論無機(jī)保溫膏料外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)的性能特征

陳偉達(dá)

摘要：自20世紀(jì)90年代始，國家對于建筑工程質(zhì)量的要求越來越高，而節(jié)能保溫對于建筑物整體的能效功能發(fā)揮著舉足輕重的作用。傳統(tǒng)保溫材料已無法滿足當(dāng)前的防火性能要求，迫切需要解決節(jié)能保溫系統(tǒng)在整體建筑物中保證其安全穩(wěn)定性。區(qū)別于傳統(tǒng)的有機(jī)保溫方案，創(chuàng)新地提出了無機(jī)膏料保溫系統(tǒng)外墻內(nèi)保溫的新型建材節(jié)能性能特點(diǎn)和優(yōu)勢特征，并詳細(xì)進(jìn)行了保溫系統(tǒng)材料的選材和性能對比。通過對比，分析了保溫各類系統(tǒng)的優(yōu)劣后，從而得到了使用無機(jī)膏料保溫系統(tǒng)對于建筑物進(jìn)行的外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)的節(jié)能穩(wěn)定性及可靠性。對于該保溫系統(tǒng)的實際檢測數(shù)據(jù)在日后其他建筑工程中的實際運(yùn)用也能起到了很好的參考價值。

關(guān)鍵詞：保溫系統(tǒng);性能對比;數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：TH145 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1001-9138-（2019）04-0068-73 收稿日期：2019-03-10

無機(jī)膏料保溫系統(tǒng)，是一種為了適合冬冷夏熱地區(qū)氣候特點(diǎn)而研究開發(fā)的新型外墻保溫系統(tǒng)。它在外墻內(nèi)側(cè)設(shè)置無機(jī)膏料保溫系統(tǒng)為保溫層，外墻外側(cè)設(shè)置反射隔熱涂料或者面磚等飾面的整體化外墻。無機(jī)膏料主要由?；⒅?、硅、鋁、鎂等無機(jī)化合物、水及其他添加的復(fù)合膠凝材料組合而成。其中輕集料為玻化微珠，而玻化微珠內(nèi)有空氣，可起到封閉絕熱作用，膠凝材料對?；⒅檫M(jìn)行包裹后，可以增強(qiáng)其施工的合理稠度，也可以增強(qiáng)其拉伸強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。在工廠按比例配置而成的膏狀保溫材料。該節(jié)能保溫系統(tǒng)能夠改善建筑物保溫隔熱性能，提高室內(nèi)舒適程度，并能滿足建筑保溫節(jié)能工程的防火性能和耐久性要求。該節(jié)能系統(tǒng)內(nèi)所組成的主要材料種類有：界面砂漿，抗裂砂漿，耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布，錨栓，柔性耐水膩?zhàn)?。同時外墻輔助的材料可以有：無機(jī)保溫砂漿，外墻膩?zhàn)?，反射隔熱涂料或面磚。由于無機(jī)膏料保溫的原材料種類豐富，成品近乎穩(wěn)定耐用，副作用小。近幾年來，隨著膏料保溫的研究發(fā)展，導(dǎo)熱系數(shù)越來越小，而其強(qiáng)度及抹面層的復(fù)合增強(qiáng)卻愈來愈大。有些廠家進(jìn)一步提升了產(chǎn)品質(zhì)量，從而新編了無機(jī)膏料外墻保溫系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，這對建筑節(jié)能來說，無疑是一個好消息。

1保溫系統(tǒng)研究發(fā)展?fàn)顩r

1.1保溫系統(tǒng)的發(fā)展

在1996年至2010年間，我國引進(jìn)了可發(fā)性聚苯乙烯EPS（Expandable Polystyrene），由于它具備了保溫隔熱性、尺寸穩(wěn)定性、抗老化性能等特點(diǎn)，受到了國內(nèi)各大廠家的追捧。僅從1996年到2003年，EPS的年生產(chǎn)量已從192千噸提高到了840千噸。由于EPS聚苯板保溫材料是由完全封閉的多面體形蜂窩構(gòu)成，內(nèi)部的組成成分為98%的空氣與2%的聚苯乙烯，使得蜂窩內(nèi)的空氣形成了一種熱的不良導(dǎo)體，從而對于EPS板材的絕熱性能起到了決定性作用并且可以長期穩(wěn)定保持保溫效果。在此之后，具有更加完美蜂窩閉孔結(jié)構(gòu)的XPS擠塑保溫板被研發(fā)出來，它是以聚苯乙烯樹脂為原料，加上其他的原輔料及聚合物、催化劑等混合加熱然后擠壓成型的一種高密度保溫板材。相對于EPS板材，它具有低吸水性，低導(dǎo)熱系數(shù)，高抗壓性，抗水汽滲透，幾乎無老化分解等優(yōu)勢條件，使得自2003年后至2010年強(qiáng)勢發(fā)展了起來，并且不斷擴(kuò)大市場使用率和使用范圍。與此同時被大量使用的還有一種膠粉聚苯顆粒保溫材料，這種材料是由膠粉料和聚苯顆粒所組成的，它的聚苯顆粒體積比不小于80%。由于這種材料的膠粉料使用了大量的粉煤灰代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水泥材料，所以既合理使用了廢料也減少了對環(huán)境的破壞。而其80%的體積比也克服了珍珠巖保溫漿料中經(jīng)常出現(xiàn)的攪拌破裂、破壞保溫性能的缺陷，使得其施工性能極其優(yōu)秀。施工人員可以直接加水配置完成，粘結(jié)力強(qiáng)，落灰較少。在使用過程中，也能夠耐久、抗裂、減少維修，得到了許多工程項目的青睞?？上У氖?，這些材料，都只是有機(jī)保溫材料。而有機(jī)材料，雖然在制造或復(fù)合過程完成后都可以具有一定的自熄功能。但超過限定的溫度后，都是易燃的材料。在上海2010年11月15日14時，靜安區(qū)的余姚路膠州路一棟高層公寓起火，導(dǎo)致58人遇難，70余人受傷，它使用了更為易燃和燃燒后具有毒性的聚氨酯泡沫保溫材料。哈爾濱雙子星大廈大火，濟(jì)南奧體中心體育館大火，都與有機(jī)保溫材料脫不了關(guān)系。而最為著名的2008年央視大火，使用的外墻保溫材料正是XPS保溫板材。所以，有機(jī)材料的節(jié)能性與防火安全性是相對矛盾的。之后，我國節(jié)能保溫行業(yè)內(nèi)的專家學(xué)者展開了一系列針對有機(jī)保溫材料的討論和研究：防火性能好的材料，保溫性能就不好。而保溫性能好的材料，由于其軟，松的特性，防火又無法達(dá)標(biāo)。在進(jìn)入了21世紀(jì)后，美、英、德、韓、澳等國家也先后發(fā)現(xiàn)有機(jī)材料保溫系統(tǒng)具有嚴(yán)重的防火隱患問題。于是，各國都已經(jīng)對有機(jī)保溫材料進(jìn)行了一系列的限定使用甚至禁止使用。自此，有機(jī)保溫材料的使用受到了致命的打擊。而隨著住建部與公安部同時發(fā)布的公消[2011]65號文件，規(guī)定了民用建筑外墻保溫材料采用燃燒性能為A級的材料之后，等同于關(guān)閉了純有機(jī)保溫材料使用的通道，但卻是開啟了之后的無機(jī)保溫材料系統(tǒng)的大門。

1.2墻體保溫的適用性選材

根據(jù)墻體保溫材料的研究，我國目前的墻體保溫材料按照其性質(zhì)大類可以分為三種：有機(jī)墻體保溫材料、無機(jī)墻體保溫材料和復(fù)合型墻體保溫材料。而根據(jù)使用狀況來區(qū)分，可以分為外墻外保溫及外墻內(nèi)保溫兩種。絕大多數(shù)的有機(jī)墻體保溫材料為易燃材料，容易燃燒，尤其燃燒之后會產(chǎn)生有毒有害氣體。在大面積燃燒時，產(chǎn)生的毒氣較大，比如EPS板，XPS板都屬于這種有機(jī)材料，使用時配合粘結(jié)砂漿鋪貼，并使用抹面砂漿找平面層和嵌入網(wǎng)格布防止開裂。近幾年，由于我國住建部及公安部發(fā)文明令禁止使用A級防火以下的保溫材料，使得有機(jī)保溫材料漸漸離開人們的視線。替代而來的為外墻無機(jī)保溫材料，該種材料大多則屬于A級防火材料，它是一種新型的墻體保溫材料。其保溫效果不弱于有機(jī)保溫材料，而且施工相對比較簡單，僅需要在現(xiàn)場加水?dāng)嚢杈鶆?，在使用了界面砂漿進(jìn)行找平處理后的墻體上直接批抹上墻，之后用兩層抗裂砂漿覆蓋，中間嵌入網(wǎng)格布即可：使得保溫層與墻體保持一致，理論上可以達(dá)到與建筑物同壽命。由于該種材料的施工效率較高，能夠縮短工期，而抗裂砂漿又可以使得保溫面層抗空鼓、抗開裂，所以綜合性價比較高。無機(jī)保溫材料可以使用于外墻及內(nèi)墻，使用范圍還是比較廣泛。復(fù)合型墻體保溫材料為有機(jī)保溫材料與無機(jī)保溫材料結(jié)合而成，其防火等級可以達(dá)到A級，同時兼顧有機(jī)材料和無機(jī)材料的雙重有異性，在剛推出市場時，得到過一定時間的追捧。可復(fù)合型保溫材料的加工工藝比較復(fù)雜，而且對原材料的有異性也特別講究。比如改性聚苯板、石墨聚苯板都屬于復(fù)合型保溫材料，該種材料的基礎(chǔ)材料均為EPS板材，只是在加工時在其中加入了阻燃劑或者石墨成分，用以使復(fù)合板在具有保溫效能的同時兼具A級防火指標(biāo)。但在實際生產(chǎn)過程中，EPS成分過多，則導(dǎo)熱系數(shù)可以達(dá)到，而防火等級無法達(dá)到;阻燃成分過多，防火等級可以達(dá)到，但導(dǎo)熱系數(shù)不合格。不僅如此，板材自重過重，加重墻體鋪貼懸掛的負(fù)荷能力，影響外墻的裝飾安全性。由此可見，有機(jī)墻體保溫材料及復(fù)合型墻體保溫材料都不是目前較為可靠的產(chǎn)品。無機(jī)墻體保溫材料便突顯出來，其材料的本身上，還是較為安全可靠的。

2無機(jī)膏料保溫系統(tǒng)

2.1無機(jī)膏料保溫對建筑體節(jié)能的研究

無機(jī)膏料保溫不僅可以使用于外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)，還可以使用于外墻內(nèi)外組合保溫系統(tǒng)對外墻進(jìn)行節(jié)能保溫。使用內(nèi)外組合保溫的時候，明確外墻外部應(yīng)采用無機(jī)保溫砂漿配合使用。之所以外墻外側(cè)不能使用無機(jī)膏料保溫，是因為保溫膏料為非水硬性材料。內(nèi)外墻組合使用的無機(jī)膏料保溫的組合系統(tǒng)，節(jié)能效果更好，并且由于外墻外側(cè)雖然使用無機(jī)保溫砂漿，且厚度不需太厚，使得自重減輕，同時基層墻體的外側(cè)進(jìn)行水泥砂漿或界面劑找平后，對防止外墻滲水而提供了良好的支持。外墻保溫層較薄的同時，設(shè)置了網(wǎng)格布與抗裂砂漿后，并在超過60米高度時加設(shè)錨栓，可有效防止保溫層的脫層、起殼，減少兩層開裂。這是確保工程質(zhì)量在構(gòu)造上的重要方面。而外墻內(nèi)側(cè)的無機(jī)膏料保溫系統(tǒng)，考慮到減少占用室內(nèi)面積，可以不要求做水泥砂漿找平層。如果外墻內(nèi)側(cè)用于非潮濕環(huán)境并且為涂料飾面時，保溫層內(nèi)側(cè)可以不做抗裂砂漿抹面層，而直接在保溫層內(nèi)側(cè)批刮柔性耐水膩?zhàn)?，并?nèi)置一層普通型的耐堿型網(wǎng)格布。這是由于無機(jī)膏料具有良好的抗裂性，但為了確保其一定的抗沖擊性，所以仍然在膩?zhàn)訉又性O(shè)置增強(qiáng)網(wǎng)格布;如果外墻內(nèi)側(cè)為潮濕環(huán)境的涂料飾面或需要鋪貼瓷磚的墻面，應(yīng)采用抗裂砂漿抹面層，同時也內(nèi)置網(wǎng)格布。這樣一來，可以有效改善保溫層的防水性能，并提高粘貼瓷磚墻面的整體性。使用無機(jī)膏料保溫系統(tǒng)的建筑物，在進(jìn)行涂料飾面時，離地高度2.4米之內(nèi)，抗沖擊強(qiáng)度可以達(dá)到10J級，其余部位可以達(dá)到3J級。由于在60米以上高度時加設(shè)錨栓，可以保持保溫與基層墻體的整體一致性。在外墻外側(cè)使用反射隔熱涂料進(jìn)行配套構(gòu)造的話，可以使建筑物具有較好的隔熱保溫功能，并可減弱太陽光直射引起對墻體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力的影響，避免墻體溫度應(yīng)力的集聚產(chǎn)生裂縫。同時，上海地區(qū)空氣濕度為80%左右，這使材料的導(dǎo)熱系數(shù)會增加，再加上現(xiàn)場施工因素也會增加一些導(dǎo)熱系數(shù)。無機(jī)膏料保溫的導(dǎo)熱修正系數(shù)為1.15，水泥基無機(jī)保溫砂漿的導(dǎo)熱修正系數(shù)為1.25。兩者組合使用后，可以使得建筑物節(jié)能效率明顯提高。

無機(jī)膏料外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)具有熱傳阻低、不燃防火性、防水、保溫絕熱、節(jié)能環(huán)保、吸音降噪、抗開裂脫落、附著力強(qiáng)、抗沖擊、耐老化、穩(wěn)定性好、性價比高等優(yōu)越技術(shù)指標(biāo)，適用于新建、擴(kuò)建及改建建筑墻體保溫工程建筑外墻內(nèi)側(cè)及內(nèi)隔墻兩側(cè)，形成的保溫絕熱系統(tǒng)的效果更為卓越，顯著提高建筑的保溫絕熱性能，符合A級防火的環(huán)保性要求，改善室內(nèi)環(huán)境溫度，降低制冷、采暖所使用的能耗，達(dá)到與建筑的同壽命，又可滿足各類建筑物外墻立面設(shè)計的外觀華麗大方的裝飾效果，是目前的新型保溫系統(tǒng)，對推行節(jié)約能源、促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展起到了一定的意義。

2.2無機(jī)膏料外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)與現(xiàn)市場保溫系統(tǒng)的綜合對比

其優(yōu)劣性對比，如表1所示。

3保溫系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)分析

無機(jī)膏料保溫是整個保溫系統(tǒng)的重點(diǎn)，它是決定于整個保溫系統(tǒng)能否達(dá)到節(jié)能要求的關(guān)鍵性材料。其中干密度影響到膏料本身的自重，而導(dǎo)熱系數(shù)決定了保溫的效果。而在保證節(jié)能效果的同時，也不能破壞其本應(yīng)擁有的強(qiáng)度來降低其安全性能，如表2所示。

其中，抗壓強(qiáng)度按公式1計算，如表3所示。

這里，以抗壓強(qiáng)度為例進(jìn)行實測說明。使用電子拉力機(jī)對無機(jī)膏料保溫及其他保溫系統(tǒng)的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測，制作了兩個長寬各100mm的樣品（樣品a和樣品b），其數(shù)據(jù)分別如圖1、圖2所示。

從圖1和圖2中可以看出，使用無機(jī)膏料保溫的抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到0.30MPa以上，完全滿足使用要求。

現(xiàn)使用HFM436型導(dǎo)熱系數(shù)測試儀進(jìn)行測試，首先將試塊均加工為300×300（mm）正方形，厚度為30mm，并將全部試塊進(jìn)行了同條件試件預(yù)處理，其中，一組為研究樣品（使用無機(jī)膏料保溫的樣品），一組為對比樣品（未使用無機(jī)膏料保溫的樣品）。檢測軟件使用QLab專用軟件。如圖3所示。

研究樣品數(shù)據(jù)：

圖3中，T UPPER為熱面溫度（試件放置在設(shè)備中，上表面為加熱，下表面為冷卻），T LOWER為冷面溫度，MEAN T為平均溫度，DELTA T為溫差，Q UPPER為熱板熱流，Q LOWER為冷板熱流，Sample K為導(dǎo)熱系數(shù)平均值。初始曲線部分為開始加熱后的導(dǎo)熱變化、溫差變化、平均溫度變化，穩(wěn)定下來后以直線圖計算最終導(dǎo)熱系數(shù)。最終導(dǎo)熱系數(shù)K=0.0510 m2·K。

對比樣品數(shù)據(jù)：

圖4中，T UPPER為熱面溫度（試件放置在設(shè)備中，上表面為加熱，下表面為冷卻），T LOWER為冷面溫度，MEAN T為平均溫度，DELTA T為溫差，Q UPPER為熱板熱流，Q LOWER為冷板熱流，Sample K為導(dǎo)熱系數(shù)平均值。初始曲線部分為開始加熱后的導(dǎo)熱變化、溫差變化、平均溫度變化，穩(wěn)定下來后以直線圖計算最終導(dǎo)熱系數(shù)。最終導(dǎo)熱系數(shù)K=0.0762 m2·K。

從圖3與圖4的對比可以看出，使用無機(jī)膏料保溫的樣品，其導(dǎo)熱系數(shù)明顯小于未使用的樣品，與實際使用效果相吻合。實際使用中，使用的無機(jī)膏料保溫確實能起到很好的隔熱保溫效果，最終達(dá)到節(jié)能的目的。

4結(jié)論

利用標(biāo)準(zhǔn)中的參數(shù)要求，并根據(jù)實際的保溫系統(tǒng)內(nèi)材料的檢測數(shù)據(jù)對產(chǎn)品性能進(jìn)行對比分析，驗證了無機(jī)膏料保溫系統(tǒng)對建筑物的節(jié)能合理性，同時對于該保溫系統(tǒng)的實際檢測數(shù)據(jù)在日后的建筑工程中實際運(yùn)用也起到了很好的參考價值。主要結(jié)論如下：

（1）相比較于外墻外保溫系統(tǒng)的墻體節(jié)能保溫系統(tǒng)，無機(jī)膏料外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)的指標(biāo)要求和實際檢測參數(shù)均符合節(jié)能設(shè)計要求。并且性能均衡，雖然沒有過于突出的性能指標(biāo)，但整體上并不弱于各類外墻外保溫節(jié)能系統(tǒng)。

（2）雖然無機(jī)膏料的外墻內(nèi)保溫系統(tǒng)沒有內(nèi)外墻組合保溫系統(tǒng)的節(jié)能效果好，但組合保溫的外墻使用的材料是無機(jī)保溫砂漿，從安全性上，內(nèi)保溫系統(tǒng)更為安全可靠。

（3）雖然無機(jī)膏料保溫系統(tǒng)進(jìn)一步提升了安全性和可靠性，但僅滿足于可以達(dá)到保溫系統(tǒng)的節(jié)能要求。如需要進(jìn)一步提升節(jié)能建筑的節(jié)能效率，建議在外窗產(chǎn)品使用中空Low-E玻璃并鍍膜，屋面使用保溫板材。同時，為了保證外墻增加隔熱功能，再使用反射隔熱涂料，這樣一來，建筑物整體的節(jié)能效率可以提高并且適用性上更為合理。