新型飾面無砂大孔無機(jī)外墻保溫系統(tǒng)研究綜述

■張方財，翟翼翀，張志平，王會新 ■北京建筑大學(xué)綠色建筑與節(jié)能技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，我們所面臨的能源以及環(huán)境問題日益嚴(yán)重。在這種背景下，我國建筑業(yè)采取了各種節(jié)能環(huán)保措施，北京市最早是在1994年提出推行建筑業(yè)節(jié)能要求的城市，在2006年又提出了一些列的建筑節(jié)能政策，以期可以早日和國際標(biāo)準(zhǔn)接軌［1］。在北京的推動作用和示范作用下，我國的大部分地區(qū)也已經(jīng)將建筑節(jié)能要求納入到建筑政策范圍，標(biāo)志著對建筑節(jié)能的認(rèn)識和應(yīng)用進(jìn)入新階段［2］。

在我國建筑能耗連同圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料生產(chǎn)能耗已超過全國能源消耗總量的27.6%，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到33%以上;在400億平方米的城鄉(xiāng)既有建筑中，高能耗建筑占95%以上［3］。我國單位建筑面積能耗是氣候相近的發(fā)達(dá)國家的3～5倍，而資源占有量不到世界平均水平的1/5。在20世紀(jì)后期，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直是以高能耗的粗放型增長模式，缺乏建筑熱工和建筑節(jié)能方面的研究和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對保溫節(jié)能方面不夠重視，一味的強(qiáng)調(diào)降低建筑造價，造成建筑保溫隔熱性差、用能效率低，極大的浪費(fèi)了可利用能源［4］。目前，建筑節(jié)能成為各種節(jié)能途徑中潛力最大的方式，這也是緩解能源緊張、解決能源供需矛盾最有效的措施之一［5］。伴隨著建筑節(jié)能在節(jié)能減排中的比重逐漸增大，建筑節(jié)能材料與技術(shù)的深入研究成為了迫在眉睫的課題。

1 國內(nèi)墻體保溫系統(tǒng)的應(yīng)用和研究

1．1 研究現(xiàn)狀

墻體、門窗保溫是建筑節(jié)能的重要環(huán)節(jié)，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)是世界各國建筑節(jié)能研究的重要方向之一［6］。發(fā)展高性能建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫材料、制品及其系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的關(guān)鍵。近幾年來，墻外保溫系統(tǒng)在我國北方的傳統(tǒng)采暖區(qū)得到了迅猛發(fā)展，保溫隔熱材料根據(jù)其構(gòu)成大體可分為兩類，即無機(jī)保溫材料和有機(jī)保溫材料［7］。

墻體保溫作為建筑節(jié)能的重要組成部分，選擇合適的保溫材料和運(yùn)用恰當(dāng)?shù)墓?jié)能施工技術(shù)對節(jié)能保溫的效果，建筑物的安全、質(zhì)量等多方面都起著至關(guān)重要的作用［8］。當(dāng)前，外墻外保溫的做法是普遍采用外墻粘貼保溫系統(tǒng)和外墻外保溫砂漿保溫系統(tǒng)兩種做法，其中，保溫砂漿又多以膠粉聚苯顆粒保溫砂漿和膨脹玻化微珠保溫漿料為主［9］。通過實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)采用保溫并非是最好的保溫方法，漿料中的膠粉聚苯顆粒保溫砂漿也存在著許多難以克服的缺陷，現(xiàn)將上述幾種保溫材料與做法加以比較［10］。

表1 幾種常見的保溫體系墻體材料的特點(diǎn)

1．2 應(yīng)用現(xiàn)狀

由于近年來，南京中環(huán)國際廣場、哈爾濱經(jīng)緯360度雙子星大廈、濟(jì)南奧體中心、北京央視新址附屬文化中心、上海膠州教師公寓、沈陽皇朝萬鑫大廈等相繼發(fā)生建筑外保溫材料火災(zāi)，造成嚴(yán)重人員傷亡和財產(chǎn)損失，建筑易燃可燃外保溫材料已成為一類新的火災(zāi)隱患，由此引發(fā)的火災(zāi)已呈多發(fā)勢頭［11］。中華人民共和國公安部公消［2011］65號《關(guān)于進(jìn)一步明確民用建筑外保溫材料消防建筑管理有關(guān)要求的通知》規(guī)定民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料，使得有機(jī)保溫材料因易燃、有毒煙氣等問題，已經(jīng)開始遠(yuǎn)離中國的建筑［12］。因此，無機(jī)保溫材料的大量推廣成為發(fā)展的必然。

2 目前出現(xiàn)的主要問題

玻化微珠內(nèi)部孔隙的密閉化。部分玻化微珠并不是封閉孔，導(dǎo)致玻化微珠的吸水率過高，影響其導(dǎo)熱系數(shù)，因此首先必須通過特殊方法完成玻化微珠表面的高強(qiáng)度密封。

無砂大孔無機(jī)保溫系統(tǒng)中大孔的相互隔離。無砂大孔的透氣、透水性容易實(shí)現(xiàn)，但要實(shí)現(xiàn)保溫隔熱，需要的是閉口孔。簡單的通過水泥凈漿等材料的隔離容易導(dǎo)致大孔的堵塞，難以起到保溫隔熱作用。

無砂大孔保溫層與裝飾材料的界面。不同材料間的界面總是復(fù)合材料的薄弱區(qū)，薄弱區(qū)的粘結(jié)情況將會直接決定整個無砂大孔保溫體系的強(qiáng)度以及使用的耐久性，目前來說還沒有一個比較良好的解決辦法。

3 相對應(yīng)的解決措施

解決相關(guān)問題的思路來源于無砂大孔水泥混凝土和動物骨骼的構(gòu)造。借鑒北京建工集團(tuán)完成北京奧運(yùn)體育場館廣場高強(qiáng)度大孔混凝土問題的解決方法。通過特殊的配比和成型方式可以解決大孔保溫板的高強(qiáng)度問題。

3．1 保溫原理及材料選擇

無論是有機(jī)還是無機(jī)材料，隔熱性能優(yōu)異的建筑外墻保溫材料其原理都是通過較多較大的密閉孔隙來阻隔熱量的傳遞。因?yàn)榭諝馐菬岬牟涣紝?dǎo)體，密閉孔隙多的材料自然成為保溫隔熱材料的首選。但有機(jī)材料的易燃、毒煙及難耐久的缺陷極大的阻礙了它的應(yīng)用，無機(jī)保溫材料的發(fā)展是大勢所趨。

玻化微珠保溫砂漿大范圍的應(yīng)用廣受歡迎，正體現(xiàn)了無機(jī)保溫材料的優(yōu)越性。玻化微珠以其良好的隔熱性能和相對低廉的價格也成為了無機(jī)保溫材料的首選。然而現(xiàn)有的玻化微珠保溫砂漿的不足之處在于水泥、砂的導(dǎo)熱系數(shù)都很大，它們填充在玻化微珠的空隙間形成了無數(shù)熱橋，大大降低了玻化微珠的隔熱性能。選材時不使用砂，僅用玻化微珠做骨料，通過特殊方式成型的無砂大孔保溫層的隔熱性能毫無疑問會明顯優(yōu)于現(xiàn)有保溫砂漿。

3．2 大孔問題解決方法

現(xiàn)有保溫砂漿只是利用了玻化微珠內(nèi)部密閉的孔隙來隔熱，玻化微珠顆粒間的大空隙卻被填塞未能利用。對此問題有以完整的解決思路，即先將玻化微珠制成粒徑5mm左右的表面密閉的球狀顆粒，然后在其表面涂抹薄層膠凝材料，既能使玻化微珠顆粒緊密的相互粘接又不會讓顆粒間的空隙被填塞。正如成型的米花糖，米粒之間能緊密粘接但又存在很大的空隙。

將玻化微珠制成較大的球狀顆粒不僅解決了大孔問題，還能降低玻化微珠的吸水率、提高抗壓強(qiáng)度，極大的提高材料的施工性能。玻化微珠顆粒表面密閉，吸水率自然會比原來表面不完全封閉的玻化微珠小，這毫無疑問。而顆粒表面的高強(qiáng)密封膜之所以能大大提高玻化微珠的強(qiáng)度，得益于其封閉的球狀薄殼結(jié)構(gòu)。正如雞蛋殼，材料本身的強(qiáng)度并不高，但其封閉的卵形薄殼結(jié)構(gòu)卻能使雞蛋有相當(dāng)大的抗壓強(qiáng)度。

3．3 密閉問題解決方法

球狀玻化微珠顆粒存在大孔，但以開口孔為主，且顆粒間的空隙是相互連通的不利于隔熱，需要解決。玻化微珠顆粒在分層抹到墻上時可以在每層間鋪設(shè)玻纖襯布，將每層顆粒間的空隙完全隔開。但這還不夠，各層玻化微珠顆粒間的空隙依然連通，空氣還有很大流動空間。可以在各層玻化微珠顆粒抹到墻上前先在墻上鋪設(shè)分隔網(wǎng)，正如水磨石地面的玻璃條分隔網(wǎng)一樣。這樣各層玻化微珠顆粒都被分成了相互獨(dú)立的小塊，再加上各層間的分隔玻纖襯布就使每個玻化微珠顆粒小塊都成了表面密閉相互獨(dú)立的保溫結(jié)構(gòu)［13］。

分隔結(jié)構(gòu)不僅解決了玻化微珠顆粒間空隙的密閉問題，玻纖襯布的加入還能顯著提高保溫層的抗拉、抗折強(qiáng)度，提高了材料的耐久性。這種通過特殊方式成型的隔熱保溫系統(tǒng)在最大程度上實(shí)現(xiàn)了保溫材料密閉大孔的要求，其保溫性能將與現(xiàn)有的保溫砂漿不可同日而語。

玻化微珠無砂大孔保溫層。借用并發(fā)展無砂大孔混凝土的配制技術(shù)，將無砂大孔混凝土的透水性能演變?yōu)橄嗷ジ綦x的封閉空間，減少了現(xiàn)有保溫砂漿的大量熱橋，其保溫隔熱性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有保溫砂漿。

4 飾面復(fù)合無機(jī)保溫系統(tǒng)應(yīng)用模擬

先用高強(qiáng)膠凝材料將玻化微珠表面密封，制成粒徑1～5mm的玻化微珠顆粒。然后將它們制成多層保溫板，每層之間用玻纖襯布分隔。最后是現(xiàn)場鋪設(shè)，鋪完后用絕熱材料嵌縫，實(shí)現(xiàn)縱橫方向的分隔。這是保溫系統(tǒng)的剖面圖，每一小塊保溫板都處于密閉的空間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了大孔的密封，酷似烏賊的骨骼構(gòu)造。下圖1－2給出了保溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模擬圖以及保溫板外墻裝飾效果圖。它可以定制多種飾面效果，滿足建筑飾面效果多樣化的需要。飾面復(fù)合保溫系統(tǒng)為工廠化生產(chǎn)，已有產(chǎn)品為飾面復(fù)合聚苯保溫系統(tǒng)，該產(chǎn)品因使用高分子材料將逐步被市場所遺忘。飾面復(fù)合無機(jī)保溫系統(tǒng)同樣為工廠化生產(chǎn)產(chǎn)品，與現(xiàn)場生產(chǎn)的保溫產(chǎn)品的最大優(yōu)勢是可保證產(chǎn)品的優(yōu)異性能。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)高于國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T20473－2006。

圖1 保溫板剖面圖

5 結(jié)論

圖2 保溫板外墻裝飾效果圖

飾面無砂大孔無機(jī)外墻保溫系統(tǒng)主要就是針對當(dāng)前的無機(jī)保溫系統(tǒng)當(dāng)中出現(xiàn)的隔熱性能差，利用封閉的小孔對其隔熱性能進(jìn)行改善，同時通過對飾面復(fù)合保溫系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計，有效的提高整個系統(tǒng)的保溫能力。借鑒了透水混凝土設(shè)計的相關(guān)理念，通過原材料優(yōu)選以及成型工藝的設(shè)計有效解決了封閉大孔的形成問題，使得飾面無砂大孔無機(jī)外墻保溫系統(tǒng)的力學(xué)性能也得到了改善。

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［12］中華人民共和國公安部［2011］65號《關(guān)于進(jìn)一步明確民用建筑外保溫材料消防建筑管理有關(guān)要求的通知》．2011．

［13］張澤平，李建宇，楊曉晶，李珠．玻化微珠保溫砂漿系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用研究［J］．混凝土與水泥制品，2008(03)．