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聚氨酯附框实现建筑门窗与墙体间的无热桥连接

来源:《中国建筑金属结构协会》  作者:周佩杰  日期:2018-2-2
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  节约资源、节约能源、建立节约型社会就是要减少能源消耗和低碳排放,而建筑直接耗能占全社会耗能的46%-50%,其中门窗的能源损失又占到建筑能耗的50%,这样近四分之一能耗就由于门窗而被消耗掉,所以减少门窗的能源损失是当前建筑节能的主要途径之一。

  节约资源、节约能源、建立节约型社会就是要减少能源消耗和低碳排放,而建筑直接耗能占全社会耗能的46%-50%,其中门窗的能源损失又占到建筑能耗的50%,这样近四分之一能耗就由于门窗而被消耗掉,所以减少门窗的能源损失是当前建筑节能的主要途径之一。

  门窗节能与质量主要在于门窗玻璃、门窗框材料、玻璃与门窗框的密封、开启扇的密封和与建筑墙体的联接的五大重要因素。而门窗与建筑墙体的联接和密封在现行各种规范对此没有明确规定,更没有相应试验和检验标准,采用一种通常作法,另外由于门窗是由门窗企业进行安装,而建筑墙体和门窗安装后的收口是由建筑施工企业来完成,双方能否配合好显得更加关键,为此现在门窗存在很多问题集中反映在这理,特别是热桥(是指建筑围护结构中热流密度显著增大的部位,成为传热较多的桥梁)问题,必须彻底解决建筑门窗与建筑墙体间的连接和安装问题,使其规范标准化,达到门窗全方位实现节能。

  1. 门窗安装用附框的产生与发展

  1.1 附框的产生

  建筑门窗在建筑墙体上安装,是由建筑预留门窗洞口,采用固定片通过射钉(或膨胀螺栓)将窗框与墙体转接固定(见图1)或用膨胀螺栓将窗框与墙体直接固定(见图2)的方式进行安装;窗框与墙体之间用发泡(词条“发泡”由行业大百科提供)胶进行保温水泥砂浆进行收口,密封胶进行密封;最后再安装门窗玻璃等各种附件,完成整个门窗的安装,这也就是门窗的湿法安装

图1 湿法转接固定安装节点

图2 湿法直接固定安装节点

  由于门窗在湿法安装时存在建筑施工过程中给门窗预留的洞口不规范;先安装门窗后进行二次抹灰收口对门窗的污损严重;在门窗具备安装条件时,留给门窗洞口测量、门窗加工和安装的时间很短,门窗安装不能保证工期等问题。针对上述问题的解决办法是先安装附框、土建二次收口后再安装门窗。

  建筑门窗用附框是指在安装门窗前在墙体洞口预先安装的结构框件,建筑门窗通过该框件与墙体相连。

  选用什么样的附框?现成的材料就是钢附框,为不影响门窗的洞口尺寸,使门窗太小又不使二次抹灰量过大,为此要求截面要小,所以选用20mm×40mm的矩形方钢管做为附框,其壁厚由先期的1.2mm 到现在普遍使用的1.5mm。

  有了附框,门窗安装时要在建筑预留的洞口内先安装附框,建筑进行二次抹灰收口,待土建装饰工程完成后,再进行门窗安装,这样相对地提高了门窗的安装质量,这也就是门窗干法安装(词条“干法安装”由行业大百科提供)(见图3 和图4)。为此附框具有规范洞口、转接、解决门窗湿法安装对门窗的污损、加快了门窗安装工期的作用。

图3 干法转接固定安装节点

图4 干法直接固定安装节点

  1.2 现行钢附框的局限性

  由于钢附框是一种临时代用品,它具有一定局限性。

  1.2.1 耐蚀性能差,不能与建筑同寿命,甚至于比门窗的寿命还短;

  1.2.2 尺寸单一,适用性差;

  1.2.3 导热系数高,在墙体中形成了热桥,影响窗与墙体间的保温性能;

  1.2.4 线膨胀系数高于窗与墙体间的各种材料,导致膨胀伸缩后变形尺寸不一致,而形成裂缝,影响窗与墙体间的气密性水密性(词条“水密性”由行业大百科提供),因裂缝导致冷热对流,形成了室内结露、结霜、结冰,同时又影响保温性能;

  1.2.5 当铝合金隔热窗双腔分别与其连接时,又形成了热桥;

  1.2.6 因热胀冷缩会引起响动、脱胶、固定点松动等现象发生;

  1.2.7 不能满足门窗安装对附框的更高要求。

  1.3 附框的发展

  国家建筑节能75% 和被动房(词条“被动房”由行业大百科提供)建筑,绿色经济、科技环保的发展战略,门窗整窗单元安装 ,建筑和门窗产业化生产对门窗安装以及所用的附框提出了更高和新的要求。

  以聚氨酯附框为代表的新型非金属附框应运而生,在满足规范洞口、有利门窗成品保护和缩短门窗安装工期的作用外,还具有以下功能,同时也代表了附框的研究与发展方向。

  1.3.1 附框是结构构件,应耐蚀,与建筑同寿命;

  1.3.2 为门窗的安装提供可靠的连接,保证其抗风压(词条“风压”由行业大百科提供)性能;

  1.3.3 附框材料要有同建筑墙体保温相同或低的导热系数,不能形成热桥,不能因此而影响墙体的保温性能;

  1.3.4 要保证窗与墙体之间无缝隙和裂缝,必须保证附框与墙体间相结合的材料要具有亲和能力,也就是要有相近的线膨胀系数,才能保证门窗与墙体间的气密性,而不漏水;

  1.3.5 为门窗的安装用附框提供不同的断面尺寸和结构体系,保证门窗与墙体之间无通缝和便于密封;

  1.3.6 附框的安装便捷和牢固,有利于建筑二次收口施工;

  1.3.7 为门窗的安装、墙体的内外装饰提供整套的解决方案,并为窗台板、窗套板等安装提供配套的安装和连接方式;

  1.3.8 为整窗单元安装和住宅门窗产业化生产提供可靠和便捷的的安装方式;

  1.3.9 为被动式建筑门窗的安装提供可靠和便捷的的安装方式。

  1.4 门窗和门窗附框的发展瓶颈当前门窗存在气密性、水密性差而导致的漏水等问题,以及门窗节能保温差而导致结露、结冰主要是门窗与建筑墙体的连接和密封。

  建筑和门窗产业化生产就要实行门窗整窗单元安装,整窗单元安装就要解决门窗与建筑墙体的连接。被动式建筑门窗也要要解决的是门窗与建筑墙体的连接。

  而门窗与建筑墙体的连接和密封的纽带就是门窗用附框。

  而当前被忽视的就是门窗用附框,现在没有专门标准,而在一些标准规定也是模棱两可,不可执行。

  附框现在才开始,但发展还没有目标、不平衡,仅局限于钢附框的结构型式。

  由于开发商的短期行为、只追求经济利益,而附框又是隐蔽工程看不见,不采用具有功能要求和寿命长的附框。对非金属附框的性能指标提出了不切合实际的过高指标要求,超出了建筑本身的节能要求和连接性能要求,阻碍了非金属附框的健康发展。

  2. 现行门窗用附框的相关规定

  2.1《建筑节能工程施工质量验收规范(GB 50411-2007)》6.2.7 条规定:外门窗框或附框与洞口之间的间隙应采用弹性(词条“弹性”由行业大百科提供)闭孔材料填充饱满,并使用密封胶密封,外门窗框与副框之间的缝隙使用密封胶密封。6.2.7 条规定:金属外门窗隔断热桥措施应符合设计要求和产品标准的规定,金属附框隔断热桥措施应与门窗框的隔断热桥措施相当。

  2.2《铝合金门窗工程技术规范(JGJ214-2010)》7.1.2 规定: 铝合金门窗的安装宜采用干法施工方式,而对干法安装后与墙体之间的处理未做规定。7.3.2第6 项规定: 合金门窗采用湿法安装时,铝合金门窗框与洞口缝隙,应采用保温、防潮且无腐蚀性的软质材料填充密实:宜可使用防水砂浆填塞,但不宜使用海砂成分的砂浆。使用聚氨脂泡沫填缝胶,施工前应清除粘接面的灰尘,墙体粘接面应进行淋水处理,固化后的聚氨脂泡沫胶缝的表面应做密封处理。

  7.3.5 规定:铝合金门窗安装就位后,边框与墙体之间应采用粘接性能良好并相溶的耐候密封胶进行密封防水处理,胶缝采用矩形截面胶缝时,密封胶有效厚度应大于6mm;三角形截面胶缝时,密封胶截面宽度应大于8mm。

  2.3《天津市建筑节能门窗技术标准(DB 29-164-2010)》6.0.3 规定: 外门窗宜采用钢附框的安装方式。6.0.5 规定:外门窗框与外墙之间以及外门窗框与附框之间的缝隙应采用聚氨脂等材料发泡填充饱满,其外表面应采用中性硅硐或耐候密封胶密封。附框与外墙之间的缝隙应采用防水砂浆填充饱满。密封胶施工宜在批腻子、涂刷涂料之前,密封胶应连续均匀。门窗扇的安装宜在密封胶施工24 小时后执行。6.0.6 规定:外窗框与下墙体之间的缝隙应采用聚氨脂等材料发泡填充饱满,外墙保温材料应略压住窗下框。做外保温保护层时,应在窗框与保护层之间预留宽度宜为5mm,深度宜为8mm 的槽。槽内宜用中性硅硐或耐候密封胶密封。

  2.4 江苏省住房和城乡建设厅的苏建函科〔2013〕443 号,《关于印发《江苏省民用建筑外窗应用暂行规定》的通知》,从自2014 年1 月1 日起执行,并规定;民用建筑外窗必须采用附框安装。附框性能应满足节能、强度(词条“强度”由行业大百科提供)高、耐腐蚀、耐久性(词条“耐久性”由行业大百科提供)好等要求。积极推广采用节能型附框,节能型附框材料性能应满足:导热系数(25℃)应不大于0.2W/(m·K),吸水率(24h)应不大于0.5%,加热后尺寸变化率(60℃,24h)应不大于0.1%,握钉力应不小于4000N。

  2.5DB37 T 5016-2014《山东省民用建筑外窗工程技术规范》规定:5.6.1 附框应满足节能、强度、耐腐蚀、耐久性以及安装连接功能要求。5.6.2附框材料性能宜符合:导热系数不大于0.25W/(m·K), 热膨胀系数小于1.5×10-5m/℃。

  3. 聚氨酯附框在门窗安装中的应用

  3.1 聚氨酯附框的特点及性能

  聚氨酯附框采用以纤维及其制品为增强材料,以聚氨酯树脂(词条“树脂”由行业大百科提供)基材,将纤维及织物经压力注射聚氨酯树脂后,通过加热专用模具(词条“模具”由行业大百科提供)高温固化成型,经牵引机牵引拉挤工艺生产出表面光洁、尺寸稳定、强度高的拉挤工艺复合的异型材附框。它是新型高分子复合材料基体树脂和增强纤维构成的类似于钢筋混凝土的一种复合结构体,由于树脂和纤维在性能上的“优势互补”,使其具有轻质高强、耐潮湿、耐腐蚀、抗老化阻燃绝热绝缘、保温、隔声等优良的物理化学性能,在高低温作用下,仍能保持尺寸稳定性、工艺先进,在生产过程中不会造成公害。具有如下特点和性能:

  3.1.1 轻质高强:聚氨酯型材具有轻质高强的优良性能(详见下表),聚氨酯附框不需钢框为骨架,完全靠自身就能支撑,抗压、抗折、不变形、不弯曲。既节省了钢材,又达到了使用目的,可在台风多发区使用。

  3.1.2 耐蚀性能强:不用做任何表面处理,具有不怕水泥砂浆等碱性或酸性的较强耐腐蚀能力,与建筑同寿命;

  3.1.3 适用性强:可按用户要求提供不同断面及尺寸,可以适用于铝合金、塑钢玻璃钢(词条“玻璃钢”由行业大百科提供)等各类门窗安装对附框的要求,并提供了不同的附框组装工艺和附框及门窗的安装工艺,具有较强的适应性;

  3.1.4 导热系数低: 按聚氨酯附框导热系数为0.30W/m·℃,经中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院,编号为CABR-MQMC-2015-001 的评估报告的评估结论是:在冬季计算条件下,与普通钢附框相比,聚氨酯附框具有更好的节能效果,在减少建筑物通过建筑外窗附框流失热量的同时,有效地提高了相应的内表面温度

  3.1.4.1 聚氨酯附框可使整个节点传热系数降低0.87 W/(m2·K),使整个节点内表面温度提高5.6℃。

  3.1.4.2 聚氨酯附框可使附框与内外砂浆节点传热系数降低0.86W/(m2·K),使附框与内外砂浆节点内表面温度提高4.5℃。即,聚氨酯附框在减少建筑物通过建筑外窗附框流失热量的同时,有效地提高了相应的内表面温度。

  3.1.5 线膨胀系数低: 聚氨脂复合材料型材为7.3×10-6/ ℃、玻璃为9×10-6/ ℃、砖为9.5×10-6/ ℃、混凝土和水泥为10-14×10-6/ ℃,同建筑墙体的材料线膨胀系数相近,这样在热胀冷缩情况下而保证了变形量的基本一致,也避免了裂缝的出现,提高了接缝处的气密性,水密性,阻碍了冷热对流,避免了室内结露、结霜、结冰,同时提高了保温性能;

  3.1.6 优异的物理力学性能:新修订的JC/T941《门窗用玻璃纤维增强塑料拉挤型材》规定物理力学性能如下表:

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