外墻建筑節(jié)能材料的發(fā)展及類別

武允超

（安徽省水利科學(xué)研究院，安徽蚌埠 233000）

1 建筑節(jié)能的意義

有研究表明，在我國至少有30%左右的能源消耗在建筑業(yè)中，而我國距離城市化的完成目標還有著不小的差距，隨著中國的城市化的進一步推進，在將來很長一段時間，我國的建筑業(yè)依然要消耗很多自然資源。而建筑行業(yè)的能耗有一個規(guī)律，如果房子不在建造過程中進行節(jié)能處理的話，建好后想要再給房子做節(jié)能改造，難度會比較大，而且相應(yīng)的成本也會非常高，效費比很低。因此，大力發(fā)展節(jié)能建筑，研發(fā)新型的節(jié)能材料，降低建筑能耗，對國家的能源節(jié)約具有極其重要的戰(zhàn)略意義。

2 建筑物能源流失的途徑

建筑的圍護結(jié)構(gòu)由墻體、屋頂、樓板、門窗構(gòu)成，是建筑耗能的主要部位。對圍護結(jié)構(gòu)進行節(jié)能保溫措施，能夠有效降低建筑的能耗。根據(jù)研究表明，在建筑圍護結(jié)構(gòu)中，墻體占的耗能比例是最大的，是建筑節(jié)能的最主要部分。因此，外墻外保溫材料對建筑節(jié)能有著極其重要的作用。

3 我國節(jié)能的發(fā)展歷史

在20 世紀80 年代之前，我國隔熱保溫材料的發(fā)展十分緩慢，只能生產(chǎn)少量的節(jié)能產(chǎn)品，而且生產(chǎn)的產(chǎn)品無論從規(guī)格、品種還是質(zhì)量等方面都不能滿足國家建設(shè)的需要。

自1986 年始，我國開始試行第一部建筑節(jié)能設(shè)計標準，在1999 年，又把北方地區(qū)的建筑節(jié)能設(shè)計標準納入強制性標準進行貫徹。國務(wù)院辦公廳又接著出臺《進一步推進墻體材料革新和推廣節(jié)能建筑的通知》等文件。隨著《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（2001）》《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準（2004）》《公共建筑節(jié)能標準（2005）》的頒布，標志著我國開始進入全面節(jié)能時期，建筑節(jié)能技術(shù)也隨之得到較大發(fā)展。

4 外墻外保溫主要節(jié)能材料

外墻外保溫，是在建筑的外墻上施工保溫節(jié)能材料，起到保溫隔熱的作用。自保溫政策實施以來，工程中采用的外墻外保溫材料主要有膨脹聚苯（EPS）板、膨脹珍珠巖板、勻質(zhì)板、巖棉板/帶、無機保溫砂漿、聚苯顆粒保溫砂漿、硬質(zhì)/噴涂聚氨酯泡沫、擠塑聚苯（XPS）板、硬質(zhì)酚醛樹脂泡沫、真空絕熱板、發(fā)泡陶瓷保溫板、玻璃棉板以及納米孔氣凝膠復(fù)合板等保溫材料等。

5 節(jié)能材料的分類及不同材料的優(yōu)缺點

市面上曾經(jīng)使用和仍在使用的保溫材料有如下幾類，它們分別有著自己的優(yōu)點與缺點。

5.1 塑料類

模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）板：是用可發(fā)性的聚苯乙烯顆粒經(jīng)加熱預(yù)發(fā)泡后，在模具中加熱成型而制得的，使用溫度不超過75℃，具有閉孔結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯泡沫塑料板材。優(yōu)點：質(zhì)輕、抗摔、抗震、保溫、吸音、低成本、易施工。缺點：力學(xué)性能差，受摩擦等外力作用時顆粒容易掉落，易老化。

擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）板：是以聚苯乙烯樹脂加催化劑及其他輔料，經(jīng)擠出發(fā)泡成型的一種塑料板材。其表面形成的硬膜均勻平整，內(nèi)部完全閉孔，發(fā)泡連續(xù)均勻，呈現(xiàn)蜂窩狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)點：抗壓強度高、吸水率低、質(zhì)輕、不透氣、抗老化、防潮、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)低。缺點：本身防火性能較差，安全使用溫度低、燃燒時火焰?zhèn)鞑ニ俣容^快，易產(chǎn)生二次燃燒現(xiàn)象，不易施工。

噴涂硬質(zhì)聚氨酯：簡稱PU，是兩種化工原料：有機異氰酸酯（黑料）和多元醇（白料），加發(fā)泡劑、阻燃劑、催化劑等多種組分存儲于耐壓罐中。經(jīng)發(fā)泡器加壓、升溫，然后由管道送到混合室內(nèi)進行混合，或直接于噴槍口處瞬間混合，噴涂于需保溫的表面現(xiàn)場瞬間發(fā)泡形成硬泡體。

硬泡聚氨酯保溫板：以熱固性材料硬泡聚氨酯為芯材，在工廠制成的，雙面帶有界面防護層的保溫板。

聚氨酯保溫材料的優(yōu)點（含噴涂硬泡聚氨酯、硬泡聚氨酯板）：保溫性能好，耐老化、耐水性、耐候性能優(yōu)異。噴涂聚氨酯易施工，粘結(jié)性好，尺寸穩(wěn)定性佳。缺點：噴涂聚氨酯噴涂時容易噴涂不平，低溫施工性能不佳，耐沖擊性能較差，未經(jīng)改性的聚氨酯燃燒會產(chǎn)生毒氣，防火等級和無機砂漿類差距較大。

酚醛泡沫板：由酚醛樹脂加入阻燃劑、固化劑、發(fā)泡劑、抑煙劑及其他助劑制成的閉孔硬質(zhì)泡沫塑料。優(yōu)點：導(dǎo)熱系數(shù)低、容重輕、耐化學(xué)、耐老化性能強、低溫收縮小、熱穩(wěn)定性好，遇明火表面炭化，低煙。缺點：物理力學(xué)性能不佳，板材整體粘結(jié)性不好，抗壓抗折能力較低，易粉化，成本高。

5.2 巖棉、玻璃棉、無機保溫板類

巖棉板/帶：巖棉是以玄武巖為主要原料而生產(chǎn)的絕熱材料，其主要生產(chǎn)工藝是，玄武巖經(jīng)過高溫熔化成液態(tài)，經(jīng)過離心工藝生產(chǎn)出具有一定長度、密度的輕質(zhì)纖維，然后固化、成型，從而獲得不同容重、規(guī)格的巖棉制品。產(chǎn)品按產(chǎn)品型式分為巖棉板和巖棉條。優(yōu)點：屬于無機隔熱材料，耐火性能極佳；導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性好，板縫處應(yīng)力較低，巖棉帶是將巖棉板以一定間距切割成條狀，翻轉(zhuǎn)90°使用的制品。該制品的厚度為切不易出現(xiàn)裂縫；化學(xué)穩(wěn)定性好、隔音效果好。缺點：巖棉板內(nèi)聚強度差；未經(jīng)憎水處理吸水率高；和外保溫工程中的各種材料很難配套、相容；施工難度大，對人體皮膚有刺激作用；系統(tǒng)容易發(fā)生開裂、脫落等通病，難以做到與建筑物同壽命。

玻璃棉板：是以長石、硅酸鈉、石英砂、硼酸等為主要原料。經(jīng)過高溫熔化、離心、固化制得小于2μm 的纖維棉狀，經(jīng)過定型制造出各種形狀、規(guī)格的制品。其表面還可以粘貼鋁箔或?PVC?薄膜等等。按粘結(jié)劑種類分為：普通玻璃棉制品、無甲醛玻璃棉制品。按使用用途劃分為：內(nèi)保溫用、幕墻用、鋼結(jié)構(gòu)用、金屬面夾芯板用、通風(fēng)管道用玻璃棉制品。優(yōu)點：玻璃棉渣球含量低、容重輕、吸聲系數(shù)大、導(dǎo)熱系數(shù)小、阻燃性能好。缺點：耐酸堿性差、抗拉性差、老化后會有碎屑掉落、支撐性弱。

膨脹珍珠巖板：膨脹珍珠巖是以天然、玻璃質(zhì)、酸性的火山熔巖非金屬礦產(chǎn)（包括：松脂巖、珍珠巖和黑曜巖等），在瞬時高溫（1200℃左右）的條件下，內(nèi)部結(jié)合水及揮發(fā)性成分迅速膨脹而成的顆粒狀半成品。以膨脹珍珠巖為主體材料，與無機膠凝材料、或有機膠凝材料、外加劑等混合后，經(jīng)壓制、養(yǎng)護生產(chǎn)工藝制成的保溫板材稱為膨脹珍珠巖保溫板。優(yōu)點：性質(zhì)穩(wěn)定、防火能力優(yōu)秀、易于維修、較耐撞擊、耐久性方面可與建筑物同壽命。缺點：吸水率高、后期保溫性能降低、易開裂、施工性能較差、運輸途中易損。

發(fā)泡陶瓷板：又稱泡沫陶瓷板，是以陶土、石英、頁巖、堿金屬或堿土金屬氧化物的礦物原料，以發(fā)泡劑等為輔料，經(jīng)高溫發(fā)泡燒制而成的具有保溫隔熱性能的高密閉氣孔率板狀制品。優(yōu)點：輕質(zhì)高強、防火不燃、導(dǎo)熱系數(shù)很小、防潮防水、用料環(huán)保、隔音降噪、施工快速、耐腐蝕、收縮小。缺點：韌性差、易碎易裂。

5.3 建筑保溫砂漿類

有機保溫砂漿：以有機類的輕質(zhì)保溫骨料，加由膠凝材料、填充料及聚合物添加劑等其他成分組成的聚合物砂漿保溫材料。在我國，只有膠粉聚苯顆粒保溫砂漿是大規(guī)模用于保溫工程中的有機保溫砂漿。雖然有機保溫材料原材料便宜，保溫隔熱性能良好，但卻存在防火性能差、易空鼓、開裂、抗負風(fēng)壓差、抗老化耐候性差等問題，現(xiàn)在基本已不再使用。

無機保溫砂漿：以無機類的輕質(zhì)骨料，混合膠凝材料做為主要粘結(jié)材料，摻加其他功能性的添加劑等制成的干粉料，使用時加水拌制成保溫漿料并施工于基層表面，硬化后形成保溫隔熱層。目前使用較多的無機保溫砂漿主要有以下幾種：膨脹珍珠巖保溫砂漿、復(fù)合無機保溫砂漿、?；⒅楸厣皾{、膨脹蛭石保溫砂漿和泡沫無機保溫砂漿。優(yōu)點：防火性能優(yōu)越、使用無機材料對環(huán)境無污染，耐酸堿、耐腐蝕，耐老化年限遠高于有機保溫材料，價格較低，耐久性強、施工簡單。缺點：導(dǎo)熱系數(shù)較大、自重較大，高層建筑保溫砂漿脫落時易造成事故，吸濕大，易因反復(fù)干濕出現(xiàn)裂縫，低溫季節(jié)易出現(xiàn)凍融破壞。

5.4 新型保溫材料

真空絕熱板：在真空狀態(tài)下將芯材用阻氣隔膜封裝的絕熱制品。真空絕熱板通常由三個部分組成，即芯材、隔氣膜和吸氣劑。芯材通常為多孔介質(zhì)材料，例如粉末狀二氧化硅、玻璃纖維或微孔聚氨酯等。芯材的作用①防止真空板在中空狀態(tài)下發(fā)生收縮和坍塌；②由于芯材本身的低導(dǎo)熱特性，能有效阻止熱傳導(dǎo)。隔氣膜由無機纖維布、鋁箔和多層致密材料組成，主要用于固定保護芯材，通過抽真空可以極大程度地降低熱對流，同時鋁箔可以有效地反射熱輻射。吸氣劑（干燥劑）通過吸收外部滲漏或芯材釋放的氣體，使真空板保持穩(wěn)定的“真空度”。優(yōu)點：導(dǎo)熱系數(shù)極小、厚度薄、質(zhì)量輕、不吸水、燃燒等級高、性能穩(wěn)定。缺點：易破損泄露、施工要求高，施工前要提前做好尺寸排版工作，不易與墻體粘結(jié)，板子的封邊易形成熱橋。

納米孔氣凝膠絕熱制品：

①氣凝膠：通過溶膠-凝膠工藝，用一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相而形成的一種開放性納米多孔結(jié)構(gòu)三維網(wǎng)絡(luò)固態(tài)材料。

②納米孔氣凝膠復(fù)合絕熱制品：通過溶膠-凝膠法，將增強材料與溶膠復(fù)合，然后用一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相形成的納米級多孔復(fù)合制品。

優(yōu)點：因氣孔尺寸為納米級，導(dǎo)熱系數(shù)極低；主要成分為SiO2，化學(xué)性能穩(wěn)定、防火性能優(yōu)秀、密度小，質(zhì)輕、無毒無害，可做到與建筑物同壽命。

缺點：氣凝膠生產(chǎn)工藝要求較高、疏水性能弱、不耐高溫、價格貴、強度低。

5.5 保溫復(fù)合板

以一種或多種保溫材料為芯材，以水泥基或其他材料為面層，經(jīng)工廠化預(yù)制，用于建筑外墻、屋面，具有保溫作用的板材。

6 結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，新型保溫材料層出不窮。在此過程中，加強環(huán)境可持續(xù)發(fā)展理念，加強環(huán)保材料的探索與發(fā)展，促進節(jié)能減排戰(zhàn)略的實現(xiàn)，對于推動行業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。