裝配式建筑用外墻保溫材料

周麗紅（西安墻體材料研究設計院，陜西 西安 710061）

2020年我國裝配式建筑占全國新開工裝配式建筑共計6.3億m2，較2019年增長50%，占新建建筑面積的比例約為20.5%。裝配式建筑具有工程質量規范化和標準化、生產效率高、施工速度快、優節省資源和能源、有利于環境等優勢。

裝配式建筑是由結構系統、外圍護系統、設備管線系統和內裝系統四個系統集成的整體。裝配式建筑結構體系的發展已經相當成熟，而目前制約裝配式建筑發展的關鍵在于裝配式建筑的圍護結構系統的發展。建筑外墻熱損失約占建筑總能耗的32.1%~36.2%，提高建筑物外墻系統的保溫隔熱性能，能夠有效減少建筑物的熱量損失，降低建筑使用能耗，提高居住舒適度。建筑外墻主體材料以及保溫材料（簡稱外墻系統）除了應滿足保溫隔熱性能的要求，還應該滿足結構安全性、防火性能及耐久性等方面的要求。對于裝配式建筑外墻及其保溫材料尚應滿足工業化生產以及裝配化施工等的技術要求。

目前我國應用于裝配式建筑的外墻體系及其保溫材料種類較少，且現有的外墻體系及其保溫材料在應用中存在不少問題。本文主要介紹建筑外墻保溫材料種類及其性能，裝配式建筑的外墻保溫體系，提出了裝配式建筑外墻保溫材料選用要求。

1 建筑外墻的保溫材料種類及其性能

外墻保溫材料分為無機保溫材料和有機保溫材料。無機保溫材料主要是巖棉、玻璃棉、真空絕熱板、復合硅酸鹽保溫材料、保溫砂漿、硅酸鹽保溫材料、陶瓷保溫材料及發泡混凝土保溫材料等。有機保溫材料應用較多的是XPS、EPS、硬泡聚氨酯噴涂、硬泡聚氨酯保溫板等。影響保溫材料性能的主要因素有材料強度、導熱系數、燃燒性能、耐久性能、吸水率和憎水性等。外墻用無機保溫和有機保溫材料主要性能見表1、表2。

表1 外墻用有機保溫材料主要性能指標

表2 外墻用無機保溫材料主要性能指標

有機保溫材料和無機保溫材料的主要區別是，無機保溫材料為A級不燃燒，而有機保溫材料燃燒性能為B1或B2級；無機保溫材料的耐久性能好，而有機保溫材料的壽命相對短且影響因素較多。《外墻外保溫工程技術規程》JGJ144-2017規定，在正常使用和正常維護條件下，外墻外保溫工程的使用年限不應少于25年。德國、美國等的外墻外保溫使用年限均超過25年，但到了25年后即進入高關注時期，需要整體提升改造。在我國，部分建筑由于材料及施工質量原因，導致不少外墻外保溫工程的使用壽命達不到25年，外保溫的使用年限在10~15年之間。

2 裝配式建筑外墻保溫體系

裝配式建筑外墻保溫，按照結構形式分外墻外保溫、外墻夾心保溫、外墻內保溫及自保溫四種。裝配式建筑外墻保溫體系主要有預制混凝土外掛墻板（包括夾心保溫和外保溫）、輕鋼龍骨復合墻板、蒸壓加氣混凝土墻板、保溫裝飾一體化復合墻板、陶粒輕質混凝土條板、發泡陶瓷輕質復合條板、夾心輕質復合條板及其他輕質復合條板體系等。

2.1 預制混凝土外掛墻板系統

預制混凝土外掛墻板系統是安裝在主體結構上，由預制混凝土外掛墻板、墻板與主體結構連接節點、防水密封構造、外飾面材料等組成，具有規定的承載能力、變形能力、適應主體結構位移能力、防水能力、防火性能，起圍護和裝飾作用的外圍護結構系統。預制混凝土外掛墻板是應用于外掛墻板系統中的非結構預制混凝土構件。外掛墻板包括預制混凝土夾心保溫外掛墻板、預制混凝土外保溫外掛墻板和內保溫外掛墻板。

預制混凝土外保溫墻板的保溫材料可以選用擠塑聚苯、模塑聚苯、玻璃棉、巖棉、聚氨酯等保溫材料；預制混凝土夾心墻板可采用聚苯乙烯、硬泡聚氨酯、酚醛泡沫板、巖棉板、水泥基泡沫板和泡沫玻璃板等作為夾心保溫層，夾心保溫材料的導熱系數不宜大于0.04W/(m·K)，體積吸水率不宜大于0.3%，燃燒性能等級不低于B2級。

2.2 蒸壓混凝土墻板體系

蒸壓加氣混凝土墻板是在蒸壓加氣混凝土內配置經防銹處理的鋼筋網片的板材，可分為外墻板和內墻板。單一蒸壓加氣混凝土外墻體的熱工性能能夠滿足夏熱冬冷地區和夏熱冬暖地區建筑外墻要求。但一般不能滿足嚴寒和寒冷地區75%建筑節能要求的大部分外墻性能要求。

在嚴寒和寒冷地區，300mm厚單一B05蒸壓加氣混凝土墻體的傳熱阻約為2.03（m2·K/W），傳熱系數為0.49W/(m·K)；250mm厚單一B05蒸壓加氣混凝土墻體的傳熱阻為1.71（m2·K/W），傳熱系數為0.58W/(m2·K)；按照《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》JGJ26的要求，不同類別的嚴寒、寒冷地區的9層及以上建筑，要求外墻傳熱系數分別小于0.5W/(m2·K)、0.55W/(m2·K)、0.6W/(m2·K)、0.7W/(m2·K)。可見，單一蒸壓加氣混凝土墻體僅可以滿足9層以上建筑外墻75%節能要求，而對于嚴寒地區9層以下的建筑，一般300mm厚的蒸壓加氣混凝土不能滿足建筑節能的要求，趨向于采用蒸壓加氣混凝土復合墻體。對嚴寒和寒冷地區宜采用蒸壓加氣混凝土外墻板與透氣性無機保溫裝飾一體化板材的保溫墻體。

另外，隨著建筑節能技術發展和要求的提高，從建筑節能30%、50%、65%、75%及65%~75%以上的近零能耗建筑和零能耗建筑，降低建筑能耗和碳排放是建筑發展重要的方向。對于蒸壓加氣混凝土單一墻板體系的近零能耗建筑和零能耗建筑，是不能滿足建筑節能對建筑外墻體的要求，因此應采用蒸壓加氣混凝土墻板與保溫材料的復合墻體體系，相應的保溫材料宜選用真空絕熱板、XPS、EPS以及發泡混凝土等。

2.3 保溫裝飾一體化墻板體系

保溫裝飾板一體化墻板是指在工廠預制成型的板狀制品，由保溫材料、裝飾面板以及膠粘劑、連接件復合而成，具有保溫和裝飾功能。保溫裝飾板外墻外保溫系統由保溫裝飾板、膠粘劑、錨固件、嵌縫材料和密封膠等組成，置于建筑物外墻外側，與基層墻體采用粘結和錨固方式施工的非承重保溫構造，還包括必要時采用的承托件、防火構造等。

保溫裝飾一體化板的保溫材料可以是真空絕熱板、氣凝膠、無機發泡陶瓷保溫、泡沫水泥材料等A級燃燒等級的保溫材料，也可以是聚苯板EPS、石墨聚苯板、熱固型改性聚苯板、豎絲復合巖棉板、聚氨酯板等B1級的保溫材料。裝飾面板由無機非金屬材料襯板及裝飾材料組成，也可為單一無機非金屬材料。B1級保溫材料的應用應符合防火規范、地方相關規定以及相關標準要求。保溫裝飾一體板因過去的使用過程中存在系統耐久性和安全性等的問題，不少地區現已發布相關規定和文件，根據不同建筑類型對保溫裝飾一體化板材進行限制性使用。

2.4 輕鋼龍骨復合墻板體系

輕鋼龍骨式復合墻體，由輕鋼龍骨、保溫和隔熱內填材料、兩側覆面板構成，在工廠生產的建筑用承重或非承重的墻體。輕鋼龍骨復合墻板體系主要有以下2種，其優勢是墻體體系的防火性能好、保溫性能好，好裝配化程度高及施工快。

第一種是薄壁輕鋼龍骨中間填充玻璃棉等保溫材料，兩側以石膏板為面板的復合墻體體系，根據不同地區建筑節能要求，墻體外側或墻體內側可再復合其他保溫材料，這種墻體體系發展成熟，在北美國家應用較多，我國輕鋼結構墻體也應用較多。

第二種是現澆泡沫混凝土輕鋼龍骨復合墻體體系，以輕鋼龍骨為支撐，以固定在輕鋼龍骨上的纖維增強水泥板為面板，面板也可以是其他的板材，中間現澆泡沫混凝土的復合墻體。現澆泡沫混凝土輕鋼龍骨復合墻體可用于建筑外墻和建筑隔墻。現澆的墻體可以在工廠預制，也可以現場施工，比較靈活。這種墻體體系多用于低層和多層鋼結構建筑的內外墻體。

3 裝配式建筑外墻保溫材料選用要求

根據建筑結構特征及要求，確定外墻保溫體系類型，外圍護墻體體系首先應當滿足抗震、風荷載以及自重荷載下的承載力要求及耐撞擊性能等要求。裝配式建筑外墻可選用預制夾心保溫外墻體系、預制混凝土外掛墻體體系、保溫裝飾一體墻體體系、蒸壓加氣混凝土墻體體系以及輕鋼龍骨復合墻板體系等，符合裝配式建筑要求的外墻體體系。

不同建筑和外墻體系對防火的要求不同，保溫材料應符合建筑所在地區《建筑設計防火規范》GB50016-2014及當地相關文件通知要求。

根據建筑節能要求，選用保溫材料種類及厚度。近年，隨著建筑節能及綠色建筑要求的提高，對建筑外圍護體系的要求也不斷提高，外圍護結構保溫層厚度相應增加，如近零能耗建筑對外墻保溫的要求相當于從現在60mm~80mm提高到200mm以上，這給外墻外保溫體系及保溫材料的要求帶來了巨大的挑戰。保溫材料應與外墻保溫系統的使用年限要求匹配，考慮保溫材料的耐久性是否滿足要求，以及與保溫材料有關的后期維護問題。