土建工程中新型保溫材料的開發(fā)與應(yīng)用

孟永濤，秦 臻，逯兆霆，王 盟，張婉琦

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450000）

隨著世界工業(yè)化發(fā)展，能源問題成為各個國家需要面對和正視的主要問題之一。與某些發(fā)達國家相比，我國的節(jié)能環(huán)保體系的實施和運行仍有一些差距。但隨著我國綠色發(fā)展理念深入人心，在土建領(lǐng)域上，對環(huán)境無害、有利，節(jié)能效果好的新型環(huán)保材料開始慢慢占據(jù)各種建筑工程應(yīng)用材料的主要位置［1］，并且新的節(jié)能環(huán)保功能材料仍在不斷開發(fā)和應(yīng)用當(dāng)中，成為建筑工程中材料發(fā)展的新的方向和潮流。

1 新型節(jié)能環(huán)保材料的應(yīng)用必然性

1.1 環(huán)境友好

傳統(tǒng)的建筑材料一般以木材、磚石為主，在歷史中華風(fēng)格的建筑中，青磚、琉璃瓦和木材的有機結(jié)合展現(xiàn)了我國豐富優(yōu)越的建筑審美和獨特的建筑風(fēng)格，除此之外，土、沙、石等作為輔料也展現(xiàn)了中華建筑的質(zhì)樸和生命力［2］。然而，傳統(tǒng)建筑材料的加工和應(yīng)用過程中都伴隨著對環(huán)境的不同程度的污染和破壞，在建筑工程發(fā)展極其快速的今天，傳統(tǒng)建材的應(yīng)用會導(dǎo)致大量的粉塵污染和水污染，甚至化學(xué)污染和放射污染。

相比而言，新型建筑材料大多具有環(huán)境友好性，生產(chǎn)原料易獲得，生產(chǎn)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控，施工簡單易行，具體有以下三點：新型建筑材料的設(shè)計原則和生產(chǎn)過程中，都不得含有重金屬元素（Hg、Ni、Cr、Cu等），有機污染物如醛類、芳香族化合物、鹵化物和其他大分子碳?xì)浠衔锏榷季哂袊?yán)格的添加限量［3］；新型建筑材料的原料選擇需要滿足易獲得的原則，且不能是不可再生的天然材料，生產(chǎn)技術(shù)需要滿足零污染、低能耗的原則，同時不能產(chǎn)生二次污染物；新型建筑材料在服役過程中需要滿足國家規(guī)定的建筑環(huán)保類文件要求，對人體健康無威脅，長期服役過程中理化性質(zhì)保持穩(wěn)定［4］。

1.2 回收利用

新型建材在保證功能性的前提下，具有較好的環(huán)保性的同時，也要具有高回收率以便快速有效的達到對廢棄建筑材料的資源整合化處理，以保溫玻璃材料和絕熱板材等新型保溫建材為例，通過對廢棄物的二次加工利用，降低浪費的同時具有較好的經(jīng)濟效益。即新型建筑材料在服役期結(jié)束后，可以經(jīng)過有效的回收手段，將其改造再利用，作為新的節(jié)能環(huán)保材料或其他功能，以達到真正生產(chǎn)—施工—廢棄三個環(huán)節(jié)下的零污染。

1.3 舒適性

傳統(tǒng)的建筑材料很難達到對建筑物的多功能化處理，新型節(jié)能環(huán)保保溫材料在我國實際建筑工程領(lǐng)域中應(yīng)用，通過合理的建筑設(shè)計，可以巧妙地節(jié)省建筑空間，同時達到相同甚至更好的保溫效果，大大提高了新型建筑工程的簡潔美觀性和宜居性。通過對不同新型節(jié)能環(huán)保保溫材料的應(yīng)用和布局，不僅可以更好地調(diào)節(jié)室內(nèi)的環(huán)境以達到人體的最適參數(shù)，提高人們居住的幸福感，更能降低傳統(tǒng)建筑工程的施工過程中具有的有害成分如甲醛、苯酚等，讓建筑居住者享受更健康更安全的居住空間。

2 新型保溫材料的工程應(yīng)用

過去，建筑的保溫性能通常是通過加厚墻體實現(xiàn)的，消耗大量建材的同時保溫能力并不高，而新型保溫材料的應(yīng)用可以有效地降低建筑物內(nèi)產(chǎn)生的熱量損耗，使用合適的保溫、絕熱材料可以切實改善建筑物內(nèi)的溫度，達到降低保溫過程能源消耗的目的［5］。目前的建筑工程領(lǐng)域中，常見的新型保溫材料有很多種，但由于理化性質(zhì)的不同，應(yīng)用方式也有所差異，但都能降低建筑物內(nèi)的熱量流失，達到理想的保溫效果。同時，新型保溫材料的施工過程比較簡單，且沒有粉塵等污染物的產(chǎn)生，對環(huán)境友好。由此而言，新型節(jié)能環(huán)保保溫材料在建筑工程和環(huán)境工程中具有較高的應(yīng)用價值。

2.1 建筑外墻體保溫材料的應(yīng)用

建筑保溫體系的主要功能承擔(dān)在建筑外墻體的保溫體系中，在對建筑外墻進行保溫施工時，通常采用的新型保溫材料為板材，常見的新型保溫板材有：

（1） 建筑外墻保溫板［6］

建筑外墻保溫板是由有機高分子保溫材料為主要組成部分，加之玻璃纖維或金屬網(wǎng)格布增大其與聚合物砂漿的粘附力，復(fù)合而成的有機高分子保溫板材，最為常見的是聚苯乙烯塑料泡沫板材，按照加工方式的不同，分為模塑型（EPS）和擠塑型（XPS）。外墻保溫板的粘結(jié)施工過程較為簡單，保溫效果較好，材料強度高，造價低廉，耐腐蝕，滿足各類型建筑工程的節(jié)能需求，是建筑工程領(lǐng)域外墻保溫材料的優(yōu)先選擇。

（2）保溫水泥模板

與聚苯乙烯保溫板不同，保溫水泥模板外墻一般作為隔熱模塊應(yīng)用在混凝土墻體體系當(dāng)中，保溫水泥模板內(nèi)部有著鋼筋架構(gòu)，將混凝土澆筑進水泥模板內(nèi)，保證墻體較高的絕熱性的同時具有相當(dāng)?shù)姆阑鹦浴?/p>

（3）巖棉制品板［7］

巖棉制品通常是選擇優(yōu)質(zhì)的石料如玄武巖、白云巖和輝綠巖等，將其加熱至粘流態(tài)，經(jīng)過高速離心等步驟制成纖維狀的無機材料，按照巖棉板服役要求的不同加入粘結(jié)劑、憎水劑或防塵油等輔料，固化后切割成標(biāo)準(zhǔn)巖棉板材，巖棉的性能參數(shù)見表1。巖棉板大多應(yīng)用于房屋的保溫隔熱體系中，巖棉板的內(nèi)部孔隙較大，導(dǎo)熱系數(shù)低，耐腐蝕，成本低廉，長期穩(wěn)定性高，但巖棉板吸水后保溫性能下降較大，需要注意巖棉板的保存和服役環(huán)境的問題。

表1 巖棉板的主要性能參數(shù)Table 1 Main performance parameters of rock wool board

（4） 泡沫玻璃板［8］

顧名思義，泡沫玻璃板的主要原料是玻璃。將玻璃粉碎成為小的玻璃顆粒，高溫熔化并加入發(fā)泡劑等添加劑，發(fā)泡處理后退火制得無機非金屬保溫材料。泡沫玻璃板的原料通常選廢棄的玻璃制品，減少生活中玻璃制品廢棄物的危害，同時帶來較大的經(jīng)濟效應(yīng)，符合新型節(jié)能環(huán)保材料的原料選擇準(zhǔn)則。同時，無機非金屬材料的特點使得泡沫板材有著優(yōu)異的防腐、穩(wěn)定性，泡沫玻璃板的主要技術(shù)參數(shù)可見表2。

表2 泡沫玻璃板的主要性能參數(shù)Table 2 Main performance parameters of foam glass plate

（5） 砂加氣混凝土［9］

砂加氣混凝土砌塊的生產(chǎn)過程，由于添加了少量的鋁粉，經(jīng)過配料和攪拌工藝，鋁粉和其他硅酸鹽，鈣元素復(fù)合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的氣孔，因此又稱之為加氣混凝土。由于砂加氣混凝土本質(zhì)上仍然是混凝土結(jié)構(gòu)，所以具有良好的耐火性和穩(wěn)定性。但因其結(jié)構(gòu)具有大量的孔隙，使得砂加氣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)比常規(guī)的混凝土材料要小得多，一般作為保溫系統(tǒng)的一部分應(yīng)用在建筑物的外墻填充墻。

（6）陶?；炷?/p>

陶?；炷僚c常規(guī)混凝土的區(qū)別在于，陶?；炷恋墓橇鲜翘樟６鞘希话阋哉惩梁蛠喺惩良庸こ芍睆綖?.5cm的骨料。陶粒的加入使得陶?；炷恋谋匦阅苡休^大的提高，且密度較小，有效降低建筑框架材料的負(fù)荷。

2.2 新型保溫門窗的應(yīng)用

除外墻保溫系統(tǒng)外，門窗也是較為重要的保溫系統(tǒng)。以前的建筑工程中使用的門窗材料大多以木料和塑料為主，但隨著我國低碳環(huán)保的發(fā)展理念深入，傳統(tǒng)的門窗材料開始慢慢淘汰。同時，由于木材、塑料等材料與建筑主體的磚石膨脹系數(shù)不同，隨著溫度的循環(huán)變化，門窗會發(fā)生一定程度上的形變導(dǎo)致與建筑墻面產(chǎn)生孔隙。因此，新型環(huán)保保溫門窗材料的開發(fā)和應(yīng)用十分有必要。

目前市場上常見的新型門窗材料大多以塑料樹脂材料為主，以PVC塑料門窗為例，雖然沒有金屬元素的加入，但其強度并沒有太多的降低，并且，由于主體材料是有機高分子材料，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬材料，且具有較好的韌性，兼具良好的保溫性能，同時也不會產(chǎn)生孔隙，有效防止漏風(fēng)的現(xiàn)象。斷橋保溫窗是另一種應(yīng)用較為廣泛的新型門窗材料，是在鋁合金門窗的基礎(chǔ)上加裝了有機絕緣條，降低鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)的同時提供了墻體和鋁合金之間的膨脹緩沖區(qū)域，且維持了金屬門窗特有的高強度［10］。

2.3 節(jié)能保溫玻璃材料的應(yīng)用

在對建筑物的門窗保溫體系考量時，玻璃材料也是保溫體系中重要一環(huán)。經(jīng)過玻璃工業(yè)的長足發(fā)展，過去建筑物所使用的普通玻璃已經(jīng)開始慢慢被淘汰。為了加強玻璃材料的節(jié)能保溫效果，減少玻璃材料帶來的熱量對流，現(xiàn)階段建筑工程領(lǐng)域推出了多種新型保溫玻璃，如雙層玻璃結(jié)構(gòu)的真空玻璃、夾膠玻璃，經(jīng)玻璃表面處理的鍍膜玻璃，以及玻璃的二次處理如泡沫玻璃等，都呈現(xiàn)出比較優(yōu)良的保溫效果，明顯降低了玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)，更好地實現(xiàn)保溫效果。以真空玻璃和夾膠玻璃為例，通過對兩片玻璃之間排除空氣達到近似真空狀態(tài)和加入膠體兩種方式，盡可能降低了室內(nèi)外熱量的熱對流，達到保溫效果。而鍍膜玻璃是利用電泳或濺射等新技術(shù)在玻璃表面涂裝一層半透過性質(zhì)的涂層，在透光的前提下，不僅降低了導(dǎo)熱系數(shù)，同時有效降低了太陽熱輻射，降低制冷系統(tǒng)的能量消耗［11］。

2.4 新型防水密封材料

建筑物的保溫系統(tǒng)保溫能力與建筑物的密封性息息相關(guān)，這意味著在實際的土建工程中，新型的防水密封材料也需要嚴(yán)肅對待。常見的新型防水密封材料種類有很多，如防水瀝青、聚氯乙烯防水膜、合成高分子防水涂料等［12］，這些材料都具有良好的防水密封性能，有利于建筑保溫系統(tǒng)的完善。

3 總結(jié)與展望

節(jié)能環(huán)保是我們需要且必須認(rèn)真對待和盡力維護的，對于土建工程領(lǐng)域的科研人員而言，為了實現(xiàn)人與自然更為協(xié)調(diào)的發(fā)展和交互，需要從建筑材料的生產(chǎn)、施工、服役等多個環(huán)節(jié)努力，實現(xiàn)建筑材料從生產(chǎn)、施工、回收整個流程的污染物零排放，同時需要對建材本身具有的功能性進行多元化、高效化、低成本化發(fā)展，努力實現(xiàn)土建工程領(lǐng)域的高質(zhì)量發(fā)展。