住宅外墻保溫材料性能及保溫效果對(duì)比分析

■ 陸偉光 Lu Weiguang

0 引言

隨著節(jié)能減排工作的貫徹深入，我國(guó)先后發(fā)布實(shí)施了《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—95）、《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 134—2010）、《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 75—2012）。在國(guó)家技術(shù)政策和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的推動(dòng)下，外墻外保溫體系的使用也越來(lái)越廣泛。尤其是近年來(lái)，建筑保溫節(jié)能要求日益提高，采用外墻外保溫體系的建筑數(shù)量不斷增長(zhǎng)，各種新型的保溫材料層出不窮。隨著防火要求的提高，膨脹聚苯板（EPS板）、擠塑聚苯板（XPS板）、聚氨酯等易燃保溫材料已被逐漸淘汰出市場(chǎng)。目前，住宅中應(yīng)用較多的燃燒性能為A級(jí)的材料有泡沫玻璃板、發(fā)泡水泥板和巖棉板，本文將著重介紹這3種常用保溫材料。

1 外墻外保溫材料

1.1 泡沫玻璃板

泡沫玻璃是由碎玻璃、發(fā)泡劑、改性添加劑和發(fā)泡促進(jìn)劑等，經(jīng)過(guò)細(xì)粉碎和均勻混合后，再經(jīng)過(guò)高溫熔化、發(fā)泡、退火而制成的無(wú)機(jī)非金屬玻璃材料。具有不吸水、不燃燒、容重低、導(dǎo)熱系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，但生產(chǎn)成本較高[1]。

1.2 發(fā)泡水泥板

發(fā)泡水泥板以普通硅酸鹽水泥、粉煤灰或礦粉為主要材料，再加入特殊效果的外加劑，經(jīng)發(fā)泡、成型、養(yǎng)護(hù)、切割等工藝所生產(chǎn)的具有一定保溫效果的輕質(zhì)多孔保溫板材。由于材料中孔洞較多，易吸水。

1.3 巖棉板

巖棉是以玄武巖或輝綠巖為主要原料經(jīng)高溫熔制成的無(wú)機(jī)人造纖維巖棉制品，具有良好的保溫、隔熱、吸聲、耐熱、不燃性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性[2]。巖棉纖維進(jìn)入到人體呼吸道的話(huà)，對(duì)人體造成傷害。

表1 第一組泡沫玻璃板測(cè)試結(jié)果

表2 第二組泡沫玻璃板測(cè)試結(jié)果

表3 第三組泡沫玻璃板測(cè)試結(jié)果

圖1 三組泡沫玻璃板數(shù)據(jù)對(duì)比

圖2 每組泡沫玻璃板數(shù)據(jù)平均值對(duì)比

2 材料性能、施工方法及其他方面特性比較

2.1 燃燒性能

2015年5月，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）開(kāi)始發(fā)布實(shí)施，規(guī)定民用建筑外保溫材料的燃燒性能宜為A級(jí)，且不應(yīng)低于B2級(jí)。2015年10月，《民用建筑外保溫材料防火技術(shù)規(guī)程》（DGJ 08—2164—2015）規(guī)定，新建、改建、擴(kuò)建民用建筑外墻保溫材料嚴(yán)禁采用燃燒性能為B2級(jí)及以下的保溫材料。發(fā)泡水泥板、泡沫玻璃板、巖棉板作為無(wú)機(jī)保溫材料，燃燒等級(jí)均為A級(jí)，能滿(mǎn)足防火要求。

2.2 導(dǎo)熱系數(shù)、密度、抗拉強(qiáng)度

分別對(duì)泡沫玻璃板、發(fā)泡水泥板和巖棉板進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試所用泡沫玻璃板、發(fā)泡水泥板、巖棉板，采用相同的成型工藝，不同的規(guī)格，從中選取具有代表性密度的保溫材料進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2.1 泡沫玻璃板

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，在目前市場(chǎng)上常用的泡沫玻璃板中選取3種密度具有代表性的泡沫玻璃板，測(cè)試其導(dǎo)熱系數(shù)、密度、抗拉強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果如表1～3所示。

通過(guò)比較（圖1、2）可以看出，泡沫玻璃板的導(dǎo)熱系數(shù)和抗拉強(qiáng)度隨密度增加而逐漸增加。當(dāng)密度平均增加27%時(shí)，抗拉強(qiáng)度增加24%，導(dǎo)熱系數(shù)約增加20%，導(dǎo)熱系數(shù)增加幅度與抗拉強(qiáng)度增加幅度基本一致。

2.2.2 發(fā)泡水泥板

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，在目前市場(chǎng)上常用的發(fā)泡水泥板中選取3種密度具有代表性的發(fā)泡水泥板，測(cè)試其導(dǎo)熱系數(shù)、密度和抗拉強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果如表4～6所示。

由圖3、4可以看出，發(fā)泡水泥板的導(dǎo)熱系數(shù)和抗拉強(qiáng)度隨密度逐漸增加，當(dāng)密度平均增加23%時(shí)，抗拉強(qiáng)度增加50%，導(dǎo)熱系數(shù)增加11%（即保溫性能下降11%），其抗拉強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度遠(yuǎn)高于保溫性能下降幅度。

因此，在選擇發(fā)泡水泥板時(shí)，宜選擇密度較高那種。一方面，密度的增加對(duì)于抗拉強(qiáng)度的提高幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保溫性能下降幅度；另一方面，發(fā)泡水泥板密度較低時(shí)，脆性較大，施工時(shí)易碎裂。因此，在滿(mǎn)足節(jié)能要求的前提下，宜選用密度高的發(fā)泡水泥板。

2.2.3 巖棉板

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，在目前市場(chǎng)上常用的巖棉板中選取3種密度具有代表性的巖棉板，測(cè)試其導(dǎo)熱系數(shù)、密度、抗拉強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)果如表7～9所示。

對(duì)于巖棉板來(lái)說(shuō)，巖棉板隨密度增加，導(dǎo)熱系數(shù)變化不大，垂直于板的抗拉強(qiáng)度逐漸增加，當(dāng)密度增加28%時(shí)，垂直于板的抗拉強(qiáng)度增加10%（圖5、6）?？梢?jiàn)，巖棉板密度對(duì)保溫性能影響不大。

圖3 三組發(fā)泡水泥板數(shù)據(jù)對(duì)比

圖4 每組發(fā)泡水泥板數(shù)據(jù)平均值對(duì)比

表4 第一組發(fā)泡水泥板測(cè)試結(jié)果

表5 第二組發(fā)泡水泥板測(cè)試結(jié)果

表6 第三組發(fā)泡水泥板測(cè)試結(jié)果

表7 第一組巖棉板測(cè)試結(jié)果

表8 第二組巖棉板測(cè)試結(jié)果

表9 第三組巖棉板測(cè)試結(jié)果

2.3 施工方法

2.3.1 發(fā)泡水泥板與泡沫玻璃板保溫系統(tǒng)施工

發(fā)泡水泥板保溫系統(tǒng)由黏結(jié)層、保溫層、連接件、增強(qiáng)防護(hù)層和飾面層組成。發(fā)泡水泥板保溫板與基層采用滿(mǎn)粘法，且黏結(jié)層厚度不應(yīng)小于5 mm；連接件的布置每平方米不少于5個(gè)[3]。

泡沫玻璃保溫系統(tǒng)由黏結(jié)層、保溫層、連接件、增強(qiáng)防護(hù)層和飾面層組成。施工時(shí)基層墻體涂刷混凝土專(zhuān)用界面劑，然后采用專(zhuān)用的干混薄膜層抹灰砂漿對(duì)基層墻體進(jìn)行找平。泡沫玻璃板粘貼面積不小于50%，連接件的布置密度一般為每平方米4～5個(gè)[4]。

由于泡沫玻璃板和發(fā)泡水泥板在外墻保溫中使用的板材多以300mm×300 mm板材為主，按照每平方米5個(gè)錨栓的要求設(shè)置，錨栓的設(shè)置就不可能把所有的板材覆蓋，所以碎裂的板材容易脫落。

2.3.2 巖棉板保溫系統(tǒng)施工

巖棉板保溫系統(tǒng)由黏結(jié)層、保溫層、連接件、增強(qiáng)防護(hù)層和飾面層組成。基層墻面用1∶3水泥砂漿進(jìn)行填實(shí)找平。基層必須干燥并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。巖棉的粘貼采用點(diǎn)粘法，巖棉的結(jié)構(gòu)較松散，所以巖棉板的固定，除了可靠的黏結(jié)外，錨栓的設(shè)置非常重要，錨栓的數(shù)量、規(guī)格、分布及拉拔力試驗(yàn)都必須符合設(shè)計(jì)要求。巖棉受潮后，易造成板材的疏松，強(qiáng)度降低， 因此，保溫板的開(kāi)口處都要有可靠的密封措施，或者采用憎水型板材，以阻斷雨水、潮氣的入侵通道，達(dá)到耐久、可靠的保溫效果。施工過(guò)程中，巖棉纖維會(huì)損傷施工人員的呼吸系統(tǒng)及裸露皮膚，因此，在施工過(guò)程中必須做好必要的防護(hù)措施。

2.4 其他方面比較

在整體性上，泡沫玻璃板、巖棉板和發(fā)泡水泥板是以板材形式施工于外墻表面，對(duì)外墻表面平整度要求較高，泡沫玻璃板和發(fā)泡水泥板材料本身有一定的強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度均能達(dá)到0.1MPa以上，但抗折抗彎性能較差，屬于脆性材料，施工過(guò)程中必須避免磕碰。巖棉板屬于柔性材料，有一定的韌性，但是主要是由纖維通過(guò)壓制而成，纖維之間的聯(lián)系程度較差，垂直于板的抗拉強(qiáng)度只能達(dá)到10kPa以上。

圖5 三組巖棉板數(shù)據(jù)對(duì)比

圖6 每組巖棉板數(shù)據(jù)平均值對(duì)比

3 保溫性能比較

根據(jù)《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DGJ 08—205—2015），“3層及以下建筑外墻平均傳熱系數(shù)小于等于0.8 W/（m2K），3層以上建筑外墻平均傳熱系數(shù)小于等于1.0 W/（m2K）”。為便于分析，計(jì)算條件可做如下簡(jiǎn)化處理。

（1）3層及以下建筑通常為砌體結(jié)構(gòu)，圈梁、過(guò)梁、樓板、構(gòu)造柱等結(jié)構(gòu)性熱橋比例取25%，外墻主墻體以加氣混凝土砌塊為例。3層以上建筑尤其是高層建筑多為剪力墻結(jié)構(gòu)，以剪力墻傳熱系數(shù)作為外墻平均傳熱系數(shù)。

（2）泡沫玻璃、發(fā)泡水泥板和巖棉板導(dǎo)熱系數(shù)取上述3組檢測(cè)數(shù)值密度為中間的一組數(shù)據(jù)，分析計(jì)算外墻平均傳熱系數(shù)滿(mǎn)足現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，泡沫玻璃、發(fā)泡水泥板和巖棉板的厚度。

3層及以下建筑外墻平均傳熱系數(shù)應(yīng)符合公式（1）要求：

式中：

K主墻體—外墻主體部位傳熱系數(shù)，單位：W/（m2K）；

K熱橋—外熱橋部位傳熱系數(shù)，單位：W/（m2K）；

Ri—外墻內(nèi)表面對(duì)流換熱系數(shù)，取0.04 W/（m2K）；

Re—外墻內(nèi)表面對(duì)流換熱系數(shù)，取0.11 W/（m2K）。

從保溫層厚度計(jì)算表（表10）可知，對(duì)于3層及3層以下建筑，主墻體材料采用加氣混凝土砌塊，外墻保溫材料采用泡沫玻璃板、發(fā)泡水泥板和巖棉板，要達(dá)到現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，保溫層厚度分別為25mm、35mm和20mm。對(duì)于3層以上建筑，大部分建筑尤其是高層建筑，主墻體多為鋼筋混凝土，外墻保溫材料采用泡沫玻璃板，發(fā)泡水泥板和巖棉板，要達(dá)到現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求，保溫層厚度分別為40mm、55mm和35mm。

表10 保溫層厚度計(jì)算表

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，泡沫玻璃板、發(fā)泡水泥板和巖棉板均屬于無(wú)機(jī)保溫材料，防火性能均達(dá)到A級(jí)要求。三種保溫材料中，就保溫效果而言，巖棉板最優(yōu)；就耐久性而言，泡沫玻璃板最優(yōu)；就材料的強(qiáng)度、保溫性能、施工性能、對(duì)人體健康影響等綜合性能而言，發(fā)泡水泥板綜合性能最優(yōu)，性?xún)r(jià)比也最高。具體選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇合適的保溫材料。特別是當(dāng)外墻外保溫采用發(fā)泡水泥板時(shí)，在滿(mǎn)足節(jié)能要求的前提下，宜選用密度高的發(fā)泡水泥板。一方面，是因?yàn)槊芏仍黾訉?duì)于抗拉強(qiáng)度的提高幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保溫性能下降幅度；另一方面，發(fā)泡水泥板密度較低時(shí)，脆性較大，施工時(shí)易碎裂。泡沫玻璃板就材料本身而言，性能略?xún)?yōu)于發(fā)泡水泥板，但價(jià)格是發(fā)泡水泥板的3倍左右，性?xún)r(jià)比低。

除上述保溫系統(tǒng)外，目前市場(chǎng)上又出現(xiàn)了很多新型的外墻外保溫系統(tǒng)，如復(fù)合板保溫系統(tǒng)、水泥基物理發(fā)泡保溫材料、纖維增強(qiáng)改性發(fā)泡水泥保溫裝飾板、無(wú)機(jī)改性不燃保溫板外墻保溫系統(tǒng)等等，還有近年來(lái)開(kāi)始推廣的隔熱反射涂料等新型材料。因此，設(shè)計(jì)人員在選擇外墻保溫系統(tǒng)時(shí)，要了解每種保溫系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)住宅建筑的特點(diǎn)選用適合的外墻保溫系統(tǒng)。

[1]邵占華.泡沫玻璃板外墻外保溫系統(tǒng)淺析[J].中國(guó)住宅設(shè)施 ,2016,5(5)：20-24.

[2]章書(shū)建.巖棉板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)應(yīng)用及案例分析 [J].建筑節(jié)能 ,2012(8)：45-47.

[3]上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì).DG/TJ 08—2138—2014 發(fā)泡水泥板保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,2014.

[4]上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會(huì).DG/TJ 08—2193—2016 泡沫玻璃板保溫系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,2016.