論無機保溫膏料外墻內保溫系統的性能特征

陳偉達

摘要：自20世紀90年代始，國家對于建筑工程質量的要求越來越高，而節能保溫對于建筑物整體的能效功能發揮著舉足輕重的作用。傳統保溫材料已無法滿足當前的防火性能要求，迫切需要解決節能保溫系統在整體建筑物中保證其安全穩定性。區別于傳統的有機保溫方案，創新地提出了無機膏料保溫系統外墻內保溫的新型建材節能性能特點和優勢特征，并詳細進行了保溫系統材料的選材和性能對比。通過對比，分析了保溫各類系統的優劣后，從而得到了使用無機膏料保溫系統對于建筑物進行的外墻內保溫系統的節能穩定性及可靠性。對于該保溫系統的實際檢測數據在日后其他建筑工程中的實際運用也能起到了很好的參考價值。

關鍵詞：保溫系統;性能對比;數據分析

中圖分類號：TH145 文獻標識碼：B

文章編號：1001-9138-（2019）04-0068-73 收稿日期：2019-03-10

無機膏料保溫系統，是一種為了適合冬冷夏熱地區氣候特點而研究開發的新型外墻保溫系統。它在外墻內側設置無機膏料保溫系統為保溫層，外墻外側設置反射隔熱涂料或者面磚等飾面的整體化外墻。無機膏料主要由玻化微珠、硅、鋁、鎂等無機化合物、水及其他添加的復合膠凝材料組合而成。其中輕集料為玻化微珠，而玻化微珠內有空氣，可起到封閉絕熱作用，膠凝材料對玻化微珠進行包裹后，可以增強其施工的合理稠度，也可以增強其拉伸強度和抗壓強度。在工廠按比例配置而成的膏狀保溫材料。該節能保溫系統能夠改善建筑物保溫隔熱性能，提高室內舒適程度，并能滿足建筑保溫節能工程的防火性能和耐久性要求。該節能系統內所組成的主要材料種類有：界面砂漿，抗裂砂漿，耐堿玻璃纖維網格布，錨栓，柔性耐水膩子。同時外墻輔助的材料可以有：無機保溫砂漿，外墻膩子，反射隔熱涂料或面磚。由于無機膏料保溫的原材料種類豐富，成品近乎穩定耐用，副作用小。近幾年來，隨著膏料保溫的研究發展，導熱系數越來越小，而其強度及抹面層的復合增強卻愈來愈大。有些廠家進一步提升了產品質量，從而新編了無機膏料外墻保溫系統的應用技術規程，這對建筑節能來說，無疑是一個好消息。

1保溫系統研究發展狀況

1.1保溫系統的發展

在1996年至2010年間，我國引進了可發性聚苯乙烯EPS（Expandable Polystyrene），由于它具備了保溫隔熱性、尺寸穩定性、抗老化性能等特點，受到了國內各大廠家的追捧。僅從1996年到2003年，EPS的年生產量已從192千噸提高到了840千噸。由于EPS聚苯板保溫材料是由完全封閉的多面體形蜂窩構成，內部的組成成分為98%的空氣與2%的聚苯乙烯，使得蜂窩內的空氣形成了一種熱的不良導體，從而對于EPS板材的絕熱性能起到了決定性作用并且可以長期穩定保持保溫效果。在此之后，具有更加完美蜂窩閉孔結構的XPS擠塑保溫板被研發出來，它是以聚苯乙烯樹脂為原料，加上其他的原輔料及聚合物、催化劑等混合加熱然后擠壓成型的一種高密度保溫板材。相對于EPS板材，它具有低吸水性，低導熱系數，高抗壓性，抗水汽滲透，幾乎無老化分解等優勢條件，使得自2003年后至2010年強勢發展了起來，并且不斷擴大市場使用率和使用范圍。與此同時被大量使用的還有一種膠粉聚苯顆粒保溫材料，這種材料是由膠粉料和聚苯顆粒所組成的，它的聚苯顆粒體積比不小于80%。由于這種材料的膠粉料使用了大量的粉煤灰代替傳統的水泥材料，所以既合理使用了廢料也減少了對環境的破壞。而其80%的體積比也克服了珍珠巖保溫漿料中經常出現的攪拌破裂、破壞保溫性能的缺陷，使得其施工性能極其優秀。施工人員可以直接加水配置完成，粘結力強，落灰較少。在使用過程中，也能夠耐久、抗裂、減少維修，得到了許多工程項目的青睞。可惜的是，這些材料，都只是有機保溫材料。而有機材料，雖然在制造或復合過程完成后都可以具有一定的自熄功能。但超過限定的溫度后，都是易燃的材料。在上海2010年11月15日14時，靜安區的余姚路膠州路一棟高層公寓起火，導致58人遇難，70余人受傷，它使用了更為易燃和燃燒后具有毒性的聚氨酯泡沫保溫材料。哈爾濱雙子星大廈大火，濟南奧體中心體育館大火，都與有機保溫材料脫不了關系。而最為著名的2008年央視大火，使用的外墻保溫材料正是XPS保溫板材。所以，有機材料的節能性與防火安全性是相對矛盾的。之后，我國節能保溫行業內的專家學者展開了一系列針對有機保溫材料的討論和研究：防火性能好的材料，保溫性能就不好。而保溫性能好的材料，由于其軟，松的特性，防火又無法達標。在進入了21世紀后，美、英、德、韓、澳等國家也先后發現有機材料保溫系統具有嚴重的防火隱患問題。于是，各國都已經對有機保溫材料進行了一系列的限定使用甚至禁止使用。自此，有機保溫材料的使用受到了致命的打擊。而隨著住建部與公安部同時發布的公消[2011]65號文件，規定了民用建筑外墻保溫材料采用燃燒性能為A級的材料之后，等同于關閉了純有機保溫材料使用的通道，但卻是開啟了之后的無機保溫材料系統的大門。

1.2墻體保溫的適用性選材

根據墻體保溫材料的研究，我國目前的墻體保溫材料按照其性質大類可以分為三種：有機墻體保溫材料、無機墻體保溫材料和復合型墻體保溫材料。而根據使用狀況來區分，可以分為外墻外保溫及外墻內保溫兩種。絕大多數的有機墻體保溫材料為易燃材料，容易燃燒，尤其燃燒之后會產生有毒有害氣體。在大面積燃燒時，產生的毒氣較大，比如EPS板，XPS板都屬于這種有機材料，使用時配合粘結砂漿鋪貼，并使用抹面砂漿找平面層和嵌入網格布防止開裂。近幾年，由于我國住建部及公安部發文明令禁止使用A級防火以下的保溫材料，使得有機保溫材料漸漸離開人們的視線。替代而來的為外墻無機保溫材料，該種材料大多則屬于A級防火材料，它是一種新型的墻體保溫材料。其保溫效果不弱于有機保溫材料，而且施工相對比較簡單，僅需要在現場加水攪拌均勻，在使用了界面砂漿進行找平處理后的墻體上直接批抹上墻，之后用兩層抗裂砂漿覆蓋，中間嵌入網格布即可：使得保溫層與墻體保持一致，理論上可以達到與建筑物同壽命。由于該種材料的施工效率較高，能夠縮短工期，而抗裂砂漿又可以使得保溫面層抗空鼓、抗開裂，所以綜合性價比較高。無機保溫材料可以使用于外墻及內墻，使用范圍還是比較廣泛。復合型墻體保溫材料為有機保溫材料與無機保溫材料結合而成，其防火等級可以達到A級，同時兼顧有機材料和無機材料的雙重有異性，在剛推出市場時，得到過一定時間的追捧。可復合型保溫材料的加工工藝比較復雜，而且對原材料的有異性也特別講究。比如改性聚苯板、石墨聚苯板都屬于復合型保溫材料，該種材料的基礎材料均為EPS板材，只是在加工時在其中加入了阻燃劑或者石墨成分，用以使復合板在具有保溫效能的同時兼具A級防火指標。但在實際生產過程中，EPS成分過多，則導熱系數可以達到，而防火等級無法達到;阻燃成分過多，防火等級可以達到，但導熱系數不合格。不僅如此，板材自重過重，加重墻體鋪貼懸掛的負荷能力，影響外墻的裝飾安全性。由此可見，有機墻體保溫材料及復合型墻體保溫材料都不是目前較為可靠的產品。無機墻體保溫材料便突顯出來，其材料的本身上，還是較為安全可靠的。

2無機膏料保溫系統

2.1無機膏料保溫對建筑體節能的研究

無機膏料保溫不僅可以使用于外墻內保溫系統，還可以使用于外墻內外組合保溫系統對外墻進行節能保溫。使用內外組合保溫的時候，明確外墻外部應采用無機保溫砂漿配合使用。之所以外墻外側不能使用無機膏料保溫，是因為保溫膏料為非水硬性材料。內外墻組合使用的無機膏料保溫的組合系統，節能效果更好，并且由于外墻外側雖然使用無機保溫砂漿，且厚度不需太厚，使得自重減輕，同時基層墻體的外側進行水泥砂漿或界面劑找平后，對防止外墻滲水而提供了良好的支持。外墻保溫層較薄的同時，設置了網格布與抗裂砂漿后，并在超過60米高度時加設錨栓，可有效防止保溫層的脫層、起殼，減少兩層開裂。這是確保工程質量在構造上的重要方面。而外墻內側的無機膏料保溫系統，考慮到減少占用室內面積，可以不要求做水泥砂漿找平層。如果外墻內側用于非潮濕環境并且為涂料飾面時，保溫層內側可以不做抗裂砂漿抹面層，而直接在保溫層內側批刮柔性耐水膩子，并內置一層普通型的耐堿型網格布。這是由于無機膏料具有良好的抗裂性，但為了確保其一定的抗沖擊性，所以仍然在膩子層中設置增強網格布;如果外墻內側為潮濕環境的涂料飾面或需要鋪貼瓷磚的墻面，應采用抗裂砂漿抹面層，同時也內置網格布。這樣一來，可以有效改善保溫層的防水性能，并提高粘貼瓷磚墻面的整體性。使用無機膏料保溫系統的建筑物，在進行涂料飾面時，離地高度2.4米之內，抗沖擊強度可以達到10J級，其余部位可以達到3J級。由于在60米以上高度時加設錨栓，可以保持保溫與基層墻體的整體一致性。在外墻外側使用反射隔熱涂料進行配套構造的話，可以使建筑物具有較好的隔熱保溫功能，并可減弱太陽光直射引起對墻體結構產生溫度應力的影響，避免墻體溫度應力的集聚產生裂縫。同時，上海地區空氣濕度為80%左右，這使材料的導熱系數會增加，再加上現場施工因素也會增加一些導熱系數。無機膏料保溫的導熱修正系數為1.15，水泥基無機保溫砂漿的導熱修正系數為1.25。兩者組合使用后，可以使得建筑物節能效率明顯提高。

無機膏料外墻內保溫系統具有熱傳阻低、不燃防火性、防水、保溫絕熱、節能環保、吸音降噪、抗開裂脫落、附著力強、抗沖擊、耐老化、穩定性好、性價比高等優越技術指標，適用于新建、擴建及改建建筑墻體保溫工程建筑外墻內側及內隔墻兩側，形成的保溫絕熱系統的效果更為卓越，顯著提高建筑的保溫絕熱性能，符合A級防火的環保性要求，改善室內環境溫度，降低制冷、采暖所使用的能耗，達到與建筑的同壽命，又可滿足各類建筑物外墻立面設計的外觀華麗大方的裝飾效果，是目前的新型保溫系統，對推行節約能源、促進社會經濟可持續性發展起到了一定的意義。

2.2無機膏料外墻內保溫系統與現市場保溫系統的綜合對比

其優劣性對比，如表1所示。

3保溫系統檢測數據分析

無機膏料保溫是整個保溫系統的重點，它是決定于整個保溫系統能否達到節能要求的關鍵性材料。其中干密度影響到膏料本身的自重，而導熱系數決定了保溫的效果。而在保證節能效果的同時，也不能破壞其本應擁有的強度來降低其安全性能，如表2所示。

其中，抗壓強度按公式1計算，如表3所示。

這里，以抗壓強度為例進行實測說明。使用電子拉力機對無機膏料保溫及其他保溫系統的抗壓強度進行檢測，制作了兩個長寬各100mm的樣品（樣品a和樣品b），其數據分別如圖1、圖2所示。

從圖1和圖2中可以看出，使用無機膏料保溫的抗壓強度可以達到0.30MPa以上，完全滿足使用要求。

現使用HFM436型導熱系數測試儀進行測試，首先將試塊均加工為300×300（mm）正方形，厚度為30mm，并將全部試塊進行了同條件試件預處理，其中，一組為研究樣品（使用無機膏料保溫的樣品），一組為對比樣品（未使用無機膏料保溫的樣品）。檢測軟件使用QLab專用軟件。如圖3所示。

研究樣品數據：

圖3中，T UPPER為熱面溫度（試件放置在設備中，上表面為加熱，下表面為冷卻），T LOWER為冷面溫度，MEAN T為平均溫度，DELTA T為溫差，Q UPPER為熱板熱流，Q LOWER為冷板熱流，Sample K為導熱系數平均值。初始曲線部分為開始加熱后的導熱變化、溫差變化、平均溫度變化，穩定下來后以直線圖計算最終導熱系數。最終導熱系數K=0.0510 m2·K。

對比樣品數據：

圖4中，T UPPER為熱面溫度（試件放置在設備中，上表面為加熱，下表面為冷卻），T LOWER為冷面溫度，MEAN T為平均溫度，DELTA T為溫差，Q UPPER為熱板熱流，Q LOWER為冷板熱流，Sample K為導熱系數平均值。初始曲線部分為開始加熱后的導熱變化、溫差變化、平均溫度變化，穩定下來后以直線圖計算最終導熱系數。最終導熱系數K=0.0762 m2·K。

從圖3與圖4的對比可以看出，使用無機膏料保溫的樣品，其導熱系數明顯小于未使用的樣品，與實際使用效果相吻合。實際使用中，使用的無機膏料保溫確實能起到很好的隔熱保溫效果，最終達到節能的目的。

4結論

利用標準中的參數要求，并根據實際的保溫系統內材料的檢測數據對產品性能進行對比分析，驗證了無機膏料保溫系統對建筑物的節能合理性，同時對于該保溫系統的實際檢測數據在日后的建筑工程中實際運用也起到了很好的參考價值。主要結論如下：

（1）相比較于外墻外保溫系統的墻體節能保溫系統，無機膏料外墻內保溫系統的指標要求和實際檢測參數均符合節能設計要求。并且性能均衡，雖然沒有過于突出的性能指標，但整體上并不弱于各類外墻外保溫節能系統。

（2）雖然無機膏料的外墻內保溫系統沒有內外墻組合保溫系統的節能效果好，但組合保溫的外墻使用的材料是無機保溫砂漿，從安全性上，內保溫系統更為安全可靠。

（3）雖然無機膏料保溫系統進一步提升了安全性和可靠性，但僅滿足于可以達到保溫系統的節能要求。如需要進一步提升節能建筑的節能效率，建議在外窗產品使用中空Low-E玻璃并鍍膜，屋面使用保溫板材。同時，為了保證外墻增加隔熱功能，再使用反射隔熱涂料，這樣一來，建筑物整體的節能效率可以提高并且適用性上更為合理。