淺談建筑外墻保溫材料及其發展方向

汪 滌 楚愛軍 李 瑩

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

淺談建筑外墻保溫材料及其發展方向

汪 滌 楚愛軍 李 瑩

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

文章分析了外墻保溫材料的研究與應用現狀,介紹了有機外墻保溫材料、無機外墻保溫材料和復合型保溫材料的特點，提出了今后外墻保溫材料的研究重點和發展方向。

外墻；有機保溫材料；無機保溫材料；復合保溫材料

進入新世紀，隨著能源、全球變暖等危機的爆發，節能減排迅速成為全球關注的焦點。在涉及節能減排的諸多問題中，如何減少建筑能耗是大家最為關注的議題之一。目前建筑能耗在人類整個能源消耗中所占比例在30%～40%[1]，隨著我國工業化與城市化進程的加快,建筑能源消費總量迅速增加。推行節能建筑與建筑節能,可減少大量能源消耗，減少環境污染，減輕溫室效應,保護人類賴以生存的生態環境,促進國民經濟的健康可持續發展，具有重要的意義。

1 建筑保溫技術

建筑物通過圍欄結構（主要包括:門窗、外墻、屋頂和地面等）散失的熱量大約占整個系統熱損失的60%，其中通過外墻和門窗所損失的熱量約占總損失熱量的一半[2]。墻體保溫是建筑節能的重要一環，我國自2006年在住宅墻體推行強制保溫措施，重點推廣外墻外保溫技術。外墻外保溫技術是在建筑物外側設置保溫層，不僅適用于低層建筑物，也適用于高層建筑和新建建筑。保溫材料設置在墻體外側，可減少因熱橋問題而引起的熱能損耗，避免熱橋部位產生結露現象；能有效緩解環境溫度的變化導致的形變，減小墻體應力，避免結構損壞；還能避免紫外線和有毒氣體侵入到外圍結構，增加墻體使用壽命[3]。

2 外墻保溫材料

目前外墻保溫材料主要包括有機、無機和復合材料三大類型，具體如下:

2.1 有機外墻保溫材料

目前建筑領域主要使用有機保溫材料，品種有模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫材料(XPS)、聚氨酯硬質泡沫塑料板(PU)和酚醛泡沫塑料板(PF)等。

EPS板是以可發膨脹性聚苯乙烯顆粒為原料，經加熱預發泡后，在模具中加壓成型的具有微細閉孔結構的泡沫塑料板材，具有密度小、導熱系數低、隔熱性好、隔聲性能優、低吸水性、耐低溫性、易加工等優點，是一種隔熱保溫性能非常優良的材料[4-5]。

擠塑聚苯乙烯泡沫板是以聚苯乙烯樹脂為原料，在加熱混合的同時，注入催化劑，而后擠塑押出的連續性閉孔發泡的硬質泡沫塑料板，具有高抗壓、吸水率低、防潮、不透氣、質輕、耐腐蝕、不降解、導熱系數低等優異性能。與EPS板相比，其強度、保溫、抗水汽滲透等性能有較大提高[6]，特別適用于建筑物的隔熱、保溫、防潮處理。目前，擠塑聚苯乙烯泡沫板在我國建筑保溫材料市場份額已超過20%，并且呈逐年上升趨勢[7]。

聚氨酯硬質泡沫塑料是一類具有閉孔結構且綜合性能優異的低密度微孔高分子材料，具有質量輕、熱導率低、耐熱性好、耐老化、容易與其它基材粘結、燃燒不產生熔滴等優異性能[8]。通過調整配方，可制成不同密度、耐熱性及阻燃性的泡沫制品。以阻燃型聚氨酯硬質泡沫塑料作芯材，以彩色涂層鋼板或鋁板為面材，通過發泡復合成型的多功能聚氨酯復合板集隔熱、防水、裝飾等功能于一體，是一種易于施工、安裝的新型建筑材料[9]。

酚醛泡沫塑料是由酚醛樹脂通過發泡得到的一種泡沫塑料，具有輕質、防火、隔熱、隔音等優異性能。與聚苯乙烯、聚丙烯等傳統聚合物材料相比，酚醛泡沫塑料具有以下優點：導熱系數低，耐熱性好；在火焰的直接作用下，表面燃燒后形成一層“石墨泡沫層”，防止了火焰的蔓延，有優良的阻燃性能；適用溫度范圍為-150～150℃，可在140～160℃下長期使用[10]。

目前聚苯乙烯塑料板的用量最大，其中抹灰聚苯乙烯泡沫塑料占比最大[11]，但其不耐燃，遇火后會冒煙而碳化，產生大量有毒煙霧，使人窒息；且材料的膨脹系數與墻體和其表面抗裂砂漿差別大，當環境產生巨大溫差時易引起保溫層開裂，聚苯乙烯板變形，造成使用壽命縮短。

2.2 無機外墻保溫材料

與有機保溫材料相比，無機外墻保溫材料在遇到火災時，不會引發煙霧或造成火星，也不會滴落，造成火勢蔓延，在高溫下不會釋放出對環境和人體不利或有害的氣體，防火性能非常優越。

表1 典型保溫板材基本性能對比[14]

巖棉是以精選的玄武巖、輝綠巖為主要原料，外加輔助料，經高溫熔融離心吹制成纖維狀的松散材料。巖棉板是加入巖棉纖維、膠粘劑、防塵劑、憎水劑等外加劑后，經過逐層疊鋪、壓輥壓制、固化爐固化等工藝制備，其具有良好的絕熱、隔冷、吸聲及穩定的化學性能，有不燃、憎水率高、吸濕率低等特點[12]。礦巖棉制品的耐水性和耐潮濕性能是應用于建筑墻體的主要障礙，其性能不足時，巖棉制品在濕氣作用下強度下降，形成自然下墜，工程表現俗稱為“垮褲腰”，限制了其的應用[13]。

玻璃棉板是以碎玻璃、石英砂、白云石、純堿、硼砂等原料熔成玻璃，再將其纖維化，經過噴施特殊的熱固性粘合劑壓制形成的板狀保溫材料，具有導熱系數低、化學性質穩定與壽命長等優勢，是建筑中理想的外墻保溫材料，但其在實際使用過程中，難免會出現一些問題，例如吸濕性較強，易產生下垂和脫落；抗拉強度相對較低等[14]。

膨脹珍珠巖泡沫制品是以低堿水泥為粘合劑、膨脹珍珠巖為輕骨料，加入增強纖維和多種外加劑(減水劑、速凝劑、引氣劑)混合均勻得到干料，使用時在施工現場摻水拌和成所需稠度的漿體，可自然流入成型模內成型或直接噴涂、涂抹墻面和頂棚上，具有保溫、隔熱、輕質、保溫吸音與裝飾為一體的綜合特性[15-16]。

硅酸鈣板是以鈣質材料、硅質材料及增強纖維為主要材料，經流漿成型、板坯壓實、蒸壓養護制成的強度高、性能穩定的無機建筑板材。硅酸鈣板強度高、漲濕率小、導熱系數低、防火性能好。中密度硅酸鈣板可用于室內隔墻、吊頂、隔音、裝飾、防火等工程，高密度硅酸鈣板可用于室外或潮濕環境中[17]。硅酸鈣板以其優越的材料性能被廣泛應用于世界發達國家的建筑工程中，近年來我國硅酸鈣板的產量增長較快，應用范圍越來越廣。

無機外墻保溫材料屬于不燃性材料，但其普遍存在強度低、整體性差、吸水率高、凍融性差等問題，且制備工藝復雜，生產成本較高，限制了其的應用。

2.3 復合型保溫材料

復合型保溫隔熱材料不是簡單的組合，而是充分發揮材料各自的特色后進行有機結合使其成為一個整體的產品。復合型隔熱材料以膠粉聚苯顆粒保溫漿料為主,是以EPS顆粒和無機玻化微珠顆粒、膠凝材料（水泥、礦渣等）、外加劑等為原料混合均勻得到干料，加水攪拌后制成漿體，可涂抹或振動成型，屬難燃材料，為A2級防火等級，自身不存在防火安全問題。膠粉聚苯顆粒在受熱時,包含的聚苯顆粒會軟化并熔化，不會發生燃燒，并且聚苯顆粒被無機物包裹，其熔融后形成封閉的空腔，降低了保溫材料導熱系數，傳熱更慢，提高了保溫性能[18]。

采用膨脹珍珠巖、氫氧化鎂、氯化鎂、滑石粉、動植物蛋白發泡劑制成了無機復合保溫材料試樣，最佳配比為膨脹珍珠巖30%,氫氧化鎂35%,氯化鎂25%,滑石粉10%,發泡劑用量為10 L/m3時成形性和保溫隔熱性能最好，強度優于有機保溫材料，但其防水性能不如有機保溫材料[19]。

3 結語

目前，對建筑物推行強制保溫措施是實現建筑節能的重要環節，考慮到防火要求，今后需要提高防火等級，此對外墻保溫材料的研究和開發提供了很好的機會。同時我國也面臨環境污染日益加劇的問題，如何利用工業的廢棄物開發出性能優異的保溫材料，實現節能降耗、節約資源、減小環境污染的目標，是當前保溫材料研究的熱點，也是適合中國國情的保溫材料研究方向。此外，在未來，外墻保溫材料應利用納米絕熱技術和納米氣凝膠材料，研制質量輕、強度高、隔音性能好，防火等級高（A級）的新型材料，開發出系列新型憎水隔熱保溫材料。對于無機保溫材料注重提高材料的質量及相應性能，添加固體廢棄物、廢舊泡沫塑料，降低生產能耗及生產成本，大力發展多功能復合型保溫材料，實現保溫性能和環保節能的雙重目的,走可持續性發展的道路。

[1]張澤平,李珠董,彥莉.建筑保溫節能墻體的發展現狀與展望[J].工程力學，2007，24（增刊 II）:121-128.

[2]清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告[R].北京:中國建筑工業出版社,2010.

[3]唐誠.論建筑外墻保溫技術的優缺點[J].企業技術開發,2013,32(13):92-93.

[4]錢伯章,朱建芳.建筑節能保溫材料技術進展[J].建筑節能,2009,37(2):56-60.

[5]魏曉紅.聚苯乙烯泡沫塑料板墻體外保溫技術[J].應用能源技術,2006(4):18-19.

[6]王勇,王向東,李瑩.擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）的主要性能及應用領域分析[J].中國塑料,2011,25(8):75-80.

[7]朱清瑋，武發德，趙金平.外墻保溫材料研究現狀與進展[J].新型建筑材料,2012(6):12-16.

[8]陳勇軍,李斌,劉嵐,等.阻燃型硬質聚氨酯泡沫塑料研究進展[J].塑料科技,2012,40(3):103-109.

[9]劉新民,柴正鵬.多功能復合板用聚氨酯硬質泡沫塑料的性能研究[J].新型建筑材料,2006(2):26-29.

[10]邵鴻飛,冀克儉,劉元俊,等.酚醛泡沫塑料研究進展及其應用[J].工程塑料應用，2015，43(1):129-132.

[11]路國忠.玻璃棉板外墻外保溫系統研究與應用.中國絕熱節能材料協會第六次會員代表大會暨六屆一次理事會會議資料[R].北京:2012,12,9.

[12]宋長友,黃振利,陳丹林,等.巖棉外墻外保溫系統技術研究與應用[J].建筑科學,2008,24(2):84-92.

[13]蔡鳳武,姚文生,劉曉波.巖棉保溫材料性能探討[J].河北建筑工程學院學報,2011,29(1):49-51.

[14]肖群芳,李巖凌,茍洪珊,等.玻璃棉板和巖棉板在外墻外保溫系統中應用關鍵技術研究[J].新型建筑材料,2014(3):41-44.

[15]魏金鳳,段香芝,張彥鈞,等.FRC-膨脹珍珠巖泡沫制品[J].信陽師范學院學報(自然科學版),2000,13(2):231-233.

[16]陸凱安.膨脹珍珠巖及其制品的新用途和發展趨勢[J].新型建筑材料，2007(7):72-74.

[17]馮銘,楊聰武.淺談硅酸鈣板的生產與應用[J].新型建筑材料,2012(11):82-84.

[18]周福忠,彭家惠,康蘇芳,等.聚苯顆粒-玻化微珠復合防火保溫砂漿的研究[J].非金屬礦,2013,36(6):39-41.

[19]王志杰.外墻無機保溫材料研究[D].大連:大連海事大學碩士學位論文,2011.