幕墻工程保溫材料的選擇和應用

何 星(西安建筑科技大學，陜西 西安 710000)

1 工程概況

廣州國際體育演藝中心是可容納18000余名觀眾的集籃球、冰球及演藝等多功能的綜合場館，是2010年廣州亞運會籃球比賽的場館。工程的建筑設計由美國MANICA建筑設計事務所設計，場館的整個外立面均為幕墻圍護結構，幕墻面積約36300㎡，其中金屬板幕墻約29000㎡。工程的質量標準同時采用中華人民共和國國家標準體系、美國NBA籃球協會標準體系和北美冰球協會標準體系。該建筑設計對幕墻系統有很高的性能要求，在金屬板幕墻背面要求全部安裝保溫系統以確保整個金屬板幕墻具有良好的保溫性能。

工程的幕墻保溫系統是金屬板幕墻系統的組成部分，由于2009年的央視大樓大火和2010年的上海膠州路教師公寓大火都是由于引燃保溫材料導致火勢蔓延最終造成重大的人員傷亡和重大經濟損失，所以保溫材料的選擇是保溫系統的一個重點。中心是人員大量聚集的公共場所，對防火的等級要求很高，因此對保溫材料的選擇必須符合防火等級的要求。

2 幕墻保溫材料種類和特點

常用的幕墻保溫材料主要分為無機和有機兩類：無機保溫材料有礦巖棉、玻璃棉等材料。礦巖棉為A級不燃材料，有優越的保溫隔熱性能、技術成熟、但防水性能不好、容易脫落，且施工要求高。玻璃棉具有防火、保溫、易于切割等優良特性，是建筑保溫最常用的保溫材料之一。但是由于玻璃棉表面無裝飾性，而且會有纖維灑落，防水性能不好，影響保溫效果，需要采用PVC或塑料薄膜包裹，皮膚接觸很癢，人體吸入致癌。有機材料有EPS(聚苯乙烯泡沫)、XPS(擠塑聚苯乙烯泡沫)和PU(聚氨酯泡沫)等材料，聚苯材料因其質輕、保溫、隔熱效果好而被大量應用。但其最大的缺陷是易燃燒，防火性能差，燃燒時煙霧大、毒性大、易老化、使用年限不如無機保溫材料。特別是EPS泡沫、XPS泡沫耐火性極差，在80℃就產生熔融變形滴落，給建筑帶來很大的安全隱患。雖然在聚苯材料中通常加入大量阻燃劑，但一方面會造成材料成本大幅度提高，另一方面因一般阻燃劑的沸點≦300℃，火災發生時環境溫度可高達1000℃，阻燃劑會產生揮發導致防火性能仍不理想。

3 幕墻保溫板材的主要物理性能比較

在傳統常用的保溫材料當中聚苯乙烯泡沫板材和聚氨脂、聚乙烯等泡沫材料其耐熱溫度低、遇火易燃燒，易放出大量熱量，產生大量煙毒氣，造成火災，也造成環境污染，使其實際應用中受到消防法規的限制。酚醛泡沫保溫板材作為一種新型的節能保溫材料，具有優異的防火性能和保溫性能，該產品具有難燃、耐高溫性能、導熱系數低、強度好、吸水率低等特點，經檢測產品的性能全部達到行業標準、國家標準、美國UL、英國BS等標準。在生產加工上，酚醛泡沫保溫板材產品生產設備先進，配方及工藝合理成熟，具有較強的創新性，能夠解決建筑保溫和防火安全的問題，相對于市場上其它傳統保溫材料具有較大優勢。表1是三種防火保溫材料的主要性能對比。

表1 防火保溫材料的主要性能對比

表2 酚醛泡沫夾芯板性能與技術指標

由表1可見，酚醛泡沫保溫板材的阻燃性、導熱性能等均優于其余兩種傳統防火保溫材料。

4 酚醛泡沫夾芯板的技術指標及各項性能分析

酚醛泡沫夾芯板屬硬質泡沫，泡沫密度低、導熱系數低、使用溫度范圍大、尺寸穩定性好，與聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫相比，具有難燃、自熄、低煙、高耐火焰貫穿等優點。工程選用的酚醛泡沫夾芯板各項性能與產品技術指標的比較見表2。

由表2可知，工程選用的酚醛泡沫夾芯板的各項性能均滿足技術指標的要求，且符合《屋面工程質量驗收規范》GB50207-2004的表A.0.4-2板狀保溫材料的要求。

酚醛泡沫夾芯板的性能特點如下：

1)導熱系數低，保溫隔熱效果好

酚醛泡沫材料由無數“封閉式發泡”組成，對于溫度所形成的熱對流現象有良好的阻隔，酚醛泡沫具有極低的導熱系數(0.020W/M.K)，熱工性能優越。達到65%的保溫效果時，PU需3㎝，EPS需7㎝，XPS至少5㎝以上，而酚醛泡沫只需2㎝厚度。酚醛保溫材料良好的保溫隔熱效果使建筑耗能降低，使建筑的絕熱保溫性能得到大幅度提高，節省建筑物空調系統的耗電量，為建筑墻體厚度的減少，擴大建筑可利用空間創造了條件。更重要的是它的使用可為減緩能源緊張、節約資源利用開辟新的途徑。

2)防火不燃

有機材料如EPS、XPS、PU，其最大的缺陷就是防火、安全性差，易老化、易燃燒，燃燒時煙霧大、毒性大。特別是EPS泡沫、XPS泡沫，耐火性極差，在80℃就產生熔融變形滴落。給建筑帶來很大的安全隱患。即使加入大量阻燃劑，因一般阻燃劑的沸點≦300℃，火災發生時，環境溫度可高達1000℃，阻燃劑揮發，所以防火性能仍不理想， 且成本大幅度提高。外墻外保溫系統是否具有防火安全性，應考慮兩個方面的問題：一是點火性，在有火源或火種的條件下，材料或系統是否能夠被點燃或引起燃燒，系統自身的燃燒性能要求；二是傳播性，當有燃燒或火災時，材料或系統是否具有傳播火焰的能力，系統對外部火源攻擊的抵抗能力或防火性能要求。酚醛保溫材料防火性能達到B1級，氧指數高達42%(一般26%)。在高溫下不熔滴、不軟化，材料過火使材料表面只會產生碳化。酚醛特有的分子結構決定了不需添加任何阻燃劑就能達到最優的防火等級，尤其是火災時煙霧少，耐火焰穿透，可用于耐火等級3～4級的建筑。

3)防水透氣，良好的自呼吸性

酚醛泡沫獨特的多孔結構和一定比例的開孔結構，使產品具有良好的自呼吸功能。墻體在各種氣候條件下能夠保持水氣平衡，防止墻體積水發霉變黑等現象。

4)“三合一”結構，施工方便，節省工時

復合型酚醛建筑保溫板在工廠以100%自動化機械作業的模式完成，實現了保溫產品生產的工業化。施工時一次上墻，一次成形，不僅大大縮短工期，降低工程造價，同時也解決了傳統墻體保溫多次復合、工程質量穩定性差等問題。

5)粘結性良好

抗剝離強度高，采用粘錨結合的固定模式，為高層建筑的外立面裝飾提供安全保障。

6)耐候性及化學穩定性好

可抵抗大多數化學溶劑，對于酸性和堿性有良好的抵抗性；酚醛泡沫使用溫度范圍-190℃－+180℃，尺寸安定性好，抗老化佳，使用壽命可達到20-30年。

7)性價比顯著

工期可縮短至傳統作業的1/3到1/4，施工綜合成本低，質量穩定可靠；保溫系統使用年限長，長達20～30年的使用壽命，一次投入，長期受益。

8)綠色環保

無毒無味無害，無刺激性，符合環保要求。不使用鹵元素及氟氯碳化物，不破壞臭氧層，能夠很好地保護環境。

經過對擠塑聚苯乙烯保溫板、玻璃棉、和酚醛連續發泡保溫板三種材料性能的綜合比較，本工程決定采用酚醛連續發泡保溫板，但是由于酚醛連續發泡保溫板大規模用在建筑上的不多，使用前對酚醛泡沫保溫板進行相關試驗，以驗證其性能。

5 防火保溫材料的現場實驗

酚醛泡沫保溫板(20mm厚)在乙炔焊槍火焰噴射之下，表面溫度在800～1000℃時不燃燒，無煙、無滴落、無火焰蔓延，只有炭化點，火焰背面的人的臉部和手無熱感。

擠塑聚苯乙烯板乙炔焊槍火焰噴射之下迅速燃燒并快速蔓延、穿透、滴落并放出大量有毒黑煙。實驗表明這種材料的防火性能較差，極易在施工過程中被高溫焊渣點燃，迅速燃燒快速蔓延、穿透、滴落并放出大量有毒黑煙。

普通玻璃棉(50mm厚)在火焰噴射之下雖然煙量少，但火焰可以穿透普通玻璃棉，表明這種材料需要比較厚的施工厚度才能達到設計要求，并且一旦發生火災，還是會產生煙霧，對人群產生傷害。

工地現場的實驗表明，酚醛泡沫保溫板在三種材料中的防火保溫性能是最佳的。因此工程最終確定了采用100mm厚酚醛泡沫保溫板作為屋面的防火保溫材料。

6 酚醛材料在工程中的應用

酚醛保溫板安裝示意見圖1。

圖1 酚醛保溫板安裝圖

此處為金屬幕墻外保溫構造節點，箭頭標注為酚醛保溫板安裝區，該構造充分利用了酚醛保溫板易于加工及可切割等特性。

圖2 金屬幕墻保溫構造節點圖

酚醛保溫板收口密封節點處理外敷鋁箔內部切口位密封膠黏結。

圖3 酚醛保溫板收口密封節點圖

項目大體積弧形屋面保溫系統采用酚醛保溫板，達到很好的保溫、節能效果。通過對絕熱用鋁箔面硬質酚醛泡沫夾芯板保溫材料的技術指標分析以及對比目前常用的各種保溫材料的技術指標，其優異的防火性能和保溫性能在保溫材料領域應用對于保溫材料防火性能提高起到促進作用，其在項目實例中的應用，較好的解決了大體積建筑幕墻的保溫和防火安全問題，滿足節能的標準要求。

7 結 語

我國建筑材料技術發展很快，但是在傳統的防火保溫材料不能完全滿足建筑防火使用要求的情況下，應鼓勵采用滿足國家相關規定要求的新型材料。對于現階段的建筑工程來講，幕墻防火保溫材料必須嚴格執行公安部消防局［2011］65號文的規定，這樣才能確保群眾的安全及公共財產安全。

[1]《建筑幕墻》

[2]《建筑設計防火規范》GB 50016-2006

[3]《屋面工程技術規范》GB 5345-2004