外墻保溫材料的性能特點及發(fā)展分析

李 像

(江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計院,江西 南昌 330001)

1 前言

隨著社會的快速發(fā)展,大量能源被消耗。我國是能源消耗大國,其中建筑總能耗占全國能耗總量的三分之一。每年我國有160億平方米的新建房屋面積為能源利用率僅33%的高耗能建筑,大力發(fā)展保溫節(jié)能建筑刻不容緩,其中建筑外墻保溫是建筑節(jié)能的重要手段。中國外墻保溫普及率僅為1 成,節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)顯著落后于發(fā)達(dá)國家,由此可見,墻體保溫材料未來市場空間廣闊。

2 國內(nèi)外墻保溫材料的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

2.1 國內(nèi)外墻保溫材料的發(fā)展現(xiàn)狀

我國建筑市場應(yīng)用的外墻保溫材料主要分為有機保溫材料、無機保溫材料以及在兩者基礎(chǔ)上的復(fù)合保溫材料,常見建筑外墻保溫材料如表1。

表1 常見建筑外墻保溫材料分類

從目前我國建筑外墻保溫材料的市場份額來看,聚苯板、聚氨酯占有率分別為70%、10%,無機和酚醛等保溫材料占比20%左右。有機材料的保溫性能優(yōu)于無機材料,但無機保溫材料的阻燃防火性能優(yōu)于有機保溫材料,這有助于擴大無機保溫材料的市場份額,特別是近幾年的外墻保溫材料的火宅新聞如央視新臺址火災(zāi)、上海靜安區(qū)教師公寓火災(zāi)等引起了人們對于保溫材料防火阻燃性能的重視。公安部為此發(fā)布公消﹝2011﹞65號文,強制要求民用建筑外保溫材料必須采用燃燒性能為A級的材料。這一政策當(dāng)時使有機保溫材料市場需求陷入危機,雖然后來國家出臺最新的《建筑設(shè)計防火規(guī)范》(GB50016-2014)明確防火等級B1和B2也可使用,但也受到條件限制,比如需要增加防火隔離帶。以無機材料為主的A級材料在使用過程中也存在諸多問題無法滿足行業(yè)需求,一些性能優(yōu)異的新型墻體保溫材料不斷出現(xiàn)。

2.2 國內(nèi)外墻保溫材料行業(yè)的存在問題

在近十幾年的外墻保溫材料發(fā)展中,外墻保溫材料行業(yè)存在以下幾個問題。(1)以現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)和施工技術(shù),目前常用的保溫材料很難做到同時具備優(yōu)秀的保溫節(jié)能和防火性能,陷入保溫、防火難兩全境地；(2)各種保溫材料魚龍混雜,沒有形成統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)督體系；(3)一些新型保溫材料雖保溫優(yōu)良性能,但成本較高,不利于推廣。

3 常用傳統(tǒng)外墻保溫材料的性能特點

3.1 有機保溫材料

(1)模塑聚苯乙烯板即EPS板是一種具有微細(xì)閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫塑料板材,重量輕,導(dǎo)熱系數(shù)較低,一般≤0.042W/(m·K),保溫性能好,易加工,施工方便,價格低,是較好的建筑絕熱材料,其主要缺點是防火性能差,一般防火性能即使改性后最高只能達(dá)到B1級,如用于高層建筑,一旦發(fā)生火災(zāi),容易點燃,存在安全隱患[1]。

(2)擠塑聚苯乙烯板(XPS板)是以聚苯乙烯樹脂為原料的連續(xù)性閉孔發(fā)泡的硬質(zhì)泡沫塑料,與模塑聚苯乙烯板相比,其保溫性能更佳,導(dǎo)熱系數(shù)≤0.03W/(m·K),而且強度、抗水滲透性能都更好,但XPS板的防火性能較差,僅為B2級。

(3)聚氨酯(PU)泡沫板是一種導(dǎo)熱系數(shù)更低的保溫材料,其導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到0.022W/(m·K),遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的有機保溫材料,保溫隔熱性能好,還具有高抗壓、低吸水率、不透氣、質(zhì)輕、吸水性低、不易降解等特點。然而,PU是一種可燃材料,燃燒等級為B2級,因此防火性能的缺陷影響了其應(yīng)用。

EPS、XPS、PU等有機保溫材料保溫效果好,但易燃燒,且燃燒時排放熱量,同時產(chǎn)生有毒煙氣。這些材料一旦點燃,火勢容易蔓延,且被困人員容易吸收毒氣,會造成重大傷亡。隨著北京、上海、沈陽等地發(fā)生大火,令當(dāng)前大量使用的外墻外保溫有機材料的防火弊端暴露出來,引起了政府對保溫材料防火性能的重視[2]。

3.2 無機保溫材料

(1) 巖棉板是經(jīng)過高溫融熔加工成的人工無機纖維板,導(dǎo)熱系數(shù)≤0.044W/(m·K),導(dǎo)熱系數(shù)小、具有質(zhì)量輕、吸熱、不燃的特點。巖棉板作為A級防火材料,在歐洲高層建筑中被廣泛使用,但在國內(nèi)建筑保溫市場份額不大,主要是因為國內(nèi)生產(chǎn)的巖棉制品質(zhì)量不過關(guān),主要表現(xiàn)在酸度系數(shù)偏低(最好1.8以上),抗拉強度偏低。這與國內(nèi)巖棉生產(chǎn)廠家的原材料、生產(chǎn)工藝水平相關(guān),首先真正使用優(yōu)質(zhì)玄武巖的不多,摻加過多的礦渣影響了纖維的質(zhì)量, 其次生產(chǎn)工藝落后,用先進(jìn)的擺錘法生產(chǎn)工藝很少[3]。歐洲巖棉制品標(biāo)準(zhǔn)對酸度系數(shù)、質(zhì)量吸濕率、抗拉強度、短期吸水量等性能的要求優(yōu)于國內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)[4]。由于多數(shù)國產(chǎn)巖棉質(zhì)量抗拉強度低,憎水性差,應(yīng)用于外墻保溫中容易形成空腔、粉化、造成脫落等現(xiàn)象,不但達(dá)不到保溫效果,還會造成安全隱患。2017年12月河南省開封市為此下文限制使用巖棉板薄抹灰外墻外保溫系統(tǒng)。

(2)?；⒅槭且环N酸性玻璃質(zhì)熔巖礦物質(zhì),經(jīng)過電爐高溫1300度膨脹等特種技術(shù)處理和生產(chǎn)工藝加工形成內(nèi)部多孔空腔結(jié)構(gòu)、表面?；忾]、呈球體狀,其理化性能十分穩(wěn)定,耐老化耐候性強,具有質(zhì)輕、絕熱、防火(燃燒性能為A級)、耐高低溫、抗老化、吸水率小等優(yōu)異特性。缺點是導(dǎo)熱系數(shù)較高,保溫效果較其他材料沒有優(yōu)勢,而且施工周期長。

4 新型外墻保溫材料

(1)酚醛樹脂板作為建筑節(jié)能保溫材料,由于閉孔率高而使得導(dǎo)熱系數(shù)低,僅為0.023W/(m·K),保溫隔熱效果好、防水透氣、粘結(jié)性良好剛性大、抗剝離強度高、無毒無味無害,無刺激性等優(yōu)點。另外改性后的酚醛樹脂的防火等級可以達(dá)到A級,但會增加成本,其缺點是整體的粘結(jié)性不好,抗壓抗折能力極低、系統(tǒng)易開裂,高濕下體積穩(wěn)定性差。

(2)真空絕熱板(VIP板)是以芯材和吸氣劑為填充材料,使用復(fù)合阻氣膜作為包裹材料,經(jīng)抽真空、封裝等工藝制成的建筑保溫用板狀材料。芯材是由纖維狀、粉狀無機輕質(zhì)材料組成的。真空絕熱板可有效地避免空氣對流引起的熱傳遞,因此導(dǎo)熱系數(shù)可大幅度降低,可低至0.005W/(m·K),具有環(huán)保和高效節(jié)能的特性,耐火等級為A級,使用壽命可與建筑物同壽命,是目前世界上最先進(jìn)的高效保溫材料。此材料缺點水蒸氣滲透系數(shù)較低,施工需特別注意以防真空破壞,另一個是板材平整度、垂直度不高,極易被破壞。

(3)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)過細(xì)粉碎和均勻混合后,再經(jīng)過高溫熔化,發(fā)泡、退火而制成的無機非金屬玻璃材料。泡沫玻璃是一種性能優(yōu)越的絕熱(保冷)、吸聲、防潮、防火的輕質(zhì)高強建筑材料和裝飾材料,使用溫度范圍為零下196度到450度,A級不燃,與建筑物同壽命,透濕系數(shù)幾乎為0。泡沫玻璃以其永久性、安全性、高可靠性在低熱絕緣、防潮工程、吸聲等領(lǐng)域占據(jù)著越來越重要的地位。它的生產(chǎn)是廢棄固體材料再利用,是保護(hù)環(huán)境并獲得豐厚經(jīng)濟利益的范例,被用戶稱之為綠色環(huán)保型絕熱材料。缺點是材料自身較脆,自身膨脹內(nèi)應(yīng)力強大,生產(chǎn)過程中會形成氣泡缺陷,成品率和切材率沒保障。

(4)發(fā)泡水泥保溫板也叫泡沫混凝土保溫板,是以水泥、發(fā)泡劑、摻合料、增強纖維及外加劑等原料經(jīng)化學(xué)發(fā)泡方式制成的輕質(zhì)多孔水泥板材。發(fā)泡水泥保溫板具有質(zhì)輕、防火隔熱性、耐震型、隔音性、抗壓強度強、使用壽命高,無毒無害、施工方便等特點。發(fā)泡水泥保溫板完全能解決冷熱橋?qū)ν鈮Ρ匦阅艿挠绊?由于與基層墻體牢固結(jié)合,保證了外保溫層的穩(wěn)定性,不存在其它外保溫材料面層出現(xiàn)的疏松、空鼓現(xiàn)象。在抗風(fēng)壓、自重以及正常碰撞等內(nèi)、外力相結(jié)合的負(fù)載,保溫層不致于基底分離、脫落。

(5)保溫裝飾一體板是由粘結(jié)層、保溫裝飾成品板、錨固件、密封材料等組成,它是一種融裝飾、節(jié)能、防火、防水、環(huán)保為一體的一種新型建材。其特點就是把傳統(tǒng)的必須在現(xiàn)場離散技術(shù)生產(chǎn)的工藝部分在工廠完成,具有質(zhì)量批次穩(wěn)定,產(chǎn)能提升,不受施工環(huán)境影響,適用性廣等優(yōu)點。節(jié)能環(huán)保、適用性廣、未來還有很大的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬??；谀壳暗纳a(chǎn)技術(shù)和工藝, 保溫裝飾一體板造價較高,施工構(gòu)造方法復(fù)雜,產(chǎn)品單一,裝飾效果少。

5 結(jié)論與展望

外墻保溫材料和建筑節(jié)能行業(yè)正處在快速發(fā)展的時期,近五年來,環(huán)保新型外墻保溫材料,尤其是新型外墻保溫材料的產(chǎn)值以每年約20%的速度發(fā)展。傳統(tǒng)高能耗建材逐漸被新型建材替代,逐漸淡出市場,新型建筑節(jié)能保溫材料將迎來極佳的發(fā)展機遇。從“十三五”開始外墻保溫材料將進(jìn)入快速發(fā)展高峰階段,隨著政策扶持及人們環(huán)保意識的提高,也不斷加速行業(yè)向“五性五化”即系統(tǒng)“保溫性、裝飾性、安全性、經(jīng)濟性、耐久性”,產(chǎn)品 “工業(yè)化、規(guī)范化、多樣化、綠色化、智能化”高品質(zhì)配套發(fā)展。