糧倉常用隔熱材料應用概況

劉勝強 唐 潔 蔣士勇 趙金輝 鄭焱誠姜祖新 劉意輝 高鈺鈔 肖永勝 付鵬程

(1 中儲糧成都儲藏研究院有限公司 610091) (2 中國儲備糧管理集團有限公司 100039) (3 中央儲備糧益陽直屬庫有限公司 413000) (4 中央儲備糧成都直屬庫有限公司 610400)

做好糧倉圍護結(jié)構(gòu)的隔熱保溫，減少糧倉內(nèi)外熱量交換，能夠延緩倉溫和糧溫的上升速度，減少制冷設備的開啟時間和頻次[1]。一直以來，我國糧庫倉房建設受投資所限，隔熱性能普遍較差。新時期倉儲行業(yè)面對控溫保質(zhì)、綠色儲糧的要求，需要在建設完成后再進行糧倉的隔熱改造。提升倉房的隔熱性能也是實現(xiàn)低溫儲糧和準低溫儲糧的關鍵[1]。糧倉隔熱改造涉及倉墻、倉頂、倉門、窗戶、通風口蓋板、過墻管道、孔洞等多個部位，是一項系統(tǒng)工程。而隔熱材料種類眾多，性能各異，材料也在不斷發(fā)展迭代中，尚缺乏相關文獻資料對常用材料進行介紹。本文從介紹當前糧倉隔熱材料的物理性能、防火和防潮性能的角度，分析比較不同隔熱材料的特點，旨在為糧庫進行隔熱改造遴選隔熱材料時提供參考。

1 糧倉隔熱材料概述

糧倉是工業(yè)建筑，用于糧倉的隔熱材料種類和民用建筑的基本相同。材料已由厚層隔熱向薄層隔熱轉(zhuǎn)變，目前建筑涂料通過反射起到一定的隔熱效果，主要功能是作飾面美觀和防水，不是嚴格意義上的保溫材料，隔熱材料目前以保溫板材和現(xiàn)場噴涂聚氨酯為主。屋面板材施工有直貼式和架空式兩種，外墻板材主要采用薄抹灰系統(tǒng)[2，3]施工，外刷淺色涂料或噴砂做飾面。屋面板材主要有彩鋼板、巖棉板、菱鎂板以及相應的復合夾心板等；倉內(nèi)吊頂材料主要為聚氨酯板、聚苯乙烯板、酚醛板等；應用于內(nèi)外墻體保溫的板材主要有聚乙烯板、聚氨酯板、聚苯乙烯板、發(fā)泡水泥板等。這些保溫板大多數(shù)以聚氨酯、聚苯乙烯樹脂、酚醛樹脂等保溫材料為芯材，添加阻燃劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑等成分，經(jīng)過特殊的發(fā)泡工藝制成。板材按芯材組分分為有機材料和無機材料兩大類，此外也有它們的復合材料。

2 有機類保溫隔熱材料

有機材料的優(yōu)點為造價較低，市場成熟，導熱系數(shù)較小，實現(xiàn)保溫目標需要的厚度小，方便運輸與施工。目前我國建筑保溫市場以聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)為代表的有機類保溫材料占據(jù)很大的市場份額，在我國的三北地區(qū)和華東地區(qū)應用廣泛。聚苯乙烯板材分為擠塑板(XPS)和模塑板(EPS)。常用的保溫材料介紹如下。

2.1 模塑/膨脹聚苯乙烯泡沫塑料[4](EPS)

俗稱苯板，是由可發(fā)性聚苯乙烯珠粒經(jīng)加熱預發(fā)泡后，在模具中加熱成型制成的塑料板材，其中聚苯乙烯只有約2%，其余為空氣，閉孔結(jié)構(gòu)，蜂窩內(nèi)的靜止空氣為熱的不良導體，因而這種材料具有良好的保溫性能。按表觀密度大小分為6類，容重不同，用于外墻外保溫的EPS容重18 kg/m3～22 kg/m3[5]，施工方便?？箟骸⒖估瓘姸容^XPS稍差，粘接性好，透氣性好。EPS板薄抹灰施工方式的外墻外保溫工藝有成熟標準指導[6]，價格便宜，應用也最廣泛。按標準施工，做好技術(shù)交底，一般不會出現(xiàn)外保溫墻體的滲水問題，需重點注意門窗、穿墻洞口、女兒墻部位的規(guī)范施工[7]。

2.2 擠塑聚苯乙烯泡沫塑料[8](XPS)

簡稱擠塑板，是經(jīng)特殊工藝連續(xù)擠出發(fā)泡成型的材料，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，成蜂窩狀結(jié)構(gòu)，因此具有高抗壓、輕質(zhì)、不吸水、不透氣耐磨、不降解的優(yōu)點。但同時，由于板材的表面光滑比較難粘接，需要用到特殊膠粘劑和專用界面劑，施工較復雜[9，10]。材料單價較EPS貴，但材質(zhì)致密，保溫性較EPS好。該材料尺寸穩(wěn)定性較差，用于建筑外墻保溫常會出現(xiàn)接縫處開裂、局部脫落等現(xiàn)象，施工方式也是參照標準[3，11]，采用薄抹灰外涂飾面，因而其在外保溫應用領域不及膨脹聚苯板優(yōu)勢大。建筑裝飾行業(yè)常將其用于平面混凝土或鋼結(jié)構(gòu)屋頂、地面、地下室墻體覆土內(nèi)的保溫和防潮。部分糧庫將其用于糧倉的吊頂隔熱和屋頂隔熱，XPS板加工后易老化，施工中需注意接縫處理。

2.3 硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料[12](PU)

在常見的建筑保溫材料中，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料導熱系數(shù)小，吸水率最低，有很好的防水、隔熱效果?，F(xiàn)場噴涂發(fā)泡已經(jīng)在建筑裝飾行業(yè)和糧庫外墻、屋面頂板內(nèi)側(cè)隔熱廣泛應用，噴涂的整體性和穩(wěn)定性好，施工快，對基物的形狀無要求。但由于10℃以下噴涂得率低，不適合冬季室外施工，噴涂成型速度快不易平整，現(xiàn)場噴涂較適合于窗槽、孔洞、管道等不規(guī)則部位和屋面上弦板噴涂施工，應用于外墻隔熱需要在噴涂后填縫再涂砂漿和做飾面，施工后的隔熱效果受施工人員的技術(shù)影響較大[13]。另外，市面上聚氨酯產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，阻燃B1型價格遠高于可燃型，聚氨酯燃燒的煙氣極具刺激性[14]，糧倉為二級防火單位，隔熱施工中應注意選用阻燃型的材料。相比之下，采用以聚氨酯為芯材的型材板更適合規(guī)則墻面施工，根據(jù)糧倉尺寸定制單面復合鋁箔的聚氨酯整板能滿足內(nèi)墻隔熱和吊頂?shù)男枨?，目前市面上已有成熟的產(chǎn)品，國家也有標準指導生產(chǎn)[15]，價格比噴涂要貴，但施工安裝方便、產(chǎn)品穩(wěn)定性好。

2.4 聚乙烯保溫板(PEF)

該材料最初是為中央空調(diào)系統(tǒng)、制冷設備、風道、冷庫等裝置研制開發(fā)的專用隔熱材料，材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀均衡氣泡的閉孔結(jié)構(gòu)，靠閉孔內(nèi)的氣體絕熱而非聚乙烯材料實現(xiàn)絕熱，其板材有絕熱效果好，柔軟緩沖性好，無毒性，輕便施工，抗老化，防潮防結(jié)露，綜合成本較低的優(yōu)點。目前，PEF板材已在部分糧庫的糧倉內(nèi)墻隔熱改造中應用，常貼4 cm厚度。但是，就目前的使用效果看，用于內(nèi)墻板材抗壓不夠，糧食出倉后，板材受擠壓明顯變薄。PEF板目前的產(chǎn)品性能適合堆糧線上方和倉內(nèi)吊頂使用。

2.5 酚醛泡沫保溫板(PF)[16]

酚醛板是由苯酚和甲醛的縮聚物(酚醛樹脂)與其他添加劑，如固化劑、發(fā)泡劑、表面活性劑和填充劑等混合制成的多孔型泡沫板。酚醛板和聚氨酯板一樣，屬于熱固性的有機保溫材料，保溫性能和阻燃性能都比擠塑板和聚苯板優(yōu)異。不需要添加任何阻燃劑阻燃等級能達到GB 8624規(guī)定[17]的B1級。

國外推廣酚醛板較早，日本的夾芯保溫體系大量采用酚醛板，由于生產(chǎn)工藝先進，生產(chǎn)的酚醛板具有較好的保溫性能，導熱系數(shù)比擠塑聚苯板低。但是國內(nèi)起步晚，生產(chǎn)技術(shù)也較為落后，其保溫性能略差于國外產(chǎn)品，難燃、抗高溫，但易吸水、脆、易粉化，煙氣安全性存在爭議[18]，用于外墻外保溫薄抹灰系統(tǒng)[19，20]有嚴重的飾面開裂、脫落隱患。酚醛泡沫板通過近幾年在外墻保溫應用，其還存在一定脆性、酸高的不足，主要原因是樹脂中酚羥基與亞甲基特別容易產(chǎn)生氧化反應。對酚醛板進行改性，降低酸性和增強韌性是完善酚醛保溫板物理指標的前提[21]。目前產(chǎn)品性價比還較低，市場還不普及，目前多用于大型冷庫、儲罐、船舶及各種保溫管道、包括空調(diào)管道的保溫[22]以及做夾芯板[23，24]，國內(nèi)的酚醛板生產(chǎn)工藝正在政策指引下逐步轉(zhuǎn)型升級，隨著國家對建筑防火要求的提高，酚醛板因其良好的阻燃性將來具有較大的市場空間。

3 無機類保溫材料

在建筑保溫材料中，其無機原料主要有石膏和水泥，并配合各種礦物或工業(yè)廢渣，同時摻雜有其他發(fā)泡添加劑，形成性能各異的產(chǎn)品。無機保溫材料基本都能達到標準的A級不燃[14，17]，但基本達不到建筑節(jié)能標準[25，26]規(guī)定的65%的保溫效果。區(qū)別于有機材料的明顯特點是：不燃、吸濕性強、耐候性好。建筑常用的預制保溫材料有巖棉類、發(fā)泡水泥板等。

3.1 巖棉和礦渣棉

巖棉吸聲、隔振，耐高溫600℃，是蒸汽管道、熱力管道、爐墻保溫的常用材料。巖棉類材料作建筑外墻保溫在國外應用很早，歐洲國家大量采用巖、礦棉作為高等級防火外墻外保溫的主體材料，應用已經(jīng)有幾十年的歷史，有成熟的產(chǎn)品標準和系統(tǒng)認證指南，是僅次于聚苯板應用第二廣泛的，上世紀在日本也應用廣泛。但巖棉在生產(chǎn)中對環(huán)境和人體的危害很大，巖棉的生產(chǎn)在1980s在日本已被淘汰。進口巖棉板價格高，所以在國內(nèi)應用少；我國巖棉產(chǎn)業(yè)近10年才在政策的指引下進行轉(zhuǎn)型升級，之前只有極少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品能達到國標[27]要求，市面上普遍的國產(chǎn)巖棉指的是礦渣棉。礦渣棉是使用高爐煉鐵礦渣等固體廢棄物為主要原料，礦渣棉板抗拉強度低，吸水性強，滿足不了外墻外保溫的要求，特別是不適用在南方降雨量大，空氣濕度大的地方。國家發(fā)改委在“十二五”期間發(fā)文，鼓勵大型的巖棉生產(chǎn)線，淘汰年生產(chǎn)能力小于1萬噸的企業(yè)，并出臺了相關的工廠改建[28]和生產(chǎn)控制標準[29]，以此提升產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平。目前巖棉產(chǎn)業(yè)在轉(zhuǎn)型走大型、高效、節(jié)能、高質(zhì)量的道路[30]。

在國內(nèi)，巖棉板保溫一直廣泛應用于干掛幕墻內(nèi)部，薄抹灰體系的應用在我國北方剛剛興起，巖棉在建筑節(jié)能主體工程中用量還不大，一般用作外墻防火隔離帶[31，32]，玻璃棉幾乎沒有應用。其他不燃材料目前國內(nèi)還處于研發(fā)和小規(guī)模示范階段。近幾年，行業(yè)和協(xié)會又陸續(xù)出臺了巖棉用作建筑外保溫的相關建筑標準[33-35]，指導規(guī)范施工。近些年隨著國產(chǎn)巖棉的產(chǎn)量和品質(zhì)提升、施工技術(shù)成熟，巖棉在建筑工程的用量也在增大。

玻璃棉和巖棉等纖維材料對熱傳導效果好，但是對熱對流效果稍差，在糧庫粉塵大的環(huán)境中，容易沾附大量灰塵，且纖維結(jié)構(gòu)阻水性較差，受水后塌沉[36]，不適合露天使用。目前，很多庫點的通風口出墻管及蓋板隔熱、內(nèi)環(huán)流等管道雙層保溫管使用的是巖棉等礦物棉或者橡塑[37]，柔性材料方便現(xiàn)場切割和焊接，外做不銹鋼或彩鋼包裹。

3.2 發(fā)泡水泥板

發(fā)泡水泥板也叫水泥基泡沫保溫板，是經(jīng)過發(fā)泡機的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑用機械方式發(fā)泡，然后將泡沫與水泥漿料均勻混合，再進行模具或機械成型，經(jīng)自然養(yǎng)護得到具有一定形狀尺寸的板材[38]，常用在建筑隔熱。輕質(zhì)隔墻板是發(fā)泡水泥板的一種，將板材的豎孔相對拼接，頂端使用軸流風機抽風，應用于糧倉內(nèi)墻，可形成靠墻的動態(tài)隔熱，目前已在中儲糧荊門直屬庫成功應用，取得了較好的隔熱效果。

4 復合材料

目前市面上的復合夾心板多是在單一保溫板成型后在單面或雙面復合軋花鋁板或壓型彩鋼等制成，以增加板材的物理性能，主要用在吊頂、內(nèi)墻和倉門。糧庫目前普遍采用的有彩鋼巖棉夾心板、彩鋼酚醛泡沫夾心板[23]、鋁箔酚醛夾芯板[24]、彩鋼聚氨酯板、鋁箔聚氨酯夾心板[15]等，其中彩鋼夾心板多應用在屋頂[39]、罩棚、倉門和通風口隔熱，聚氨酯鋁箔板適合倉內(nèi)墻、吊頂隔熱。

此外，建筑行業(yè)的菱鎂板、玻鎂板在糧食倉儲行業(yè)也有較大的應用規(guī)模。菱鎂板是以氯化鎂、氧化鎂為主要原料，添加一定比例的膨脹珍珠巖(或聚苯乙烯顆粒)、玻璃纖維網(wǎng)格布、木屑等在車間經(jīng)全自動化流水線加工而成，成分上屬于復合材料，具有無味無毒、高強質(zhì)輕、隔音保溫、防水防火、耐候性強等特點。菱鎂板的防火等級達到A級，若添加聚苯乙烯顆粒，屬于有機無機復合材料；若添加膨脹珍珠巖，屬于無機復合材料。不添加保溫原料也可生產(chǎn)出來，則成品防水性、保溫性較差；添加耐堿玻纖網(wǎng)不足的板材用于糧倉吊頂則容易出現(xiàn)翹邊等情況。菱鎂板在建筑上用做裝飾板[40]和防火門芯材[41]，目前沒有標準規(guī)范將其用于建筑保溫，糧倉將菱鎂板用作屋頂隔熱材料，進行屋頂平貼[42]或架空[43]，均有文獻報道使用效果良好，根據(jù)板材成分和龍骨、板材施工結(jié)構(gòu)的不同，屋面總荷載增加在18 kg/m2[44]～28.5 kg/m2[45]。市面上菱鎂板的價格區(qū)別較大，生產(chǎn)門檻較低，采購時需要甄別。隔熱防水較差的板材需要在菱鎂板現(xiàn)場施工時外側(cè)再做保溫和防水，外表面刷涂淺色涂料反光[44，45]，施工程序較復雜。

5 總結(jié)

糧倉隔熱改造是一項系統(tǒng)工程，選擇倉外墻還是倉內(nèi)墻改造，倉頂架空通風還是屋面平貼，或是龍骨吊頂，對材料性能的要求不同。此外，EPS、XPS、PU等可燃保溫材料在生產(chǎn)時需要添加阻燃劑，才能滿足安全防火標準的要求[46]。本文概述的材料均為建筑隔熱常用、技術(shù)成熟的產(chǎn)品，絕大多數(shù)材料有相關的標準和施工規(guī)范。材料離不開施工工藝，“三分材料，七分施工”，需要在工程建設中一方面注重對施工材料質(zhì)量抽查，嚴格把關；另一方面重視對施工技術(shù)的過程質(zhì)量監(jiān)管，規(guī)范施工[47]，才能保證施工效果。另需重點注意倉房過墻管道、工藝孔洞、沉降縫、通風口、門窗部門的隔熱改造，這些均是傳熱大的熱橋部位，針對不同部位選擇適合的隔熱材料綜合做好隔熱處理，阻斷熱橋，才能實現(xiàn)控溫節(jié)能、保質(zhì)降耗，為建設(準)低溫糧倉打好基礎。