玻化微珠保溫材料在建筑行業中的應用分析

李穎 黃艷芳

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

人類的生存、發展以及社會的進步都離不開對能源的開發利用，但隨著能耗的增加，可供人類開發的能源日漸匱乏，因此，發展可再生新能源或者減少現階段生活中的能耗對于緩解能源匱乏具有重要意義。建筑行業作為我國國民經濟的重要組成部分，但也是高能耗產業，資料顯示我國建筑能耗占總能耗的27.6%[1]。在建筑的全壽命周期中，建筑能耗主要包括施工建設期的能耗以及建筑在使用期的能耗，前者只存在建設階段而后者則伴隨建筑終身，空調的制冷與供暖、電梯、家用電器等都是后者的組成部分。

我國很多地區都是夏熱冬冷氣候，夏季需要空調制冷而冬季需要空調或暖氣供暖，這大大增加了建筑的能耗，因此，建筑圍護結構應具備良好的保溫隔熱性能以減少室內與室外的熱量傳遞從而降低建筑能耗。建筑圍護結構的保溫隔熱材料可分為有機類、無機類和復合類，有機類包括聚苯乙烯泡沫板(EPS)、聚氨酯材料(PU)、擠塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)等，此類材料具有低導熱系數、高強、防水、防滲、防火性差等特點；無機類包括玻化微珠、膨脹珍珠巖、泡沫混凝土、巖棉等，此類材料防火性好、阻燃性強、抗老化性能強、與建筑同壽命、施工工藝簡單等特點；復合類包括復合型硅酸鹽保溫隔熱材料、中空陶瓷-乳液復合型保溫隔熱材料、泡沫塑料-硅酸鹽復合保溫隔熱材料等，此類材料具有保溫隔熱性能好、抗火阻燃性好、施工難度小、抗老化、原材料來源廣等特點[2]。

通過閱讀相關文獻資料，本文介紹了玻化微珠的理化性能、玻化微珠保溫材料性能影響因素，進行了玻化微珠保溫材料在建筑物中的作用分析以及效應分析，以期為工程人員對于玻化微珠保溫材料在建筑行業中的使用提供參考。

1 玻化微珠保溫材料

1.1 玻化微珠的特點

玻化微珠屬于無機玻璃質礦物材料，經過多級碳化硅電熱管式加工而成的一種不規則球狀顆粒，顆粒表面玻化封閉且具有一定的強度，而顆粒內部為多孔空腔結構，因此，玻化微珠具有優異的絕熱、防火、抗老化等性能，將其作為輕質骨料添加在砂漿中可提高砂漿的工作性能、減少砂漿的收縮率。表1 為相關規范中關于玻化微珠的性能指標。

表1 玻化微珠顆粒性能指標

1.2 玻化微珠保溫砂漿設計

由于玻化微珠具有質輕、多孔、導熱系數低、防火性好、無污染等特點，將其作為細骨料制備的保溫砂漿是一種無機保溫隔熱制品，可用于建筑圍護結構中。玻化微珠保溫砂漿是由水泥、玻化微珠、外加劑、水等多種原材料攪拌而成的一種復雜混合材料，其性能會受到多種原材料的影響，表2 展示了通過設計不同的配合比來分析原材料對玻化微珠砂漿性能的影響，表中結果顯示水泥用量和玻化微珠摻量為保溫砂漿性能的主要影響因素。

表2 摻入玻化微珠對砂漿性能的影響

2 玻化微珠保溫砂漿對建筑保溫隔熱性能的影響

2.1 建筑圍護結構中保溫隔熱技術

建筑圍護結構的保溫隔熱技術可分為外墻內保溫、外墻外保溫、內外墻混合保溫和整體式保溫[5,9]。

外墻內保溫是將保溫材料設置在外墻的內部，此方法對外墻的垂直度要求不高，因此施工簡單、快速，能夠保證施工進度。但是，采用外墻內保溫技術容易發生“熱橋”現象和結露現象，前者會增加建筑物的能耗而后者會導致墻體發霉、開裂，保溫層發生裂縫，亦會增加建筑物的能耗。

外墻外保溫是將保溫材料設置在墻體的外側，此方法是目前建筑圍護結構保溫隔熱技術的主流形式，適用范圍廣且能夠保護主體結構、減少墻面裂縫，便于舊建筑進行節能改造，同時有助于提高建筑外墻的防水性能和氣密性，而且基本上消除了“冷熱橋”現象。

內外墻混合保溫是在外墻外保溫施工方便地方采用外保溫技術而在施工不方便的地方采用內保溫技術，此方法同樣具有施工快捷，能夠保證施工進度，而且還可以有效減少“冷熱橋”現象。但是，墻體采用外保溫做法與內保溫做法時所受到的溫度應力不同，在建筑外墻的局部區域采用外保溫、內保溫的混合做法時，容易使該區域部分地方產生不同的變形速度與變形尺寸，長此下去將導致裂縫的產生，不僅增加了建筑能耗，甚至影響建筑的安全性。

整體式保溫是指建筑物的六面均采用保溫材料，兼具外保溫與內保溫的優點，能夠保護建筑主體結構避免發生大的溫度變化，延長建筑壽命，同時還有助于改善建筑物夏熱冬冷的室內環境。傳統建筑供暖形式是將建筑物看成一個整體，沒有顧及樓板、內墻的保溫隔熱，因此相鄰房屋之間的溫差會影響建筑能耗，而整體式保溫是讓每棟建筑物內每一戶能夠進行單獨保溫隔熱，甚至于每一個房間都能夠進行單獨保溫隔熱，使得寒冷地區的建筑能夠用最低的熱量讓室內溫度達到目標溫度，極大地降低了建筑全壽命周期中的能耗[9]。

2.2 玻化微珠保溫砂漿對建筑圍護結構保溫隔熱性能的作用分析

為研究玻化微珠保溫砂漿在建筑圍護結構中的構造形式對建筑保溫隔熱性能的影響，劉泳[10]等對兩個相同戶型的單元A、B 分別采用外保溫和整體式保溫隔熱措施，具體構造形式如表3 所示，由表中結果可知單元B 的外墻構造中設有兩層玻化微珠保溫砂漿層，整體構造類似于“三明治”形狀，而單元A 僅設有一層，同時單元B 的樓底面構造中設有玻化微珠保溫砂漿層，而單元A 中并未設置。利用有限元軟件對單元A、B 的外墻和樓地面進行穩態傳熱分析，溫度路徑圖如圖1～圖4 所示，圖中結果顯示單元A 的外墻和樓地面的溫度路徑圖主要由線段Ⅰ、Ⅱ組成，而單元B 則由線段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ組成。結合表3 及圖1-4 分析可知圖1 中線段Ⅰ、Ⅱ分別表示40mm 厚玻化微珠保溫砂漿和200mm 厚鋼筋混凝土墻的溫升曲線，圖2 中線段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分別表示40mm 厚玻化微珠保溫砂漿、200mm 厚鋼筋混凝土墻和20mm 厚玻化微珠保溫砂漿的溫升曲線，圖3 中線段Ⅰ、Ⅱ分別表示100mm 厚鋼筋混凝土樓面板和50mm 厚水泥砂漿的溫升曲線，圖4 中線段Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分別表示100mm 厚鋼筋混凝土樓面板、30mm 厚玻化微珠保溫砂漿和20mm 厚水泥砂漿的溫升曲線，對比上述溫升曲線可發現采用整體式保溫措施能夠有效降低鋼筋混凝土墻或鋼筋混凝土樓面板的溫度波動，有利于保護建筑的主體結構；另一方面，在墻體構造中設有兩層玻化微珠保溫砂漿層以及在樓地面構造中設有玻化微珠保溫砂漿層能夠有效減少建筑物內部與周圍環境進行熱量傳遞，使得建筑物具有更加良好的保溫隔熱效果。

表3 外墻和樓地面的構造形式[10]

郭艷佳[11]采用相同的研究方法也得出相類似的結論，而岳俊峰[12]等通過試驗對比了玻化微珠整體式保溫隔熱措施與傳統保溫建筑的保溫隔熱措施，結果表明采用玻化微珠整體式保溫隔熱能夠更有效地減少建筑物內部溫度、濕度的損失，使得建筑物具有更加良好的保溫隔熱性能，減少了建筑能耗。

3 玻化微珠保溫材料的效益分析

玻化微珠保溫砂漿作為單組分保溫材料，具有質量穩定可靠、施工方便、施工周期短等特點，能夠極大地節約建筑中保溫系統的建造成本，另一方面，玻化微珠保溫砂漿具有抗老化、抗開裂、耐候性等良好性能，可延長使用壽命以及減少后期的維護費用[13]。安培霞[14]以山西太原某小區多層住宅樓為例，對玻化微珠保溫系統在建筑全壽命周期中的效益進行了評估，結果顯示采用玻化微珠保溫系統每年可節約標準煤約58.775 噸，相當于減少排放二氧化硫940㎏、碳氫化合物435㎏、煙塵11755㎏、二氧化碳156.34 噸，顯示出良好的環境效益、社會效益。趙林[15]以山西晉城某示范工程為例，研究發現在滿足建筑保溫隔熱性能的前提下，采用玻化微珠保溫混凝土材料可使建筑物每平方的造價減少92.5 元；張澤平[16]將幾種不同保溫系統的平方米造價、使用壽命以及每年分攤的成本進行了對比，如表4 所示，結果顯示玻化微珠保溫材料保溫系統的成本相對較低，表現出較好的經濟效益。

表4 不同保溫系統的成本[16]

4 小結

玻化微珠具有質輕、多孔、低導熱系數等特點，是一種性能優良的無機保溫材料，將其作為原材料制備成保溫材料有利于提升建筑物的保溫隔熱性能。整體式保溫隔熱方式有助于保護結構主體免受溫度變化的影響，減少溫度應力帶來的損傷，延長了建筑物的使用壽命；另一方面，整體式保溫隔熱形式能夠減少室內與室外的熱量傳遞，也能夠減少建筑物內溫度、濕度的損失，降低了能耗。玻化微珠保溫系統能夠大幅減少標準煤的需求量，同時也能夠降低建筑物的造價，展現出良好的環境效益、經濟效益以及社會效益。