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岩棉薄抹灰外墙外保温系统（ETICS）中如何选用岩棉板



摘要：岩棉作为外墙外保温薄抹灰应用中的一种保温材料，在欧洲和美洲市场已经取得了长期的发展和验证，从中国的使用看，对岩棉的薄抹灰系统应用在2010年开始被接受。从走过的短时间看，其中难免会遇到一些误解或非合理的应用，结合国外的实际应用，本文从岩棉板受力理论推演，阐述岩棉受力的实质，以及如何选用合适的岩棉板，试抛砖引玉。

1背景

在国内的岩棉外墙外保温使用中，出于安全和市场的考虑，对岩棉板的强度进行了限制。其出发点是：假设市场使用的岩棉较差，或者通过加设这一高要求，期望本来供货的岩棉为了达到10KPa，厂家就必须提高产品质量，或许这些厂家供货的产品实际强度在7Kpa，而在实践中，正规按照产品要求出货，诚实的企业不得不提高产品的密度以达到10KPa的要求，而有些厂家通过一些偷梁换柱，以次充好，最终在

参考国外的编制标准，在EN13500中，对矿物棉板用于外保温复合系统的矿物棉板应该遵守EN13162和表1的要求，在GB/T25975-2010中，已经将{zdj0}别的强度提高到TR7.5了，如果在各地标中进一步提高，对中国岩棉市场的发育是负面的，对于岩棉板的选择余地将非常有限（表1）。

表1矿物棉板的产品要求（EN13500）

市场中出现了“劣品逐良品”，好的岩棉不仅没有被推广，

性能

要求

反而被以次充好，影响了一个产业的健康发展。

要做到高抗拉强度的产品，需要将密度提高到一定的范

数值分级/水平/限制值

热阻RD≥1.0m2·k/w限制值

围，厂家为了达到要求，必须提高容重或有机物含量，但是有机物含量是有限制的（燃烧性能），所以只有提高容重；但是当容重（密度）被提高后，产品的{zd0}厚度会被限制，以目前中国的生产产能看，2～2.5万吨级别的岩棉生产线都存在这一限制。

垂直于表面的拉伸力矿物棉板由胶粘剂固定矿物棉板由轨道固定*矿物棉板由锚固件固定*矿物棉板由锚固件及增强

材料固定*

≥80KPaTR80

≥15KPaTR15

≥7.5KPaTR7.5

＞5KPaTR5

随着节能标准的不断提高，保温层的厚度增加；而且，随着岩棉容重的提高，导热系数增加，对于保温毫无帮助，而且还会降低性能；合适的产品对于社会资源来讲，也可以减少更多的资源消耗。

28|CHINAHOUSINGFACILITIES

参考EN13500中，在实际的应用中：

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FR80～FR100的岩棉带，满粘，可以考虑使用粘接剂固定，局部使用锚栓加固；FR5～10岩棉板，部分粘接，可以考虑使用锚固件固定，局部锚栓加密；或粘接锚固共同固定；

FR15级别的产品，主要应用于使用龙骨固定，锚栓和粘接剂辅助。

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图4

图1

图2

图5

图3
图6

2系统理论受力分析

提高很多；而且，主要的湿热荷载导致面层砂浆的变形，还

除开岩棉带（国内也称竖丝岩棉）的应用，本节主要探

有保温层的变形，都需要基层与保温层之间的粘接砂浆固定。

讨锚栓盘穿透网格布的应用方式。

所以，即便考虑全部由锚栓受力，也必须使用砂浆层粘贴。

做法：岩棉板，双层网格布加强，锚栓固定，锚栓盘位

在上图的模型中，锚栓将主要承受风荷载，锚栓盘与面层砂

于{dy}层网格布上（图1）。

浆网格布结合的部位承受风荷载与湿热荷载的组合荷载，而

以下从不同的粘贴面积分析受力：

局部的岩棉板仍然受力。

受力的过称参考下面，粘接面积较小（40%～50%）的

当使用不同数量的锚栓时，模型如下（图4）。

过程（图2）。

每件板材使用3个锚栓固定（单位面积为4.2个），每

在荷载很小的时候，整个岩棉板是参与受力的，而且岩

个受力的单元如右图，每个单元由4个锚栓承担荷载，每个

棉板是主要的受力部位（图3）。

单元可以看成矩形区域（图5）。

当荷载较大，岩棉可能产生变形，可能的情形是：岩棉

在增加锚栓数量，锚栓的排布参考上图，呈交错的排列，

板弯曲，岩棉板内部剥离；或者，岩棉在锚栓固定的部位出

每件板材使用4个锚栓固定（单位面积为5.6个），每个受力

现剪切破坏，一旦岩棉的抗拉强度达到极限，就可能出现右

单元为三角形，而且三角形受旁边的影响。

图所示的局部剪切破坏，岩棉表现为斜向的破坏。在这一状

如果从受力看，在适量增加锚栓数量的条件下，这样的

况下，主要受力的部位是：锚栓，锚栓盘与面层的砂浆层，

受力方式更合理；每个单元的面积大大减少（图6）。

以及在斜向上局部的岩棉还会起辅助受力。

如果需要进一步增加锚栓，每一个受力单元如果面积

从这一受力破坏的推理中可以很清晰看到，岩棉板使用

要有效减小，需要在一块板材上加设8个锚栓（单位面积为

锚栓固定时，在锚栓的位置，岩棉板使用砂浆粘贴对受力的
11个）。

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图8图9图10

图7

图11

如果考虑锚栓全部受力，如果简单地认为加设锚栓数量就一定能提高系统的荷载承受能力，理论上并不是！从理论的力学分析，关注到每个受力单元，在某些地方锚栓密。某些区域锚栓疏时，针对整个系统而言，有效的锚栓只能考虑分布最极限的地方，当然，局部增加锚栓，会提高附近区域的承载力。

结合细部和受力的模型，从极限的条件看，受力可以使用锚栓全部受力，局部的岩棉也参与受力，岩棉受力的区域是剪切破坏后保留区域，而且岩棉板在剪切破坏（或变形）的过程中剪切力非常大，因为力的方向和主要的纤维垂直，如果假设锚栓盘和锚栓受力部位没有位移，每个锚栓附近岩棉的剪切强度值会增加系统的整体强度。所以，在外墙用岩棉板中，当岩棉板的厚度增加时，在其它条件不变的条件下，对整个系统的安全性能是会得到提升，因为岩棉受力后，在锚栓盘附近的剪切力会增加。在粘接面积较小的系统中（50%左右），系统的承载力由锚栓主导，同时和使用的岩棉板厚度、岩棉板的抗拉强度、剪切强度有一定的关系（图7）。

当系统使用较多面积的砂浆粘贴时，受力的情况便会发生稍许变化。和粘接面积较少区域相比，一旦粘接面积较大，岩棉在风压增加的过程中会主要参与受力。从岩棉板的应力与应变的关系看，岩棉即使达到破坏的强度，本身的变形仍然非常小，而且在荷载施加的过程中，由于面层的变形，荷

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载会传递到锚栓中，所以大面积的粘贴后，岩棉板的受力是保温层与锚固件同时受力，如同前面的分析，在荷载相对较小的时候是岩棉主要（大面积）受力，当荷载较大，两者共同受力，直到某个点出现破坏。

这里有个关键点，即岩棉板的抗拉强度与粘接面积的配

合问题，并非全部粘贴就一定合理，参考图8。

如前所述，即使满粘设计，从实际工程中的情况看，实际的有效粘接面积也不过50%～70%，如果使用强度较大的岩棉满粘，如强度TR10以上的产品，即使在{zd0}的风压荷载（如风压达到5KPa），岩棉内部也不会出现破坏；但是，岩棉板和基层的粘接之间由于不是{bfb}粘接，被荷载破坏的几率可能大些，所以可能表现为岩棉板抗拉有效而粘接区域失效。

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在这种条件下计算系统的承载能力时，wq可以看做岩

棉板主要受力，而锚栓则次要受力。

但是如果使用强度较低的岩棉板，粘贴面积为满粘，出

现的受力又是一种，见图9。

岩棉满粘，如使用强度较低的TR5（参考EN13500中的级别划分），在受到荷载作用时，岩棉内部出现破坏，在这种条件下，整个系统的受力承载力和局部粘接没有太大的区别（图10）。

所以在国外的矿棉（WM）应用于外墙中时，在满足荷

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表2安全性试验及验证

试验评判要求

1、面层砂浆和岩棉的粘接强度，【5.1.4.1.1】破坏面在岩棉板内部，【6.1.4.1.1】

系统试验

2、静态荷载，泡沫块模拟风压试验，【5.1.4.3.2】【6.1.4.2.1】

3、荷载下的位移试验，【5.1.4.2.1】【6.1.4.2.1】

4、岩棉板抗拉强度试验（受力方向与板面垂直），

【5.2.4.1】大于设计值，【6.2.4.1】

组件试验

5、岩棉板的剪切强度与剪切模量（垂直岩棉板面），

【5.2.4.2】【6.2.4.2】

6、面层砂浆网格布层，【5.5.4.1.】通过裂缝宽度确定，【6.5.4.1】

7、锚固件抗拉拔强度，【5.3.4.1】【6.3.4.1】

代号可参考ETAG004,GuidelineforEuropeantechnicalapprovalofexternalthermalinsulationcompositesystem(ETICS)

withrendering.

1、面层砂浆和网格布；3、岩棉板剪切破坏；

图12

4、锚栓盘破坏；5、岩棉板拉伸破坏；6、锚栓拉拔破坏

载的条件下，有TR5的产品，而且粘接的面积很明确在大于

使用高强度的岩棉板，可以提高粘接面积以达到整个系

40%，从纯粹的力学分析看，欧洲的这种应用是有理论依据并

统的整体强度，在设计受力时，计算方式需要以锚固受力或

且是合适的。

粘接受力来计算。

所以，关于岩棉板和锚栓结合的系统，在设计系统做法

在以锚固受力计算时，高素质锚栓件的作用明显，锚栓

时如何选用岩棉级别和粘接面积，可以从以下的思路考虑：

的排布也非常重要，要经过设计，盲目增加锚栓数量或随意

首先明确岩棉的极端老化（参考ETAG中的试验方法，

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安装，对整个系统的力学承载力没有任何贡献。

70°C,RH95%,28D）后的强度，考虑荷载；然后，如果荷载

较厚的岩棉板，如80mm以上，会对系统的安全有贡献，

大于老化后的强度，粘接面积可使用40%～50%，对于强度

但同时对于风压荷载下的变形提出了挑战。

较高的岩棉板，保留强度远大于荷载时，可以提高粘接面积

经过上述的分析，依据已有的执行标准，在选用岩棉板时，

以提高整个系统的强度。

在提高岩棉强度，锚栓的强度增加非常重要，锚栓的强

可参考示意图13。

锚栓受力
粘接受力

龙骨固定受力

图13

度提高对整个系统的承载力提高起着关键作用，反而盲目、

随意增加锚栓数量对系统承载力没有任何帮助（图11）。

使用龙骨固定，岩

3系统强度的试验验证（参考ETAG004-2012）

出现破坏的点参考图12、表2。

4选用分析

锚栓受力，粘接剂仅仅为找平、避免通风空腔存在。粘接面积没有量化，可能为20～40%，或大于40%。

粘接剂面积较大，岩棉板上加固的锚栓，作为临时固定；在端部或窗口、转角等部位的锚栓作为湿热荷载的辅助固定作用。

棉受力，龙骨受力，龙骨将荷载通过锚固件传递到基层墙体上。

实际中也需要砂浆粘接，粘接面积约20%左右，在风压大的区域使用锚栓

岩棉板的强度使用TR7.5甚至更低级别wq是合适的，

加固。

TR7.5的岩棉板，局部粘接，使用锚栓受力，粘接辅助，使用

在一些风压不大的情况，是一种经济合理的方式；

岩棉板TR7.5,TR10
岩棉板TR10,TR15

高强度岩棉板TR15

2013.1-2|31

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5系统理论受力分析

岩棉板，单层网格布加强，锚栓固定在岩棉板上。

与前面的做法区别明显，这种系统的特点是，锚栓直接固定在岩棉上，或者，锚栓盘可以做COUNTSUNK，也即锚栓可以沉入岩棉板表面之下，可以有效避免热桥；成本{zd1}，在满足荷载要求的条件下，这种做法是最经济，施工快捷，而且受力的分析简单，在国外使用较多。

锚栓的固定方式有两种，一种是固定在板材接缝的地方，

如图14。

在计算锚栓的有效使用时，将锚栓固定在板材接缝的地

方可以有效发挥锚栓的所用（图15）。

另一种是锚栓固定在每件板材上，每件板材上的锚栓就只单独对这件板材受力。在进行受力分析时不同。参考图16，锚栓作用在板材上时，靠近板材边缘的锚栓作用有限，影响区域会减少，在同样力学要求下，锚栓的使用量会增加。

以下从不同的粘贴面积分析受力：

受力的过程参考下面，首先示意粘接面积较小

（20%～40%）的过程（图17）。

在风荷载和面层砂浆湿热荷载的作用下，面层砂浆和岩棉层表面之间的粘接力是一个重要的考量指标，而面层砂浆和岩棉板之间的粘接的强度会wq体现在岩棉表面，所以，岩棉表面必须做好界面处理，让岩棉和砂浆wq粘接好。从很多工程实践可以看出，在进行系统的拉拔试验时，或实验室的试验，或者工程中的拆除时，破坏面多发生在岩棉的表面，砂浆仅仅粘贴了岩棉表面的纤维。

从上图可以看出，面层砂浆和岩棉是wq独立的。所以

这里是关键的受力部位之一。

如果面层的粘接力足够大，随着荷载的增加，主要的受

力部位是岩棉与锚栓共同承担（图18）。

如果荷载进一步增加，岩棉产生变形（从应力与弹性模量关系看，岩棉的变形其实有限），可能出现破坏的部位在于：岩棉层出现破坏，被拉力破坏；如果锚栓强度足够大，也可能是在锚栓周围的岩棉被拉穿破坏，也即是剪切破坏；如果锚栓的强度不够，会将锚栓从基层中拔出。

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在这种系统的分析中，岩棉其实一直在参与受力，至少在锚栓周围的岩棉，只要锚栓没有位移、锚栓盘强度足够，锚栓整体没有被破坏，岩棉一直参与受力。当然，前提是锚栓附近发热岩棉与基层墙体之间有砂浆粘接固定。

无论是岩棉板被剪切破坏还是被拉伸破坏，岩棉和锚栓

32|CHINAHOUSINGFACILITIES

图14

图15

图16

图17

图18

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对整个系统起决定性的作用，提高岩棉板强度同时如果提高
接强度一起系统考虑；

锚栓数量和锚栓的承载力，才能使整个系统的综合力学性能

无论如何考虑设计受力，即使wq由锚栓承担，岩棉都

平衡，即：面层的强度、保温层与锚栓的强度接近，否则单

需要使用砂浆粘接，在锚栓盘压住岩棉的部位有砂浆粘接到

纯提高某一种材料是会导致浪费，也不会对系统整体的力学

基层上；

承载力提高。在一些模拟的计算中，如：使用TR7.5板材，每

提高岩棉板强度同时需要增加粘接面积才能发挥岩棉高

件板材使用0.4KN的锚栓比0.6KN的合理；而使用TR10岩棉

强度（垂直于岩棉板表面的剪切力）的优势。

板时，使用强度大的锚栓、或增加锚栓数量就更合理，可以有效提高系统的强度。

使用较厚的岩棉板（如80mm以上）可以得到gaq的系统。

经过上述的分析，依据已有的执行标准，在选用岩棉板时，

不同种类的系统，如何使用岩棉，可参考图20。

6系统强度的试验验证（参考ETAG004-2012）

出现破坏的点参考图19、表3。

图20

锚栓受力为主，粘接受力为辅

7结语

在单层网格布的系统中，受力一般都已锚栓受力为主，

粘接砂浆仅仅起辅助受力。锚栓的作用很大，使用高素质的保温锚栓非常重要，锚栓的排布也非常重要，是使用在接缝

20%~50%粘贴面积，锚栓固定，粘接剂仅仅为找平、避免通风空腔存在。

粘接面积没有量化，可能为20%~40%，或大于40%。

依据锚栓拉拔力、锚栓的分布，岩棉的拉穿力，设计系统。

地方还是板材上需要做预先的设计；

在实际的系统设计时，岩棉板的强度提高后，可以提高

粘接面积已达到整个系统的整体强度，同时和面层砂浆的粘

岩棉板TR7.5,TR10，TR15

1、面层砂浆和网格布；2、岩棉板拉伸破坏；

3、锚栓盘部位岩棉剪切；4、锚栓拉拔破坏图19
表3安全性试验及验证

试验评判要求

1、面层砂浆和岩棉的粘接强度，【5.1.4.1.1】破坏面在岩棉板内部，【6.1.4.1.1】

2、静态荷载，泡沫块模拟风压试验，【5.1.4.3.2】*【6.1.4.3.2】

系统试验

3、荷载下的位移试验，【5.1.4.2.1】【6.1.4.2.1】

4、锚栓与保温层拉穿试验，【5.1.4.3.1】均值和最小值，【6.1.4.3.1】

4、岩棉板抗拉强度试验（力的方向与岩棉板垂直），

【5.2.4.1】大于设计值，【6.2.4.1】

组件试验

5、岩棉板的剪切强度与剪切模量（垂直岩棉板面），

【5.2.4.2】【6.2.4.2】

6、面层砂浆网格布层，【5.5.4.1.】通过裂缝宽度确定，【6.5.4.1】
宁波岩棉板什么价格宁波彩钢岩棉厂家在哪A50厚
7、锚固件抗拉拔强度，【5.3.4.1】【6.3.4.1】

代号可参考ETAG004,GuidelineforEuropeantechnicalapprovalofexternalthermalinsulationcompositesystem

(ETICS)withrendering.

*说明：是否需要进行静态荷载的泡沫块模拟风压试验？在做过岩棉板与保温层的拉穿试验后，可以仅设定层一个选做项。