土建工程中新型保溫材料的開發與應用

孟永濤，秦 臻，逯兆霆，王 盟，張婉琦

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450000）

隨著世界工業化發展，能源問題成為各個國家需要面對和正視的主要問題之一。與某些發達國家相比，我國的節能環保體系的實施和運行仍有一些差距。但隨著我國綠色發展理念深入人心，在土建領域上，對環境無害、有利，節能效果好的新型環保材料開始慢慢占據各種建筑工程應用材料的主要位置［1］，并且新的節能環保功能材料仍在不斷開發和應用當中，成為建筑工程中材料發展的新的方向和潮流。

1 新型節能環保材料的應用必然性

1.1 環境友好

傳統的建筑材料一般以木材、磚石為主，在歷史中華風格的建筑中，青磚、琉璃瓦和木材的有機結合展現了我國豐富優越的建筑審美和獨特的建筑風格，除此之外，土、沙、石等作為輔料也展現了中華建筑的質樸和生命力［2］。然而，傳統建筑材料的加工和應用過程中都伴隨著對環境的不同程度的污染和破壞，在建筑工程發展極其快速的今天，傳統建材的應用會導致大量的粉塵污染和水污染，甚至化學污染和放射污染。

相比而言，新型建筑材料大多具有環境友好性，生產原料易獲得，生產環節嚴格把控，施工簡單易行，具體有以下三點：新型建筑材料的設計原則和生產過程中，都不得含有重金屬元素（Hg、Ni、Cr、Cu等），有機污染物如醛類、芳香族化合物、鹵化物和其他大分子碳氫化合物等都具有嚴格的添加限量［3］；新型建筑材料的原料選擇需要滿足易獲得的原則，且不能是不可再生的天然材料，生產技術需要滿足零污染、低能耗的原則，同時不能產生二次污染物；新型建筑材料在服役過程中需要滿足國家規定的建筑環保類文件要求，對人體健康無威脅，長期服役過程中理化性質保持穩定［4］。

1.2 回收利用

新型建材在保證功能性的前提下，具有較好的環保性的同時，也要具有高回收率以便快速有效的達到對廢棄建筑材料的資源整合化處理，以保溫玻璃材料和絕熱板材等新型保溫建材為例，通過對廢棄物的二次加工利用，降低浪費的同時具有較好的經濟效益。即新型建筑材料在服役期結束后，可以經過有效的回收手段，將其改造再利用，作為新的節能環保材料或其他功能，以達到真正生產—施工—廢棄三個環節下的零污染。

1.3 舒適性

傳統的建筑材料很難達到對建筑物的多功能化處理，新型節能環保保溫材料在我國實際建筑工程領域中應用，通過合理的建筑設計，可以巧妙地節省建筑空間，同時達到相同甚至更好的保溫效果，大大提高了新型建筑工程的簡潔美觀性和宜居性。通過對不同新型節能環保保溫材料的應用和布局，不僅可以更好地調節室內的環境以達到人體的最適參數，提高人們居住的幸福感，更能降低傳統建筑工程的施工過程中具有的有害成分如甲醛、苯酚等，讓建筑居住者享受更健康更安全的居住空間。

2 新型保溫材料的工程應用

過去，建筑的保溫性能通常是通過加厚墻體實現的，消耗大量建材的同時保溫能力并不高，而新型保溫材料的應用可以有效地降低建筑物內產生的熱量損耗，使用合適的保溫、絕熱材料可以切實改善建筑物內的溫度，達到降低保溫過程能源消耗的目的［5］。目前的建筑工程領域中，常見的新型保溫材料有很多種，但由于理化性質的不同，應用方式也有所差異，但都能降低建筑物內的熱量流失，達到理想的保溫效果。同時，新型保溫材料的施工過程比較簡單，且沒有粉塵等污染物的產生，對環境友好。由此而言，新型節能環保保溫材料在建筑工程和環境工程中具有較高的應用價值。

2.1 建筑外墻體保溫材料的應用

建筑保溫體系的主要功能承擔在建筑外墻體的保溫體系中，在對建筑外墻進行保溫施工時，通常采用的新型保溫材料為板材，常見的新型保溫板材有：

（1） 建筑外墻保溫板［6］

建筑外墻保溫板是由有機高分子保溫材料為主要組成部分，加之玻璃纖維或金屬網格布增大其與聚合物砂漿的粘附力，復合而成的有機高分子保溫板材，最為常見的是聚苯乙烯塑料泡沫板材，按照加工方式的不同，分為模塑型（EPS）和擠塑型（XPS）。外墻保溫板的粘結施工過程較為簡單，保溫效果較好，材料強度高，造價低廉，耐腐蝕，滿足各類型建筑工程的節能需求，是建筑工程領域外墻保溫材料的優先選擇。

（2）保溫水泥模板

與聚苯乙烯保溫板不同，保溫水泥模板外墻一般作為隔熱模塊應用在混凝土墻體體系當中，保溫水泥模板內部有著鋼筋架構，將混凝土澆筑進水泥模板內，保證墻體較高的絕熱性的同時具有相當的防火性。

（3）巖棉制品板［7］

巖棉制品通常是選擇優質的石料如玄武巖、白云巖和輝綠巖等，將其加熱至粘流態，經過高速離心等步驟制成纖維狀的無機材料，按照巖棉板服役要求的不同加入粘結劑、憎水劑或防塵油等輔料，固化后切割成標準巖棉板材，巖棉的性能參數見表1。巖棉板大多應用于房屋的保溫隔熱體系中，巖棉板的內部孔隙較大，導熱系數低，耐腐蝕，成本低廉，長期穩定性高，但巖棉板吸水后保溫性能下降較大，需要注意巖棉板的保存和服役環境的問題。

表1 巖棉板的主要性能參數Table 1 Main performance parameters of rock wool board

（4） 泡沫玻璃板［8］

顧名思義，泡沫玻璃板的主要原料是玻璃。將玻璃粉碎成為小的玻璃顆粒，高溫熔化并加入發泡劑等添加劑，發泡處理后退火制得無機非金屬保溫材料。泡沫玻璃板的原料通常選廢棄的玻璃制品，減少生活中玻璃制品廢棄物的危害，同時帶來較大的經濟效應，符合新型節能環保材料的原料選擇準則。同時，無機非金屬材料的特點使得泡沫板材有著優異的防腐、穩定性，泡沫玻璃板的主要技術參數可見表2。

表2 泡沫玻璃板的主要性能參數Table 2 Main performance parameters of foam glass plate

（5） 砂加氣混凝土［9］

砂加氣混凝土砌塊的生產過程，由于添加了少量的鋁粉，經過配料和攪拌工藝，鋁粉和其他硅酸鹽，鈣元素復合反應，產生大量的氣孔，因此又稱之為加氣混凝土。由于砂加氣混凝土本質上仍然是混凝土結構，所以具有良好的耐火性和穩定性。但因其結構具有大量的孔隙，使得砂加氣混凝土的導熱系數比常規的混凝土材料要小得多，一般作為保溫系統的一部分應用在建筑物的外墻填充墻。

（6）陶粒混凝土

陶?；炷僚c常規混凝土的區別在于，陶?；炷恋墓橇鲜翘樟６鞘希话阋哉惩梁蛠喺惩良庸こ芍睆綖?.5cm的骨料。陶粒的加入使得陶?；炷恋谋匦阅苡休^大的提高，且密度較小，有效降低建筑框架材料的負荷。

2.2 新型保溫門窗的應用

除外墻保溫系統外，門窗也是較為重要的保溫系統。以前的建筑工程中使用的門窗材料大多以木料和塑料為主，但隨著我國低碳環保的發展理念深入，傳統的門窗材料開始慢慢淘汰。同時，由于木材、塑料等材料與建筑主體的磚石膨脹系數不同，隨著溫度的循環變化，門窗會發生一定程度上的形變導致與建筑墻面產生孔隙。因此，新型環保保溫門窗材料的開發和應用十分有必要。

目前市場上常見的新型門窗材料大多以塑料樹脂材料為主，以PVC塑料門窗為例，雖然沒有金屬元素的加入，但其強度并沒有太多的降低，并且，由于主體材料是有機高分子材料，其導熱系數遠遠低于金屬材料，且具有較好的韌性，兼具良好的保溫性能，同時也不會產生孔隙，有效防止漏風的現象。斷橋保溫窗是另一種應用較為廣泛的新型門窗材料，是在鋁合金門窗的基礎上加裝了有機絕緣條，降低鋁合金導熱系數的同時提供了墻體和鋁合金之間的膨脹緩沖區域，且維持了金屬門窗特有的高強度［10］。

2.3 節能保溫玻璃材料的應用

在對建筑物的門窗保溫體系考量時，玻璃材料也是保溫體系中重要一環。經過玻璃工業的長足發展，過去建筑物所使用的普通玻璃已經開始慢慢被淘汰。為了加強玻璃材料的節能保溫效果，減少玻璃材料帶來的熱量對流，現階段建筑工程領域推出了多種新型保溫玻璃，如雙層玻璃結構的真空玻璃、夾膠玻璃，經玻璃表面處理的鍍膜玻璃，以及玻璃的二次處理如泡沫玻璃等，都呈現出比較優良的保溫效果，明顯降低了玻璃的導熱系數，更好地實現保溫效果。以真空玻璃和夾膠玻璃為例，通過對兩片玻璃之間排除空氣達到近似真空狀態和加入膠體兩種方式，盡可能降低了室內外熱量的熱對流，達到保溫效果。而鍍膜玻璃是利用電泳或濺射等新技術在玻璃表面涂裝一層半透過性質的涂層，在透光的前提下，不僅降低了導熱系數，同時有效降低了太陽熱輻射，降低制冷系統的能量消耗［11］。

2.4 新型防水密封材料

建筑物的保溫系統保溫能力與建筑物的密封性息息相關，這意味著在實際的土建工程中，新型的防水密封材料也需要嚴肅對待。常見的新型防水密封材料種類有很多，如防水瀝青、聚氯乙烯防水膜、合成高分子防水涂料等［12］，這些材料都具有良好的防水密封性能，有利于建筑保溫系統的完善。

3 總結與展望

節能環保是我們需要且必須認真對待和盡力維護的，對于土建工程領域的科研人員而言，為了實現人與自然更為協調的發展和交互，需要從建筑材料的生產、施工、服役等多個環節努力，實現建筑材料從生產、施工、回收整個流程的污染物零排放，同時需要對建材本身具有的功能性進行多元化、高效化、低成本化發展，努力實現土建工程領域的高質量發展。