新型外墻保溫材料的研究進(jìn)展及發(fā)展方向的探討

馬鑫

摘 要：近年來，我國因外墻保溫材料引發(fā)的火災(zāi)事故持續(xù)增加，另外，生活水平的改善使得人們對住房安全性的要求不斷提高，外墻保溫材料及技術(shù)已成為建筑行業(yè)的重中之重。而全球日益變暖的氣候使得我國對外墻保溫材料的要求進(jìn)一步升高，既要滿足節(jié)能減排，又要關(guān)注居民的舒適度和安全性。本文簡述了目前建筑節(jié)能新形勢對我國外墻保溫材料的新要求為外墻保溫材料應(yīng)具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)。此外，改變依賴阻燃劑提高保溫材料燃燒性能以及目前的研究成果也做了闡述。

關(guān)鍵詞：外墻保溫 建筑行業(yè) 節(jié)能減排 發(fā)展方向

中圖分類號：TU761.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（a）-0112-02

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對外墻保溫材料性能及技術(shù)的要求不斷增加。第二次能源危機(jī)后，外墻外保溫系統(tǒng)技術(shù)在歐美的應(yīng)用得以迅速發(fā)展[1]。針對所在區(qū)域建筑結(jié)構(gòu)狀況及氣候特點(diǎn)，我國建筑保溫技術(shù)所應(yīng)用的外墻外保溫系統(tǒng)技術(shù)已相當(dāng)成熟，所對應(yīng)的各種標(biāo)準(zhǔn)也較為完善[2]。

早在20世紀(jì)60年代，歐美等一些國家就開始使用EPS、XPS聚苯板薄抹灰外墻保溫系統(tǒng)，之后引入中國。中國保溫材料行業(yè)的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代，以科研研究為主，多為內(nèi)保溫技術(shù)。90年代初，建筑節(jié)能技術(shù)在我國逐漸起步，我國的建筑節(jié)能要求也從節(jié)能30%提高到50%，而后再提高到60%。加之外企大量涌入中國，一批有眼光的本土企業(yè)也開始技術(shù)研究，90年代末在北京、東北等地開始大面積使用。2007年10月，國家下達(dá)文件，要求全國各地新建建筑必須做建筑保溫。至此，建筑保溫材料在國內(nèi)得到迅猛發(fā)展，并占領(lǐng)了大部分建筑市場。在自主研發(fā)的基礎(chǔ)上，我國外墻保溫材料及技術(shù)迅速發(fā)展，建筑外墻保溫技術(shù)在新建筑及既有建筑中被大量采用[3]。因此，外墻保溫材料及技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為我國建筑行業(yè)中最重要的研究課題之一。

1 外墻保溫材料的認(rèn)識

外墻保溫技術(shù)就是采用一定方法把絕熱材料與建筑物墻體固定在一起，增加墻體的熱阻值，從而達(dá)到保溫或隔熱效果的一種工程做法。對于這一環(huán)節(jié)，合格的外墻保溫材料是工程能否通過驗(yàn)收的關(guān)鍵所在。用于建筑保溫系統(tǒng)的保溫材料主要包括三大類：一是有機(jī)高分子類保溫材料，如膨脹聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS聚苯板）、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、硬質(zhì)聚苯乙烯發(fā)泡板（XPS擠塑板）等。二是有機(jī)無機(jī)復(fù)合類保溫材料，以膠粉聚苯顆粒保溫漿料為主。三是無機(jī)類保溫材料，如巖棉、玻璃棉、膨脹?；⒅楸貪{料等，該類材料因性能不能完全滿足外保溫要求，目前尚不具備廣泛應(yīng)用的技術(shù)條件[4]。

目前國內(nèi)外墻保溫材料主要分為A級、B1級、B2級和B3級四個(gè)等級。A級無燃點(diǎn)，拒燃材料。主要是指?；⒅椤r棉、礦棉、閉孔膨脹珍珠巖、玻璃棉、水泥基或石膏基無機(jī)保溫砂漿及輕質(zhì)砌塊自保溫體系等的無機(jī)保溫砂漿。B1級為難燃保溫材料，是根據(jù)該材料的耐火極限確定的，比較常見的如經(jīng)過特殊處理加了阻燃劑的EPS/XPS保溫板等。B2級為可燃保溫材料，也就是我們常說的普板。這種材料燃點(diǎn)低，并在燃燒過程中會釋放大量有害氣體，有一定危險(xiǎn)性。B3級易燃保溫材料，這種多見為聚苯泡沫為主，已被淘汰。

保溫材料應(yīng)用于為內(nèi)保溫系統(tǒng)、夾心保溫系統(tǒng)和外保溫系統(tǒng)[5]。外保溫系統(tǒng)是將保溫材料置于建筑主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外側(cè)。這種保溫系統(tǒng)具有對墻體的保護(hù)作用強(qiáng)、保溫節(jié)能效率高、便于室內(nèi)裝修、增加使用面積等優(yōu)點(diǎn)。相對于內(nèi)保溫和夾心保溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢，便于對舊建筑進(jìn)行節(jié)能改造，代表了我國建筑節(jié)能保溫技術(shù)的發(fā)展方向。

2 我國外墻保溫的現(xiàn)狀及其存在的問題

2.1 幾種常見外墻保溫材料

2.1.1 礦物棉

礦物棉簡稱礦棉，由礦物原料制成的蓬松狀短細(xì)纖維，包括巖石棉和礦渣棉。它是天然巖石或冶金礦渣在沖天爐或池窯等設(shè)備內(nèi)熔化后，用噴吹法或離心法制取，具有不燃、不霉、不蛀等性能，包括巖棉和玻璃棉。巖棉是采用玄武巖、白云石等為主要原料，經(jīng)高溫熔融后，由高速離心設(shè)備制成的人造無機(jī)纖維，是一種無毒無害的綠色產(chǎn)品。其防火性能好、耐久性好，能夠做到與結(jié)構(gòu)壽命同步，價(jià)格較低，在滿足保溫隔熱性能的同時(shí)還能夠具有一定的隔聲效果。但巖棉的質(zhì)量優(yōu)劣相差很大，保溫性能好的密度低，其抗拉強(qiáng)度也低，耐久性比較差。從原材料上來說玄武巖的巖棉是最好的，它生產(chǎn)出來的巖棉不但纖維細(xì)，而且導(dǎo)熱系數(shù)和抗拉強(qiáng)度都能達(dá)到國內(nèi)一般工程的設(shè)計(jì)要求。玻璃棉是將熔融玻璃纖維化，形成棉狀的材料，化學(xué)成分屬玻璃類，是一種無機(jī)質(zhì)纖維，具有成型好、體積密度小、熱導(dǎo)率彽、保溫絕熱、吸音性能好、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定。玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處，但其手感好于巖棉，可改善工人的勞動(dòng)時(shí)間，但它在價(jià)格上較巖棉高。

2.1.2 聚苯乙烯泡沫塑料板

聚苯乙烯泡沫塑料板是以聚苯乙烯樹脂為主要原料，經(jīng)揮發(fā)性液體發(fā)泡劑發(fā)泡處理而制成的內(nèi)部具有封閉微孔，經(jīng)加熱預(yù)發(fā)后在模具中加熱成型的一種保溫材料。其質(zhì)量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小、隔音性好、吸水率低，且尺寸精度高，在外墻保溫行業(yè)中占有較高的市場份額。

該保溫材料具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：第一，對建筑物主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，延長建筑物壽命。第二，有效防止熱橋的產(chǎn)生。第三，有利于室溫保持穩(wěn)定。但是，這些塑料制品體積龐大，消耗量大，其回收利用是人們應(yīng)該重視的一個(gè)問題。目前，聚苯乙烯泡沫塑料回收利用主要途徑有：減容后造粒、粉碎后用作各種填充材料、裂解制油或回收苯乙烯和其他。

2.1.3 聚苯顆粒保溫料漿

聚苯顆粒保溫料漿是由聚苯顆粒物和保溫膠粉料分別按配比包裝組成。膠粉料采用預(yù)混干拌技術(shù)在工廠將水泥與高分子、引氣劑等各種添加劑混勻后包裝，使用時(shí)按規(guī)定比例加水進(jìn)行配比，攪拌均勻成漿后再加聚苯顆粒，充分?jǐn)嚢韬笮纬伤苄粤己玫母酄铙w。將其抹于墻體，干燥后便形成保溫性能良好的保溫層。這種材料施工方便，原料來源廣泛。其中聚苯顆?？梢圆捎霉I(yè)品，也可以采用廢舊聚苯保溫板，這對于防止白色污染，保護(hù)環(huán)境十分有益。但此種保溫材料吸水率較其他材料高，使用時(shí)須要做抗裂防水層。

2.2 外墻保溫的現(xiàn)狀

在我國目前的經(jīng)濟(jì)及技術(shù)條件下，聚苯乙烯泡沫塑料等可燃有機(jī)保溫材料因其導(dǎo)熱系數(shù)小、表觀密度小、隔音性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、尺寸精度高、生產(chǎn)工藝簡單、施工安裝方便等特點(diǎn)在建筑外墻保溫系統(tǒng)中被廣泛使用，同時(shí)，也產(chǎn)生了一系列的安全事故。保溫和防火間的矛盾（越是保溫效果好，越是防火性能差）如何打破，任重而道遠(yuǎn)。

本文通過有機(jī)、無機(jī)保溫材料的性能比較來說明我國外墻保溫材料的應(yīng)用現(xiàn)狀。

從保溫性能方面來說，有機(jī)材料優(yōu)于無機(jī)材料。對于保溫材料的保溫性，導(dǎo)熱系數(shù)越低，保溫性能越好。無機(jī)材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對較高，因此保溫效果比有機(jī)材料的保溫效果差。從吸水率與透氣性方面來說，有機(jī)材料的吸水率較低，具有很好的防水性能。無機(jī)材料則具有較大的吸水率和水蒸氣滲透率，因而保溫效果不夠穩(wěn)定。從防火性能方面來說，無機(jī)材料的優(yōu)勢明顯，對有機(jī)材料來講，防火性能是致命傷。從保溫材料的使用壽命方面來說，無機(jī)材料也有很大的優(yōu)勢，可與其基層墻體同壽命。然而有機(jī)保溫材料的使用壽命則相對較短，以聚苯板為例，其使用壽命為15～20年，無疑會增加資金和工程量的投入。

綜上可知，有機(jī)保溫材料的最大優(yōu)點(diǎn)是保溫、隔熱性好，加之施工經(jīng)驗(yàn)豐富，所以應(yīng)用廣泛。但其安全性和耐久性均不如無機(jī)保溫材料，易老化，易燃燒，且燃燒時(shí)會產(chǎn)生大量的有毒氣體是其使用的最大缺陷。

對于有機(jī)保溫材料而言，達(dá)到防火B(yǎng)1級甚至A級有很大的技術(shù)難題?，F(xiàn)階段只有巖棉等無機(jī)材料可以達(dá)，但普通巖棉抗壓強(qiáng)度又達(dá)不到國家要求的0.1 MPa。這說明外墻保溫材料對材料的綜合性能要求較高，因此，我國正加大對防火、耐久性等基礎(chǔ)理論的研究，以期提高整體技術(shù)的研發(fā)實(shí)力。

3 外墻保溫材料及技術(shù)的發(fā)展方向

由于A級防火保溫材料市場還不成熟，加之其生產(chǎn)能力和供應(yīng)量遠(yuǎn)不能滿足市場要求，所以目前市場上A級外墻保溫材料價(jià)格較高。以巖棉為例，全國每年產(chǎn)能不超過10萬噸，嚴(yán)重的供不應(yīng)求造成了其價(jià)格飛漲。2007年，我國二氧化碳的排放量超過美國，位居世界第一，因此節(jié)能減排已成為當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。而建筑行業(yè)所帶來的環(huán)境污染占主要地位，這就需要我國研發(fā)出節(jié)能減排效果更好的外墻保溫材料。因此，通過改進(jìn)保溫材料滿足建筑節(jié)能的需求成為今后很長時(shí)間外墻保溫材料行業(yè)需要關(guān)注的關(guān)鍵問題之一。筆者認(rèn)為，發(fā)展保溫材料及技術(shù)應(yīng)該從制度完善、科技投入和實(shí)踐總結(jié)等幾方面多管齊下，多部門協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)高性能外墻保溫材料的快速發(fā)展，具體表現(xiàn)有以下幾點(diǎn)。

3.1 政府完善制度，加速安全性高的保溫材料的使用

根據(jù)目前我國由外墻保溫材料而引發(fā)重大火災(zāi)事故的次數(shù)很多，造成的損失也非常大。如2009年央視大樓火災(zāi)、2010年上海靜安高層住宅大型火災(zāi)和2011年沈陽皇朝萬鑫國際大廈火災(zāi)等。因此，國家相應(yīng)的職能部門應(yīng)該制定更加嚴(yán)格的保溫材料防火要求和規(guī)定，出臺相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。同時(shí)政府監(jiān)管部門在材料使用的各個(gè)環(huán)節(jié)上進(jìn)行嚴(yán)密把關(guān)，提倡使用氧指數(shù)高的保溫材料以增加安全性。比如，規(guī)劃、城建、消防等部門應(yīng)該對施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際勘察，工商、質(zhì)監(jiān)等部門應(yīng)對施工單位所選用的材料進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保材料的質(zhì)量安全、可靠。施工時(shí)，監(jiān)理、城建、質(zhì)檢、消防等部門要嚴(yán)格要求，對不按國家標(biāo)準(zhǔn)選用的不達(dá)標(biāo)材料應(yīng)禁止使用到工程上，消除可能發(fā)生火災(zāi)的先天性隱患。

3.2 提高科技研發(fā)力度，促進(jìn)產(chǎn)品升級改性

眾所周知，材料的導(dǎo)熱系數(shù)越低，保溫性能越高。但是如何降低外墻保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)一直困擾著廣大的科研工作者，原因之一就是政府、企業(yè)不重視新型保溫材料的研究，科研開發(fā)的力度不夠。為保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，2009年9月由公安部和住建部聯(lián)合發(fā)布了《外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》（公通字[2009]46號），2011年3月公安部發(fā)布了《進(jìn)一步明確民用建筑外保溫材料消防監(jiān)督管理有關(guān)要求的通知》（公消[2011]65號）。此外，從1986年的節(jié)能30%，至現(xiàn)今的65%，北京等城市已經(jīng)施行節(jié)能75%的標(biāo)準(zhǔn)，雖然我國建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。因此，在建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)上，我國急需降低熱導(dǎo)系數(shù)來提高保溫材料的性能指標(biāo)。

值得欣慰的是，我國的一些科研工作者已經(jīng)意識到了上面的問題，因此紛紛對高性能的保溫材料進(jìn)行了研究。如亓波[6]等人以酚醛泡沫保溫板為研究對象，對酚醛板的基本性能及其外墻保溫應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究和測試。結(jié)果顯示，酚醛板具有良好的阻燃性和保溫性，其應(yīng)用系統(tǒng)通過了大型耐候性試驗(yàn)檢測，性能完全達(dá)到要求，可以用于外墻保溫。

3.3 總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，達(dá)到科研與應(yīng)用的完美結(jié)合

通過對多起火災(zāi)事故的深刻反思，我國已經(jīng)認(rèn)識到建筑防火問題的重要性。預(yù)計(jì)今后，難燃材料必將得到廣泛的應(yīng)用。保溫材料中所含的阻燃劑大多數(shù)情況下都是對人體有害的物質(zhì)，該問題已經(jīng)引起國際社會的廣泛關(guān)注。因此，研發(fā)一種阻燃劑的替代品也成為研發(fā)者的研究方向。

此外，降低保溫材料的生產(chǎn)成本，增加市場的接受度也是今后外墻保溫材料的發(fā)展方向之一。

4 結(jié)語

在目前的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下，我國要大力提倡和加快不燃性材料、新型耐火高效節(jié)能材料的開發(fā)和利用，以提高系統(tǒng)的防火安全性能。保溫節(jié)能是執(zhí)行“節(jié)約能源保護(hù)環(huán)境”的基本國策的必要組成部分，并且，隨著社會的不斷發(fā)展和人們生活水平的普遍提高，節(jié)能、不燃、保溫性好的建筑外墻保溫材料正在快速發(fā)展并成為新型材料研究的熱點(diǎn)。

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