新型飾面無(wú)砂大孔無(wú)機(jī)外墻保溫系統(tǒng)研究綜述

■張方財(cái)，翟翼翀，張志平，王會(huì)新 ■北京建筑大學(xué)綠色建筑與節(jié)能技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，我們所面臨的能源以及環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重。在這種背景下，我國(guó)建筑業(yè)采取了各種節(jié)能環(huán)保措施，北京市最早是在1994年提出推行建筑業(yè)節(jié)能要求的城市，在2006年又提出了一些列的建筑節(jié)能政策，以期可以早日和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌［1］。在北京的推動(dòng)作用和示范作用下，我國(guó)的大部分地區(qū)也已經(jīng)將建筑節(jié)能要求納入到建筑政策范圍，標(biāo)志著對(duì)建筑節(jié)能的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用進(jìn)入新階段［2］。

在我國(guó)建筑能耗連同圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)能耗已超過(guò)全國(guó)能源消耗總量的27.6%，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到33%以上;在400億平方米的城鄉(xiāng)既有建筑中，高能耗建筑占95%以上［3］。我國(guó)單位建筑面積能耗是氣候相近的發(fā)達(dá)國(guó)家的3～5倍，而資源占有量不到世界平均水平的1/5。在20世紀(jì)后期，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直是以高能耗的粗放型增長(zhǎng)模式，缺乏建筑熱工和建筑節(jié)能方面的研究和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)保溫節(jié)能方面不夠重視，一味的強(qiáng)調(diào)降低建筑造價(jià)，造成建筑保溫隔熱性差、用能效率低，極大的浪費(fèi)了可利用能源［4］。目前，建筑節(jié)能成為各種節(jié)能途徑中潛力最大的方式，這也是緩解能源緊張、解決能源供需矛盾最有效的措施之一［5］。伴隨著建筑節(jié)能在節(jié)能減排中的比重逐漸增大，建筑節(jié)能材料與技術(shù)的深入研究成為了迫在眉睫的課題。

1 國(guó)內(nèi)墻體保溫系統(tǒng)的應(yīng)用和研究

1．1 研究現(xiàn)狀

墻體、門窗保溫是建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)是世界各國(guó)建筑節(jié)能研究的重要方向之一［6］。發(fā)展高性能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料、制品及其系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的關(guān)鍵。近幾年來(lái)，墻外保溫系統(tǒng)在我國(guó)北方的傳統(tǒng)采暖區(qū)得到了迅猛發(fā)展，保溫隔熱材料根據(jù)其構(gòu)成大體可分為兩類，即無(wú)機(jī)保溫材料和有機(jī)保溫材料［7］。

墻體保溫作為建筑節(jié)能的重要組成部分，選擇合適的保溫材料和運(yùn)用恰當(dāng)?shù)墓?jié)能施工技術(shù)對(duì)節(jié)能保溫的效果，建筑物的安全、質(zhì)量等多方面都起著至關(guān)重要的作用［8］。當(dāng)前，外墻外保溫的做法是普遍采用外墻粘貼保溫系統(tǒng)和外墻外保溫砂漿保溫系統(tǒng)兩種做法，其中，保溫砂漿又多以膠粉聚苯顆粒保溫砂漿和膨脹?；⒅楸貪{料為主［9］。通過(guò)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)采用保溫并非是最好的保溫方法，漿料中的膠粉聚苯顆粒保溫砂漿也存在著許多難以克服的缺陷，現(xiàn)將上述幾種保溫材料與做法加以比較［10］。

表1 幾種常見(jiàn)的保溫體系墻體材料的特點(diǎn)

1．2 應(yīng)用現(xiàn)狀

由于近年來(lái)，南京中環(huán)國(guó)際廣場(chǎng)、哈爾濱經(jīng)緯360度雙子星大廈、濟(jì)南奧體中心、北京央視新址附屬文化中心、上海膠州教師公寓、沈陽(yáng)皇朝萬(wàn)鑫大廈等相繼發(fā)生建筑外保溫材料火災(zāi)，造成嚴(yán)重人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，建筑易燃可燃外保溫材料已成為一類新的火災(zāi)隱患，由此引發(fā)的火災(zāi)已呈多發(fā)勢(shì)頭［11］。中華人民共和國(guó)公安部公消［2011］65號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步明確民用建筑外保溫材料消防建筑管理有關(guān)要求的通知》規(guī)定民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級(jí)的材料，使得有機(jī)保溫材料因易燃、有毒煙氣等問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)始遠(yuǎn)離中國(guó)的建筑［12］。因此，無(wú)機(jī)保溫材料的大量推廣成為發(fā)展的必然。

2 目前出現(xiàn)的主要問(wèn)題

?；⒅閮?nèi)部孔隙的密閉化。部分?；⒅椴⒉皇欠忾]孔，導(dǎo)致?；⒅榈奈蔬^(guò)高，影響其導(dǎo)熱系數(shù)，因此首先必須通過(guò)特殊方法完成?；⒅楸砻娴母邚?qiáng)度密封。

無(wú)砂大孔無(wú)機(jī)保溫系統(tǒng)中大孔的相互隔離。無(wú)砂大孔的透氣、透水性容易實(shí)現(xiàn)，但要實(shí)現(xiàn)保溫隔熱，需要的是閉口孔。簡(jiǎn)單的通過(guò)水泥凈漿等材料的隔離容易導(dǎo)致大孔的堵塞，難以起到保溫隔熱作用。

無(wú)砂大孔保溫層與裝飾材料的界面。不同材料間的界面總是復(fù)合材料的薄弱區(qū)，薄弱區(qū)的粘結(jié)情況將會(huì)直接決定整個(gè)無(wú)砂大孔保溫體系的強(qiáng)度以及使用的耐久性，目前來(lái)說(shuō)還沒(méi)有一個(gè)比較良好的解決辦法。

3 相對(duì)應(yīng)的解決措施

解決相關(guān)問(wèn)題的思路來(lái)源于無(wú)砂大孔水泥混凝土和動(dòng)物骨骼的構(gòu)造。借鑒北京建工集團(tuán)完成北京奧運(yùn)體育場(chǎng)館廣場(chǎng)高強(qiáng)度大孔混凝土問(wèn)題的解決方法。通過(guò)特殊的配比和成型方式可以解決大孔保溫板的高強(qiáng)度問(wèn)題。

3．1 保溫原理及材料選擇

無(wú)論是有機(jī)還是無(wú)機(jī)材料，隔熱性能優(yōu)異的建筑外墻保溫材料其原理都是通過(guò)較多較大的密閉孔隙來(lái)阻隔熱量的傳遞。因?yàn)榭諝馐菬岬牟涣紝?dǎo)體，密閉孔隙多的材料自然成為保溫隔熱材料的首選。但有機(jī)材料的易燃、毒煙及難耐久的缺陷極大的阻礙了它的應(yīng)用，無(wú)機(jī)保溫材料的發(fā)展是大勢(shì)所趨。

?；⒅楸厣皾{大范圍的應(yīng)用廣受歡迎，正體現(xiàn)了無(wú)機(jī)保溫材料的優(yōu)越性。?；⒅橐云淞己玫母魺嵝阅芎拖鄬?duì)低廉的價(jià)格也成為了無(wú)機(jī)保溫材料的首選。然而現(xiàn)有的?；⒅楸厣皾{的不足之處在于水泥、砂的導(dǎo)熱系數(shù)都很大，它們填充在玻化微珠的空隙間形成了無(wú)數(shù)熱橋，大大降低了玻化微珠的隔熱性能。選材時(shí)不使用砂，僅用?；⒅樽龉橇?，通過(guò)特殊方式成型的無(wú)砂大孔保溫層的隔熱性能毫無(wú)疑問(wèn)會(huì)明顯優(yōu)于現(xiàn)有保溫砂漿。

3．2 大孔問(wèn)題解決方法

現(xiàn)有保溫砂漿只是利用了?；⒅閮?nèi)部密閉的孔隙來(lái)隔熱，玻化微珠顆粒間的大空隙卻被填塞未能利用。對(duì)此問(wèn)題有以完整的解決思路，即先將?；⒅橹瞥闪?mm左右的表面密閉的球狀顆粒，然后在其表面涂抹薄層膠凝材料，既能使玻化微珠顆粒緊密的相互粘接又不會(huì)讓顆粒間的空隙被填塞。正如成型的米花糖，米粒之間能緊密粘接但又存在很大的空隙。

將?；⒅橹瞥奢^大的球狀顆粒不僅解決了大孔問(wèn)題，還能降低?；⒅榈奈?、提高抗壓強(qiáng)度，極大的提高材料的施工性能。玻化微珠顆粒表面密閉，吸水率自然會(huì)比原來(lái)表面不完全封閉的玻化微珠小，這毫無(wú)疑問(wèn)。而顆粒表面的高強(qiáng)密封膜之所以能大大提高玻化微珠的強(qiáng)度，得益于其封閉的球狀薄殼結(jié)構(gòu)。正如雞蛋殼，材料本身的強(qiáng)度并不高，但其封閉的卵形薄殼結(jié)構(gòu)卻能使雞蛋有相當(dāng)大的抗壓強(qiáng)度。

3．3 密閉問(wèn)題解決方法

球狀?；⒅轭w粒存在大孔，但以開(kāi)口孔為主，且顆粒間的空隙是相互連通的不利于隔熱，需要解決。?；⒅轭w粒在分層抹到墻上時(shí)可以在每層間鋪設(shè)玻纖襯布，將每層顆粒間的空隙完全隔開(kāi)。但這還不夠，各層玻化微珠顆粒間的空隙依然連通，空氣還有很大流動(dòng)空間?？梢栽诟鲗硬；⒅轭w粒抹到墻上前先在墻上鋪設(shè)分隔網(wǎng)，正如水磨石地面的玻璃條分隔網(wǎng)一樣。這樣各層?；⒅轭w粒都被分成了相互獨(dú)立的小塊，再加上各層間的分隔玻纖襯布就使每個(gè)玻化微珠顆粒小塊都成了表面密閉相互獨(dú)立的保溫結(jié)構(gòu)［13］。

分隔結(jié)構(gòu)不僅解決了?；⒅轭w粒間空隙的密閉問(wèn)題，玻纖襯布的加入還能顯著提高保溫層的抗拉、抗折強(qiáng)度，提高了材料的耐久性。這種通過(guò)特殊方式成型的隔熱保溫系統(tǒng)在最大程度上實(shí)現(xiàn)了保溫材料密閉大孔的要求，其保溫性能將與現(xiàn)有的保溫砂漿不可同日而語(yǔ)。

玻化微珠無(wú)砂大孔保溫層。借用并發(fā)展無(wú)砂大孔混凝土的配制技術(shù)，將無(wú)砂大孔混凝土的透水性能演變?yōu)橄嗷ジ綦x的封閉空間，減少了現(xiàn)有保溫砂漿的大量熱橋，其保溫隔熱性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有保溫砂漿。

4 飾面復(fù)合無(wú)機(jī)保溫系統(tǒng)應(yīng)用模擬

先用高強(qiáng)膠凝材料將?；⒅楸砻婷芊?，制成粒徑1～5mm的?；⒅轭w粒。然后將它們制成多層保溫板，每層之間用玻纖襯布分隔。最后是現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)，鋪完后用絕熱材料嵌縫，實(shí)現(xiàn)縱橫方向的分隔。這是保溫系統(tǒng)的剖面圖，每一小塊保溫板都處于密閉的空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了大孔的密封，酷似烏賊的骨骼構(gòu)造。下圖1－2給出了保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模擬圖以及保溫板外墻裝飾效果圖。它可以定制多種飾面效果，滿足建筑飾面效果多樣化的需要。飾面復(fù)合保溫系統(tǒng)為工廠化生產(chǎn)，已有產(chǎn)品為飾面復(fù)合聚苯保溫系統(tǒng)，該產(chǎn)品因使用高分子材料將逐步被市場(chǎng)所遺忘。飾面復(fù)合無(wú)機(jī)保溫系統(tǒng)同樣為工廠化生產(chǎn)產(chǎn)品，與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的保溫產(chǎn)品的最大優(yōu)勢(shì)是可保證產(chǎn)品的優(yōu)異性能。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T20473－2006。

圖1 保溫板剖面圖

5 結(jié)論

圖2 保溫板外墻裝飾效果圖

飾面無(wú)砂大孔無(wú)機(jī)外墻保溫系統(tǒng)主要就是針對(duì)當(dāng)前的無(wú)機(jī)保溫系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的隔熱性能差，利用封閉的小孔對(duì)其隔熱性能進(jìn)行改善，同時(shí)通過(guò)對(duì)飾面復(fù)合保溫系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，有效的提高整個(gè)系統(tǒng)的保溫能力。借鑒了透水混凝土設(shè)計(jì)的相關(guān)理念，通過(guò)原材料優(yōu)選以及成型工藝的設(shè)計(jì)有效解決了封閉大孔的形成問(wèn)題，使得飾面無(wú)砂大孔無(wú)機(jī)外墻保溫系統(tǒng)的力學(xué)性能也得到了改善。

［1］鄒恩鵬，李超．建筑節(jié)能——建筑行業(yè)的新課題［J］．黑龍江科技信息，2007(12)．

［2］許堅(jiān)，陳大淮．建筑節(jié)能檢測(cè)及其全面推行節(jié)能檢測(cè)亟待解決的問(wèn)題［J］．中國(guó)科技信息，2006(17)．

［3］閆輝．建筑節(jié)能——什么阻礙了你的前行?［J］．科技資訊，2007(04)．

［4］徐春桃，謝竹雯，林潔．關(guān)于玻化微珠保溫砂漿推廣應(yīng)用的探討與分析［J］．福建建材，2010(02)．

［5］張澤平，劉鴿，師鵬，李珠．?；⒅楸鼗炷恋木G色評(píng)價(jià)［J］．建筑節(jié)能，2010(07)．

［6］柯國(guó)生．探討?；⒅橥鈮ν獗厥┕べ|(zhì)量控制［J］．福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010(06)．

［7］李珠，岳俊峰，王澤，石峰．?；⒅楸厣皾{在建筑保溫節(jié)能與抗震加固一體化中的應(yīng)用［J］．上海建材，2009(02)．

［8］王堅(jiān)，蘇敏靜．新型化學(xué)石膏保溫砂漿配制與施工工藝［J］．建筑技術(shù)，2010(05)．

［9］李珠，張巍，穆啟華．?；⒅楸厣皾{性能分析［J］．建材技術(shù)與應(yīng)用，2007(03)．

［10］李友群，李麗娟，蘇健波．玻化微珠對(duì)高強(qiáng)混凝土高溫性能影響研究［J］．混凝土，2009(04)．

［11］曾亮，黃少文，胡欣，羅琦．?；⒅楸厣皾{的應(yīng)用現(xiàn)狀研究［J］．南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版)，2008(04)．

［12］中華人民共和國(guó)公安部［2011］65號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步明確民用建筑外保溫材料消防建筑管理有關(guān)要求的通知》．2011．

［13］張澤平，李建宇，楊曉晶，李珠．?；⒅楸厣皾{系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究［J］．混凝土與水泥制品，2008(03)．