纤维股份有限公司走自主创新的路子，自主设计开发了可以大规模生产的设备。主要设备包括：导热油加热系统、粘结剂配置及回收系统、脱水及烘干烘箱系统、板材生产线自动传输系统、大型热压机、板材切割设备等。可一次压制2.5m×6.2m的大板，每张大板可切割0.6m×1.2m标准板20张，每天可生产GBF板1万平方米。
图8 GBF板生产线
GBF板是一种既节能又防火的新型保温材料，技术来源于国家863计划成果：“玄武岩连续纤维及其复合材料”；于2015年10月5日获得发明专利“一种新型的玄武岩纤维墙体保温板的制造方法”（专利号：ZL 201110152574.7）。2014年该GBF保温板获得“国际绿色组织设计金奖”和国家科技部、环保部、质检总局等四个部委颁发的《重点新产品证书》。2016年5月11日浙江省科技厅又对浙江石金玄武岩纤维股份有限公司承担的省科技重大专项重点工业项目《玄武岩纤维墙体保温板关键技术及产业化》进行了专家鉴定并通过了项目验收。
图9 国际绿色组织设计金奖 图10 国家重点新产品证书
1、GBF板外墙外保温的两大应用系统
GBF板在外墙外保温中可分别采用薄抹灰砂浆及装饰一体化两大应用系统，且各有特点。
2.1 GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统
GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统，通常以GBF夹芯板为保温层材料，采用胶粘砂浆粘贴与锚栓固定相结合的工艺与基层墙体连接，并以抹面胶浆和玄武岩纤维网格布复合而成的抹面层，以及饰面砂浆或涂料饰面层构成的外墙外保温系统，如图9所示。
图11 GBF薄抹灰砂浆外墙外保温系统基本结构示意图
1—基层墙体；2—找平层；3—粘结层；4—GBF夹芯板保温层；5—第一道抹面砂浆层和玄武岩纤维网布；6—锚栓；7—第二道抹面砂浆；8—饰面层
由于GBF板是由同样属于硅酸盐类的连续玄武岩纤维为主要原料制成的，因此，GBF板与砂浆的界面结合力很强，抹粘结砂浆或抹面砂浆时不需要另外加界面剂，且玄武岩纤维网布仅需要加一层即可。
2.1.1 GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统的试验研究
国家建筑工程质量监督检验中心对GBF防火保温板外墙外保温系统进行了为期3个月的检验结论是：“经检验，GBF防火保温板外墙外保温系统的耐候性、抗风荷载性能、吸水量、抗冲击强度、耐冻融、水蒸汽湿流密度和抹面砂浆不透水性，粘结砂浆拉伸粘结强度、抹面砂浆拉伸粘结强度和压折比，网格布耐碱断裂强力、耐碱断裂强力保留率和断裂应变，锚栓的单个锚栓抗拉承载力标准值符合JGJ144--2004《外墙外保温工程技术规程》，和JGJ149--2003《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》中单项规定，检验结果全部合格。”【2】
为了规范该系统的推广应用，2015年经上海市建筑建材业市场管理总站批准，由上海新标工程建设咨询有限公司对浙江石金玄武岩纤维有限公司生产的已形成了《GBF玄武岩纤维面板夹芯保温板外墙外保温系统应用技术规程》（SQBJ/CT208-2015）的上海市建筑产品企业应用标准。该标准对薄抹灰砂浆系统和非透明幕墙工程具体施工应用GBF夹芯板作出了详细的规范。2016年3月经专家论证，浙江省住建厅同意对《GBF夹芯保温板幕墙保温系统应用技术规程》予以备案。
2.1.2 GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统的主要特点
GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统与XPS、EPS，以及岩棉板在薄抹灰砂浆外墙外保温中施工时的工艺、流程上并没有太大的区别，从而避免了现场施工人员在用该新产品施工时的不适应和茫然。不仅如此，由于GBF板自身的独特结构和优异性能，系统应用时具有如下特点：
（1）施工简便、效率高，并可在现场切割GBF板；
（2）耐候性好，饰面层不会出现气泡、砂浆开裂和脱落；
（3）耐冻融，不变形、不易产生裂缝，防水性能很好；
（4）耐久性强，与建筑同寿命。
2013年10月，GBF板薄抹灰砂浆外墙外保温系统首先应用于沈阳市绿色建筑委员会圆弧形大楼的节能改造项目（见图12），两年后，2015年11月沈阳市建筑节能墙改办给出了用户证明：“我办对该馆进行了既有公共建筑的节能改造，其外墙外保温为薄抹灰砂浆系统，使用了由浙江石金玄武岩纤维有限公司生产的GBF玄武岩纤维夹芯保温板1200平方米，GBF夹芯板的规格为600X600X100mm厚。在使用过程中，我们发现该产品施工方便，质量安全可靠，比传统的岩棉保温板力学性能更优越，同时，基本消除了岩棉纤维对工人皮肤健康的影响。现使用近两年后，发现保温及隔热效果很好，墙体表面也没有任何质量问题，各项质量指标符合既有公共建筑节能改造和被动房外墙外保温的要求，作为产品的使用单位我们很满意。”
图12 GBF板薄抹灰砂浆系统在外墙外保温中的施工
2.2 GBF保温装饰一体化复合板外墙外保温应用系统
GBF保温装饰一体化复合板外墙外保温应用系统是将在工厂加工制成的GBF保温装饰复合板（由带装饰面的面板材料与GBF板粘结复合而成），通过粘锚结合的安装方式，固定在墙体表面，并对板缝进行处理后所形成的外墙外保温装饰一体化系统。
GBF保温装饰复合板系统适用于钢筋混凝土、混凝土多孔砖、混凝土空心砌块、粘土多孔砖、加气混凝土砌块等材料为基层的外墙， 基层墙体（除加气混凝土砌体墙外）应做1:2.5水泥砂浆（WPM15、DPM15）找平层，其厚度应≥12mm。加气混凝土砌体墙应涂刷专用界面剂后，做薄层水泥砂浆找平层，找平层与基墙应粘结良好。
2.2.1 GBF保温装饰一体化复合板外墙外保温应用系统的主要特点
该系统的最大特点可以采用“无龙骨”的石材干挂，如图9所示：
图13 GBF保温装饰一体化石材干挂外墙外保温系统基本结构示意图
1—基层墙体；2—粘结层；3—保温层；4—GBF保温装饰一体化复合板饰面层；5—背栓螺钉加固件
由于没有传统概念上的“龙骨”，达到了“节材”的目的。GBF保温装饰一体化复合板直接粘贴于1:2.5水泥砂浆的找平层上，每块复合板用背栓螺钉加固在墙体上，为了有效可解决GBF保温装饰一体化复合板（包括用12～15mm厚的石材做饰面的复合板）锚固的安全性，对每层复合板上下两边再进行平行横向的“边框式”锚固，且保温板紧贴石材饰面相衬可以有效防止石材的破碎。
为了规范该系统的应用，浙江石金玄武岩纤维股份有限公司目前已形成了《GBF保温板装饰一体化复合板应用系统技术规程》的企业标准，并正在向有关省份的有关部门申请将其转化为地方的推荐性标准。
1、GBF板及应用系统在建筑节能中的创新性及推广意义
（1）它在国内外首次将综合性能优异的玄武岩纤维用于外墙外保温，并配套了应用系统，具备5个属性（节能性、安全性、耐久性、环保性、便利性）的和谐统一。因此，可以探索走一条“中国创造”的“材料防火”的建筑节能新路子，以促进我国建筑节能实现自主创新的发展。
（2）它可以有效地解决我国高层建筑及公共建筑外墙外保温现实中“节能”
与“防火”不能兼顾的老大难问题。
（3）它为丰富外墙外保温的薄抹灰砂浆应用系统和保温装饰一体化应用系统提供了一种新的选择。
2、结论
（1）GBF板是一种导热系数低、防火性能优异、综合性能好、与建筑同寿命的既节能又防火的新型保温材料。
（2）GBF玄武岩纤维防火保温板薄抹灰砂浆外墙外保温应用系统适合用于我国民用高层建筑、公共建筑及其被动房等绿色建筑的外墙外保温（包括夏热冬暖地区的外墙隔热）。
（3） GBF玄武岩纤维防火保温装饰一体化复合板通过粘锚结合的安装方式，固定在墙体表面，不仅可以达到节能的目的，而且可以达到显著的“节材”效果，可大幅度降低建筑外墙外保温装饰一体化的成本。
参考文献：
【1】 《工业和信息化部 发展改革委 科技部 财政部 关于加快新材料产业创新发展的指导意见》
【2】 国家建筑工程质量监督检验中心GBF防火保温板外墙外保温系统检验报告，报告编号：BETC--HJ2--2013--365第1页
【3】 国家防火建筑材料质量监督检验中心GBF防火保温板燃烧性能等级的检验报告。报告编号：201210985，第1页
