耐火保温岩棉材料
本文根据岩棉条纤维各向异性的特点，研究了岩棉条不同方向（纵、横向）的剪切性能（剪切强度和剪切模量），并考虑实际应用，对岩棉条经全浸浸泡处理、高温高湿环境老化处理后的剪切性能进行了研究试验。试验结果表明，岩棉条剪切性能与纤维方向密切相关，纵向剪切强度、模量约为横向的2~3倍，且两者失效模式完全不同。浸泡、老化处理后，岩棉条纵向剪切强度和模量有所降低，横向剪切性能变化不显著。
岩棉条是将岩棉板以一定的间距切割成条状翻转90度使用的制品，该制品的厚度为切割间距，宽度为原岩棉板的厚度。岩棉条纤维具有各向异性，沿岩棉条长度方向，纤维层纵向排列，由于打摺的缘故纤维层之间纤维相互勾连，见图1.a。沿岩棉条宽度方向，纤维层横向排列，呈层叠堆积结构，见图1.b。
图a 纤维条纵向剖面(左) 图b 纤维条横向剖面(右)
岩棉条除具有岩棉制品优良的防火、保温、吸音/隔音性能，还具有抗拉、抗压强度高的特点，在外墙外保温实际应用过程中，通常采用纯粘结的方式。在这种纯粘结的系统中，系统自重、风载及其他对外墙产生的载荷都会对岩棉条产生剪切荷载，因此对岩棉条剪切性能的研究十分要。
岩棉条通常都是横向粘结于墙体，因此系统自重对岩棉条施加的剪切荷载为沿岩棉条宽度方向，而风载通常是对岩棉条施加沿长度方向的剪切载荷。此外，考虑外墙外保温系统需长期使用，试验中用高温高湿环境模拟岩棉条的自然老化，用全浸浸泡环境模拟雨水对岩棉条的侵蚀，这两种使用环境是外墙外保温系统密切关注的。
试验方法
建筑绝热制品用岩棉条剪切性能标准，目前比较常用的是ISO 16537: 2012和EN 12090: 1997，这两个标准技术内容完全相同。本文依据ISO 16537: 2012标准，采用双试件的方法，两侧钢板固定，对中间钢板施加压缩载荷，岩棉条试件通过胶粘剂与钢板粘结。通过特定装置将测量变形的引伸计安装夹具上，测量岩棉条的剪切变形，给出载荷—变形曲线，计算岩棉条的剪切强度和剪切模量。
试验过程
本文试验样品，采用国内两家企业生产的岩棉条，其密度均为100kg/m3,长度和宽度均为1200mm×150mm，厚度分别为50mm和100mm，标记为样品A和样品B。
试样状态有3种：①标准状态。试样未经任何处理；②浸泡处理，将试样全浸浸入温度为23℃的水中，浸入时间分别为7天、28天，干燥后进行测试；③老化处理，将样品置于温度70℃、相对湿度95%的环境箱中，时间分别为7天、28天。
本文“纵向”指沿岩棉条的长度方向，“横向”指沿岩棉条的宽度方向。
试验结果
试样规格及试验结果如表1，每组试样的测试结果为至少5个试件的平均值。
结果分析
1.纤维方向对岩棉条剪切性能的影响
从表1可以看出，同一样品试样的纵向剪切强度和模量均比横向高。A样纵向剪切强度约为横向的2.76倍，纵向剪切模量约为横向的3.49倍；B样纵向剪切强度约为横向的2.06倍，纵向剪切模量约为横向的2.68倍。导致这种现象的原因是：①纵向剪切试件在受到剪切力作用时，岩棉纤维打摺引起相互勾连，使纵向剪切试件能承受较大的剪切载荷，同时增强了整体结构的抗变形能力。纵向剪切试件失效模式为纤维剪切断裂；②横向剪切试件由于岩棉纤维一层一层堆叠，层与层之间的连接相对薄弱，上下两层岩棉纤维可模拟为矩形结构。在受到剪切力作用时，随着两个剪切面相对位移的增加，矩形变形为平行四边形，横向剪切试件整体结构已遭破坏，失效模式为结构变形分层。因此在相对较小的剪切载荷作用下，横向剪切试件结构易发生变形，因而横向岩棉条剪切强度和剪切模量较低。
2.浸泡处理对岩棉条剪切性能的影响
从表1可以看出，同一样品浸泡处理后，与标准状态相比，纵向剪切强度和模量降低，横向剪切强度和模量变化不显著。经浸泡处理7天和28天后，A样纵向剪切强度保留率分别为77.5%和67.2%，剪切模量保留率分别为87.6%和91.8%；B样纵向剪切强度保留率分别为87.6%和87.5%，剪切模量保留率分别为83.0%和82.6%。A样横向剪切强度保留率分别为113.3%和123.5%，剪切模量28天保留率为108.5%；B样横向剪切强度保留率分别为121.1%和103.3%，剪切模量保留率分别为127.3%和84.8%。
随着浸泡处理时间的增加，岩棉条纵向剪切强度、剪切模量均随之下降，但下降幅度趋于平缓；而横向剪切性能变化趋势不显著。造成这种现象的原因是：①岩棉条经浸泡处理后，纵向结构受到一定程度的破坏，导致剪切强度和模量均降低，但随着浸泡时间的增加，岩棉条内吸水逐渐饱和，吸水量趋于平衡，浸泡处理对岩棉条纵向剪切性能的影响也趋于平缓；②岩棉条横向矩形结构经浸泡处理后，仍容易在较低载荷下变形为平行四边形，以致横向剪切破坏模式依然是结构分层破坏。由此可见：浸泡处理对岩棉条纵向剪切性能影响较大，而对横向剪切性能来说，结构分层破坏的影响比浸泡处理更大。
3.老化处理对岩棉条剪切性能的影响
由表1可以看出，经老化处理后，岩棉条纵向剪切强度、模量均比标准状态下低；而横向剪切性能变化不显著。经老化处理7天和28天后，A样纵向剪切强度保留率分别为57.5%和57.4%，剪切模量保留率分别为55.6%和68.5%；B样纵向剪切强度保留率分别为64.0%和65.7%，剪切模量保留率分别为60.6%和68.2%。A样横向剪切强度保留率分别为91.4%和94.1%，剪切模量老化28天保留率为98.4%；B样横向剪切强度保留率分别为83.8%和74.8%，剪切模量保留率分别为78.0%和117.1%。
随着老化处理时间的增加，岩棉条纵向剪切强度、剪切模量均随之下降，并且下降幅度趋于平缓；而横向剪切性能变化趋势不明显。
这种现象与浸泡处理后岩棉条剪切性能变化规律类似，形成的原因也类似：①岩棉条经过老化处理后，纵向的纤维组分及结构受到破坏，导致纵向剪切性能降低，但随着老化时间的增加，高温高湿环境对岩棉条剪切性能的影响趋于平缓；②对岩棉条横向剪切性能来说，岩棉纤维层状结构的影响更大。由于矩形结构易在较低剪切载荷下变形为平行四边形结构，剪切破坏模式依然是分层破坏，因此老化处理后，横向岩棉条剪切性能与初始状态相近。
综上所述，可以得到以下结论：
1．岩棉条剪切强度、模量与纤维方向密切相关，纵向剪切强度、模量均约为横向的2~3倍。纵、横向岩棉条剪切失效模式完全不同，纵向岩棉条剪切失效模式为纤维剪切破坏，横向岩棉条剪切失效模式为结构分层破坏；
2．浸泡处理后，纵向岩棉条剪切强度、模量均有所下降，但随着浸泡处理时间的增加，下降幅度趋于平缓；横向岩棉条剪切强度、模量变化趋势不明显，与标准状态下剪切性能相近；
3．老化处理后，岩棉条剪切性能变化趋势与浸泡处理后类似，纵向岩棉条剪切强度、模量均有所下降，但随着老化处理时间增加，下降幅度趋于平缓；横向岩棉条剪切强度、模量变化趋势不明显，与标准状态下剪切性能相近。
本文根据岩棉条纤维各向异性的特点，研究了岩棉条不同方向（纵、横向）的剪切性能（剪切强度和剪切模量），并考虑实际应用，对岩棉条经全浸浸泡处理、高温高湿环境老化处理后的剪切性能进行了研究试验。试验结果表明，岩棉条剪切性能与纤维方向密切相关，纵向剪切强度、模量约为横向的2~3倍，且两者失效模式完全不同。浸泡、老化处理后，岩棉条纵向剪切强度和模量有所降低，横向剪切性能变化不显著。
岩棉条是将岩棉板以一定的间距切割成条状翻转90度使用的制品，该制品的厚度为切割间距，宽度为原岩棉板的厚度。岩棉条纤维具有各向异性，沿岩棉条长度方向，纤维层纵向排列，由于打摺的缘故纤维层之间纤维相互勾连，见图1.a。沿岩棉条宽度方向，纤维层横向排列，呈层叠堆积结构，见图1.b。
图a 纤维条纵向剖面(左) 图b 纤维条横向剖面(右)
岩棉条除具有岩棉制品优良的防火、保温、吸音/隔音性能，还具有抗拉、抗压强度高的特点，在外墙外保温实际应用过程中，通常采用纯粘结的方式。在这种纯粘结的系统中，系统自重、风载及其他对外墙产生的载荷都会对岩棉条产生剪切荷载，因此对岩棉条剪切性能的研究十分要。
岩棉条通常都是横向粘结于墙体，因此系统自重对岩棉条施加的剪切荷载为沿岩棉条宽度方向，而风载通常是对岩棉条施加沿长度方向的剪切载荷。此外，考虑外墙外保温系统需长期使用，试验中用高温高湿环境模拟岩棉条的自然老化，用全浸浸泡环境模拟雨水对岩棉条的侵蚀，这两种使用环境是外墙外保温系统密切关注的。
试验方法
建筑绝热制品用岩棉条剪切性能标准，目前比较常用的是ISO 16537: 2012和EN 12090: 1997，这两个标准技术内容完全相同。本文依据ISO 16537: 2012标准，采用双试件的方法，两侧钢板固定，对中间钢板施加压缩载荷，岩棉条试件通过胶粘剂与钢板粘结。通过特定装置将测量变形的引伸计安装夹具上，测量岩棉条的剪切变形，给出载荷—变形曲线，计算岩棉条的剪切强度和剪切模量。
试验过程
本文试验样品，采用国内两家企业生产的岩棉条，其密度均为100kg/m3,长度和宽度均为1200mm×150mm，厚度分别为50mm和100mm，标记为样品A和样品B。
试样状态有3种：①标准状态。试样未经任何处理；②浸泡处理，将试样全浸浸入温度为23℃的水中，浸入时间分别为7天、28天，干燥后进行测试；③老化处理，将样品置于温度70℃、相对湿度95%的环境箱中，时间分别为7天、28天。
本文“纵向”指沿岩棉条的长度方向，“横向”指沿岩棉条的宽度方向。
试验结果
试样规格及试验结果如表1，每组试样的测试结果为至少5个试件的平均值。
结果分析
1.纤维方向对岩棉条剪切性能的影响
从表1可以看出，同一样品试样的纵向剪切强度和模量均比横向高。A样纵向剪切强度约为横向的2.76倍，纵向剪切模量约为横向的3.49倍；B样纵向剪切强度约为横向的2.06倍，纵向剪切模量约为横向的2.68倍。导致这种现象的原因是：①纵向剪切试件在受到剪切力作用时，岩棉纤维打摺引起相互勾连，使纵向剪切试件能承受较大的剪切载荷，同时增强了整体结构的抗变形能力。纵向剪切试件失效模式为纤维剪切断裂；②横向剪切试件由于岩棉纤维一层一层堆叠，层与层之间的连接相对薄弱，上下两层岩棉纤维可模拟为矩形结构。在受到剪切力作用时，随着两个剪切面相对位移的增加，矩形变形为平行四边形，横向剪切试件整体结构已遭破坏，失效模式为结构变形分层。因此在相对较小的剪切载荷作用下，横向剪切试件结构易发生变形，因而横向岩棉条剪切强度和剪切模量较低。
2.浸泡处理对岩棉条剪切性能的影响
从表1可以看出，同一样品浸泡处理后，与标准状态相比，纵向剪切强度和模量降低，横向剪切强度和模量变化不显著。经浸泡处理7天和28天后，A样纵向剪切强度保留率分别为77.5%和67.2%，剪切模量保留率分别为87.6%和91.8%；B样纵向剪切强度保留率分别为87.6%和87.5%，剪切模量保留率分别为83.0%和82.6%。A样横向剪切强度保留率分别为113.3%和123.5%，剪切模量28天保留率为108.5%；B样横向剪切强度保留率分别为121.1%和103.3%，剪切模量保留率分别为127.3%和84.8%。
随着浸泡处理时间的增加，岩棉条纵向剪切强度、剪切模量均随之下降，但下降幅度趋于平缓；而横向剪切性能变化趋势不显著。造成这种现象的原因是：①岩棉条经浸泡处理后，纵向结构受到一定程度的破坏，导致剪切强度和模量均降低，但随着浸泡时间的增加，岩棉条内吸水逐渐饱和，吸水量趋于平衡，浸泡处理对岩棉条纵向剪切性能的影响也趋于平缓；②岩棉条横向矩形结构经浸泡处理后，仍容易在较低载荷下变形为平行四边形，以致横向剪切破坏模式依然是结构分层破坏。由此可见：浸泡处理对岩棉条纵向剪切性能影响较大，而对横向剪切性能来说，结构分层破坏的影响比浸泡处理更大。
3.老化处理对岩棉条剪切性能的影响
由表1可以看出，经老化处理后，岩棉条纵向剪切强度、模量均比标准状态下低；而横向剪切性能变化不显著。经老化处理7天和28天后，A样纵向剪切强度保留率分别为57.5%和57.4%，剪切模量保留率分别为55.6%和68.5%；B样纵向剪切强度保留率分别为64.0%和65.7%，剪切模量保留率分别为60.6%和68.2%。A样横向剪切强度保留率分别为91.4%和94.1%，剪切模量老化28天保留率为98.4%；B样横向剪切强度保留率分别为83.8%和74.8%，剪切模量保留率分别为78.0%和117.1%。
随着老化处理时间的增加，岩棉条纵向剪切强度、剪切模量均随之下降，并且下降幅度趋于平缓；而横向剪切性能变化趋势不明显。
这种现象与浸泡处理后岩棉条剪切性能变化规律类似，形成的原因也类似：①岩棉条经过老化处理后，纵向的纤维组分及结构受到破坏，导致纵向剪切性能降低，但随着老化时间的增加，高温高湿环境对岩棉条剪切性能的影响趋于平缓；②对岩棉条横向剪切性能来说，岩棉纤维层状结构的影响更大。由于矩形结构易在较低剪切载荷下变形为平行四边形结构，剪切破坏模式依然是分层破坏，因此老化处理后，横向岩棉条剪切性能与初始状态相近。
综上所述，可以得到以下结论：
1．岩棉条剪切强度、模量与纤维方向密切相关，纵向剪切强度、模量均约为横向的2~3倍。纵、横向岩棉条剪切失效模式完全不同，纵向岩棉条剪切失效模式为纤维剪切破坏，横向岩棉条剪切失效模式为结构分层破坏；
2．浸泡处理后，纵向岩棉条剪切强度、模量均有所下降，但随着浸泡处理时间的增加，下降幅度趋于平缓；横向岩棉条剪切强度、模量变化趋势不明显，与标准状态下剪切性能相近；
3．老化处理后，岩棉条剪切性能变化趋势与浸泡处理后类似，纵向岩棉条剪切强度、模量均有所下降，但随着老化处理时间增加，下降幅度趋于平缓；横向岩棉条剪切强度、模量变化趋势不明显，与标准状态下剪切性能相近。
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