淺談建筑外墻保溫材料及其發(fā)展方向

汪 滌 楚愛(ài)軍 李 瑩

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

淺談建筑外墻保溫材料及其發(fā)展方向

汪 滌 楚愛(ài)軍 李 瑩

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

文章分析了外墻保溫材料的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀,介紹了有機(jī)外墻保溫材料、無(wú)機(jī)外墻保溫材料和復(fù)合型保溫材料的特點(diǎn)，提出了今后外墻保溫材料的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向。

外墻；有機(jī)保溫材料；無(wú)機(jī)保溫材料；復(fù)合保溫材料

進(jìn)入新世紀(jì)，隨著能源、全球變暖等危機(jī)的爆發(fā)，節(jié)能減排迅速成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。在涉及節(jié)能減排的諸多問(wèn)題中，如何減少建筑能耗是大家最為關(guān)注的議題之一。目前建筑能耗在人類整個(gè)能源消耗中所占比例在30%～40%[1]，隨著我國(guó)工業(yè)化與城市化進(jìn)程的加快,建筑能源消費(fèi)總量迅速增加。推行節(jié)能建筑與建筑節(jié)能,可減少大量能源消耗，減少環(huán)境污染，減輕溫室效應(yīng),保護(hù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義。

1 建筑保溫技術(shù)

建筑物通過(guò)圍欄結(jié)構(gòu)（主要包括:門(mén)窗、外墻、屋頂和地面等）散失的熱量大約占整個(gè)系統(tǒng)熱損失的60%，其中通過(guò)外墻和門(mén)窗所損失的熱量約占總損失熱量的一半[2]。墻體保溫是建筑節(jié)能的重要一環(huán)，我國(guó)自2006年在住宅墻體推行強(qiáng)制保溫措施，重點(diǎn)推廣外墻外保溫技術(shù)。外墻外保溫技術(shù)是在建筑物外側(cè)設(shè)置保溫層，不僅適用于低層建筑物，也適用于高層建筑和新建建筑。保溫材料設(shè)置在墻體外側(cè)，可減少因熱橋問(wèn)題而引起的熱能損耗，避免熱橋部位產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象；能有效緩解環(huán)境溫度的變化導(dǎo)致的形變，減小墻體應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)損壞；還能避免紫外線和有毒氣體侵入到外圍結(jié)構(gòu)，增加墻體使用壽命[3]。

2 外墻保溫材料

目前外墻保溫材料主要包括有機(jī)、無(wú)機(jī)和復(fù)合材料三大類型，具體如下:

2.1 有機(jī)外墻保溫材料

目前建筑領(lǐng)域主要使用有機(jī)保溫材料，品種有模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫材料(XPS)、聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料板(PU)和酚醛泡沫塑料板(PF)等。

EPS板是以可發(fā)膨脹性聚苯乙烯顆粒為原料，經(jīng)加熱預(yù)發(fā)泡后，在模具中加壓成型的具有微細(xì)閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫塑料板材，具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱性好、隔聲性能優(yōu)、低吸水性、耐低溫性、易加工等優(yōu)點(diǎn)，是一種隔熱保溫性能非常優(yōu)良的材料[4-5]。

擠塑聚苯乙烯泡沫板是以聚苯乙烯樹(shù)脂為原料，在加熱混合的同時(shí)，注入催化劑，而后擠塑押出的連續(xù)性閉孔發(fā)泡的硬質(zhì)泡沫塑料板，具有高抗壓、吸水率低、防潮、不透氣、質(zhì)輕、耐腐蝕、不降解、導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)異性能。與EPS板相比，其強(qiáng)度、保溫、抗水汽滲透等性能有較大提高[6]，特別適用于建筑物的隔熱、保溫、防潮處理。目前，擠塑聚苯乙烯泡沫板在我國(guó)建筑保溫材料市場(chǎng)份額已超過(guò)20%，并且呈逐年上升趨勢(shì)[7]。

聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料是一類具有閉孔結(jié)構(gòu)且綜合性能優(yōu)異的低密度微孔高分子材料，具有質(zhì)量輕、熱導(dǎo)率低、耐熱性好、耐老化、容易與其它基材粘結(jié)、燃燒不產(chǎn)生熔滴等優(yōu)異性能[8]。通過(guò)調(diào)整配方，可制成不同密度、耐熱性及阻燃性的泡沫制品。以阻燃型聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料作芯材，以彩色涂層鋼板或鋁板為面材，通過(guò)發(fā)泡復(fù)合成型的多功能聚氨酯復(fù)合板集隔熱、防水、裝飾等功能于一體，是一種易于施工、安裝的新型建筑材料[9]。

酚醛泡沫塑料是由酚醛樹(shù)脂通過(guò)發(fā)泡得到的一種泡沫塑料，具有輕質(zhì)、防火、隔熱、隔音等優(yōu)異性能。與聚苯乙烯、聚丙烯等傳統(tǒng)聚合物材料相比，酚醛泡沫塑料具有以下優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)熱系數(shù)低，耐熱性好；在火焰的直接作用下，表面燃燒后形成一層“石墨泡沫層”，防止了火焰的蔓延，有優(yōu)良的阻燃性能；適用溫度范圍為-150～150℃，可在140～160℃下長(zhǎng)期使用[10]。

目前聚苯乙烯塑料板的用量最大，其中抹灰聚苯乙烯泡沫塑料占比最大[11]，但其不耐燃，遇火后會(huì)冒煙而碳化，產(chǎn)生大量有毒煙霧，使人窒息；且材料的膨脹系數(shù)與墻體和其表面抗裂砂漿差別大，當(dāng)環(huán)境產(chǎn)生巨大溫差時(shí)易引起保溫層開(kāi)裂，聚苯乙烯板變形，造成使用壽命縮短。

2.2 無(wú)機(jī)外墻保溫材料

與有機(jī)保溫材料相比，無(wú)機(jī)外墻保溫材料在遇到火災(zāi)時(shí)，不會(huì)引發(fā)煙霧或造成火星，也不會(huì)滴落，造成火勢(shì)蔓延，在高溫下不會(huì)釋放出對(duì)環(huán)境和人體不利或有害的氣體，防火性能非常優(yōu)越。

表1 典型保溫板材基本性能對(duì)比[14]

巖棉是以精選的玄武巖、輝綠巖為主要原料，外加輔助料，經(jīng)高溫熔融離心吹制成纖維狀的松散材料。巖棉板是加入巖棉纖維、膠粘劑、防塵劑、憎水劑等外加劑后，經(jīng)過(guò)逐層疊鋪、壓輥壓制、固化爐固化等工藝制備，其具有良好的絕熱、隔冷、吸聲及穩(wěn)定的化學(xué)性能，有不燃、憎水率高、吸濕率低等特點(diǎn)[12]。礦巖棉制品的耐水性和耐潮濕性能是應(yīng)用于建筑墻體的主要障礙，其性能不足時(shí)，巖棉制品在濕氣作用下強(qiáng)度下降，形成自然下墜，工程表現(xiàn)俗稱為“垮褲腰”，限制了其的應(yīng)用[13]。

玻璃棉板是以碎玻璃、石英砂、白云石、純堿、硼砂等原料熔成玻璃，再將其纖維化，經(jīng)過(guò)噴施特殊的熱固性粘合劑壓制形成的板狀保溫材料，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定與壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，是建筑中理想的外墻保溫材料，但其在實(shí)際使用過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，例如吸濕性較強(qiáng)，易產(chǎn)生下垂和脫落；抗拉強(qiáng)度相對(duì)較低等[14]。

膨脹珍珠巖泡沫制品是以低堿水泥為粘合劑、膨脹珍珠巖為輕骨料，加入增強(qiáng)纖維和多種外加劑(減水劑、速凝劑、引氣劑)混合均勻得到干料，使用時(shí)在施工現(xiàn)場(chǎng)摻水拌和成所需稠度的漿體，可自然流入成型模內(nèi)成型或直接噴涂、涂抹墻面和頂棚上，具有保溫、隔熱、輕質(zhì)、保溫吸音與裝飾為一體的綜合特性[15-16]。

硅酸鈣板是以鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料及增強(qiáng)纖維為主要材料，經(jīng)流漿成型、板坯壓實(shí)、蒸壓養(yǎng)護(hù)制成的強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定的無(wú)機(jī)建筑板材。硅酸鈣板強(qiáng)度高、漲濕率小、導(dǎo)熱系數(shù)低、防火性能好。中密度硅酸鈣板可用于室內(nèi)隔墻、吊頂、隔音、裝飾、防火等工程，高密度硅酸鈣板可用于室外或潮濕環(huán)境中[17]。硅酸鈣板以其優(yōu)越的材料性能被廣泛應(yīng)用于世界發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑工程中，近年來(lái)我國(guó)硅酸鈣板的產(chǎn)量增長(zhǎng)較快，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。

無(wú)機(jī)外墻保溫材料屬于不燃性材料，但其普遍存在強(qiáng)度低、整體性差、吸水率高、凍融性差等問(wèn)題，且制備工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，限制了其的應(yīng)用。

2.3 復(fù)合型保溫材料

復(fù)合型保溫隔熱材料不是簡(jiǎn)單的組合，而是充分發(fā)揮材料各自的特色后進(jìn)行有機(jī)結(jié)合使其成為一個(gè)整體的產(chǎn)品。復(fù)合型隔熱材料以膠粉聚苯顆粒保溫漿料為主,是以EPS顆粒和無(wú)機(jī)?；⒅轭w粒、膠凝材料（水泥、礦渣等）、外加劑等為原料混合均勻得到干料，加水?dāng)嚢韬笾瞥蓾{體，可涂抹或振動(dòng)成型，屬難燃材料，為A2級(jí)防火等級(jí)，自身不存在防火安全問(wèn)題。膠粉聚苯顆粒在受熱時(shí),包含的聚苯顆粒會(huì)軟化并熔化，不會(huì)發(fā)生燃燒，并且聚苯顆粒被無(wú)機(jī)物包裹，其熔融后形成封閉的空腔，降低了保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)，傳熱更慢，提高了保溫性能[18]。

采用膨脹珍珠巖、氫氧化鎂、氯化鎂、滑石粉、動(dòng)植物蛋白發(fā)泡劑制成了無(wú)機(jī)復(fù)合保溫材料試樣，最佳配比為膨脹珍珠巖30%,氫氧化鎂35%,氯化鎂25%,滑石粉10%,發(fā)泡劑用量為10 L/m3時(shí)成形性和保溫隔熱性能最好，強(qiáng)度優(yōu)于有機(jī)保溫材料，但其防水性能不如有機(jī)保溫材料[19]。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，對(duì)建筑物推行強(qiáng)制保溫措施是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)，考慮到防火要求，今后需要提高防火等級(jí)，此對(duì)外墻保溫材料的研究和開(kāi)發(fā)提供了很好的機(jī)會(huì)。同時(shí)我國(guó)也面臨環(huán)境污染日益加劇的問(wèn)題，如何利用工業(yè)的廢棄物開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)異的保溫材料，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、節(jié)約資源、減小環(huán)境污染的目標(biāo)，是當(dāng)前保溫材料研究的熱點(diǎn)，也是適合中國(guó)國(guó)情的保溫材料研究方向。此外，在未來(lái)，外墻保溫材料應(yīng)利用納米絕熱技術(shù)和納米氣凝膠材料，研制質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、隔音性能好，防火等級(jí)高（A級(jí)）的新型材料，開(kāi)發(fā)出系列新型憎水隔熱保溫材料。對(duì)于無(wú)機(jī)保溫材料注重提高材料的質(zhì)量及相應(yīng)性能，添加固體廢棄物、廢舊泡沫塑料，降低生產(chǎn)能耗及生產(chǎn)成本，大力發(fā)展多功能復(fù)合型保溫材料，實(shí)現(xiàn)保溫性能和環(huán)保節(jié)能的雙重目的,走可持續(xù)性發(fā)展的道路。

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