酚酚泡沫保溫板外保溫系統應用研究

郭帆+鄧杰+李懷玉+高敏

摘 要：近年來，我國建筑能耗呈現快速增長趨勢，為緩解我國能源和環境所面困境，國家相繼出臺各項政策和法律法規，提出大力發展“低碳、綠色、循環”經濟的模式。建筑能耗的降低對建筑材料的保溫性能提出了更高的要求，材料的性能不僅需要具備較好的保溫、隔熱性能，更要有較好的防火性能，以提高施工和使用過程中的安全性。

關鍵詞：酚醛泡沫板；材料性能；設計要求；系統穩定性；工程應用

目前，我國建筑能耗已與工業能耗、交通能耗并列成為能源消耗的三大“耗能大戶”，隨著城鎮化進程的加速發展和人民生活水平的提高，建筑能耗呈急劇上揚趨勢，其能耗已占到全社會終端能耗的30%左右。為緩解我國能源和環境所面困境，十六大以來，黨中央相繼提出走新型工業化發展道路、發展低碳循環經濟、建立資源節約型、環境友好型社會等理念；國務院辦公廳2013年1號文件發布了“綠色建筑行動方案”，明確提出“大力發展安全耐久、節能環保、施工便利綠色建材”的總體目標。因此，綠色、低碳已成為我國建筑發展的主導方向。

建筑節能的全面推進使得保溫材料在現有節能建筑中得到了廣泛應用。目前建筑圍護結構的保溫材料中，主要使用的材料分為有機類和無機類，從使用的實際情況來看，我國北方寒冷地區和夏熱冬冷地區圍護結構絕大多數使用的為有機類保溫材料，這主要是由于這些地區氣候條件對圍護結構保溫性能的要求決定的。一般來講，有機類材料的保溫性能遠優于無機類材料。但從建筑的防火等級要求來看，采用有機類保溫材料與此存在一定的矛盾。

酚醛泡沫保溫材料的主要應用形式為酚醛板，它是由大塊泡沫切割或單層發泡而成，與傳統有機保溫材料相比，具有難燃、低煙、低毒和優異的耐熱性，國內外應用實踐表明，25毫米厚酚醛泡沫平板經受1700℃火焰噴射1O分鐘后，僅表面略有碳化且不會被燒穿，可有效防止火災發生和火勢蔓延；與傳統無機保溫材料相比，由于其導熱系數低，節能保溫性能提高約1倍。因此，酚醛板保溫材料兼備了有機和無機保溫材料的優勢，具有消防和節能的“雙保險”。本文簡要介紹了其研究和應用現狀。

1 酚醛泡沫簡介

1.1 普通酚醛泡沫

酚醛泡沫是由酚醛樹脂經過發泡而得到的一種氣固兩相混合的高分子合成材料。根據泡沫內部的泡體結構可將酚醛泡沫分為閉孔泡沫和開孔泡沫兩種。在閉孔泡沫塑料中，氣體填充在由樹脂構成的互不相通的格子中，而在開孔的泡沫塑料中，氣體填充在樹脂構成的互相連通的格子內。這種材料因內部大量氣孔的存在，具有較好的保溫隔熱、吸聲性能。其分子式如圖1所示。

圖1 高鄰位酚醛樹脂分子式

1.2 復合酚醛泡沫

普通酚醛泡沫由于其表面易氧化，起粉，同時，體系的PH呈酸性，在建筑保溫領域使用過程中，由于水泥基材料的PH呈堿性，二者易產生酸堿反應，從而造成建筑表面開裂、剝落等問題。為克服上述缺陷，改善酚醛泡沫與建筑水泥基體的相容性，復合酚醛泡沫也隨之產生。它是在工廠內預制的表面復合專用界面處理劑或聚合物砂漿增強卷材的硬質酚醛泡沫板，其芯材是改性酚醛泡沫。

目前，酚醛泡沫作為一種新型的多用途泡沫材料，以其耐熱、難燃、耐火焰穿透、遇火無滴落物和防止火災蔓延的性能優點，引起了人們的高度重視。人們重新認識到利用它既保溫又耐燃的性能作為保溫絕熱材料在工業與民用建筑中得以廣泛的應用。

復合酚醛泡沫板的優勢：

① 優良的抗燃燒性能：法國建筑科學與技術中心曾對酚醛泡沫塑料全面檢驗，證明它抗火焰性能優良，如從焊槍噴出的高達3000℃溫度的火焰對準泡沫板，2分鐘后還未記錄到有明顯的熱傳到板背面，無高溫熱分解和發煙；

② 優良的絕熱性能：導熱系數低（<0.04W/m·K），為保溫、隔熱的優良材料；

③ 抗腐蝕抗老化：幾乎能夠耐所有無機酸、有機酸、有機溶劑的侵蝕。在封閉環境中，各項性能長期保持穩定，具有較好的耐老化性；

④ 結構更有利于吸聲；

⑤ 環保：復合酚醛保泡沫板采用無氟發泡技術，無纖維，符合國家、國際的環保要求；

⑥ 密度小、重量輕：在滿足強度要求的前提下，酚醛保溫板的密度達到50㎏/m3以下，可減輕建筑物的自重，降低建筑物的載荷，減少結構造價，且施工簡便、快捷，可提高工效；

⑦ 吸聲性能：酚醛保溫板具有優良的吸聲性能，開孔型的泡沫結構更有利于吸聲 。

1.3 酚醛泡沫導熱系數的影響因素

從酚醛泡沫的組成來看，其芯材內部存在大量氣孔，這也是酚醛泡沫材料具有保溫隔熱效果的主要原因。但內部氣孔的存在形式也有差異。根據泡沫內部的泡體結構可將酚醛泡沫分為閉孔泡沫和開孔泡沫兩種。在閉孔泡沫塑料中，氣體填充在由樹脂構成的互不相通的格子中，而在開孔的泡沫塑料中，氣體填充在樹脂構成的互相連通的格子內。實際上，完全閉孔或完全開孔的泡沫塑料是很難實現的，一般只能得到閉孔結構占大多數或開孔結構占大多數的泡沫塑料。

在成型的酚醛泡沫體內的閉孔體所占的酚醛泡沫總體積的百分比叫作酚醛泡沫閉孔率。在熱量傳遞過程中，開孔內部的空氣流動大于閉孔，所以開孔率的增加會導致泡沫板材料的導熱系數升高。同時，閉孔率很大程度地影響著泡沫塑料的吸水、透氣、強度及剛度等性能。閉孔結構泡沫的吸水性、透氣性、導熱性均較開孔結構的小，剛度和強度比開孔結構高。同時，泡沫塑料中的氣體含量和氣體是否均勻對泡沫體質量的影響也較大。一般來說，均勻細孔結構的泡沫比大孔結構的拉伸強度要高。

因此，質量較好的酚醛樹脂保溫板應具有較高的閉孔率。這與酚醛泡沫的發泡工藝，發泡劑的種類、發泡工藝、表面活性劑等有較大的關系，目前我國酚醛泡沫保溫板的閉孔率最高可以達到90%以上，其導熱系數≤0.04W/（m·K）。

2 材料性能及設計要求

2.1 材料性能

通過對復合酚醛泡沫板的各項性能系統測試，結合生產企業的實際生產水平，酚醛泡沫保溫板的指標及組成材料的性能指標如表1的規定。

表1 復合酚醛泡沫板組成材料性能指標

項目 性能指標 試驗方法

聚合物砂漿增強卷材或專用界面處理劑 厚度/mm 0.2～0.7 —

拉伸粘結強度/MPa

（與硬質酚醛泡沫板） ≥0.10，且破壞部位不得位于粘結界面 JGJ 144

必須與硬質酚醛泡沫板相容 —

硬質酚醛泡沫板芯材 表觀密度/（kg/m3） ≥60 GB/T 6343

導熱系數/W/（m·K）

（平均溫度25℃±2℃） ≤0.04 GB/T 10294

壓縮強度/MPa ≥0.15 GB/T 8813

垂直于板面方向的抗拉強度/MPa ≥0.1，且破壞部位不得位于粘結界面 JG 149

尺寸穩定性/%

（70℃±2℃，48h） ≤1.5 GB/T 8811

體積吸水率/%（浸水96h） ≤5.0 GB/T 8810

透濕系數 [ng/（Pa·s·m）]（23℃±1℃，相對濕度50%±2%） 2～8 GB/T 17146

燃燒性能 不低于B1級 GB 8624

彎曲強度/MPa ≥0.2 GB/T 8812.2

2.2 酚醛泡沫外墻保溫構造

酚醛泡沫外墻保溫構造采用目前外墻保溫板材常用的薄抹灰體系，其構造如表2所示。

表2 涂料（飾面砂漿）飾面復合酚醛泡沫板薄抹灰外墻外保溫系統基本構造

基層

① 保溫系統基本構造 構造示意圖

粘結層

② 保溫層

③ 抹面層

④ 飾面層

⑤

混凝土墻、砌體墻（基層水泥砂漿找平處理） 粘結劑 復合酚醛泡沫板 抹面膠漿復合耐堿玻纖網格布，輔以錨固件 涂料（飾面砂漿）飾面

3 酚醛泡沫外保溫系統可靠性檢驗

按照復合酚醛泡沫板外保溫系統構造，選擇了兩種不同工藝的板材進行了實體墻的施工，施工方法參照《酚醛泡沫外保溫系統施工工藝》。自然養護28d后，每間隔一定時間觀察實體墻墻面情況，并對實體墻進行拉拔強度現場檢驗。以研究時間、氣候等因素對酚醛外保溫系統的影響，現場檢測照片如圖2、檢測結果如圖3所示。

圖2 酚醛泡沫外保溫系統可靠性檢驗

通過上述現場試驗表明，復合酚醛泡沫板外墻外保溫系統在近1年的時間內外觀不存在裂紋、空鼓等問題，其粘結層與保溫層的拉拔強度始終圍繞在一定的數值波動，變化不明顯，且抗拉拔指標均高于國標規定值，這些可以說明，在這段時間內，經歷炎熱和寒冷的天氣，酚醛保溫系統仍然足夠穩定。

圖3 酚醛泡沫外保溫系統可靠性檢驗結果

4 復合酚醛板在工程實際中的應用

2012年，酚醛板在重慶地區開始應用，半山公館作為重慶地區首個采用的項目，位于大石楊片區（高九路旁），沙區、渝中、九龍坡區三區交匯處，緊鄰石橋鋪、大坪等城市核心地帶，建筑面積近22萬方，項目在外墻、架空樓板等部位采用酚醛板保溫，現場施工如圖4所示。

圖4 酚醛板重慶半山公館項目施工照片

從現場施工效果來看，其各項性能指標均達到設計要求，建筑工程完工兩年后，外墻無裂紋、空鼓現象。能效測評結果顯示建筑能耗指標滿足居住建筑節能65%的相關規定。

5 結語

在國家大力推廣建筑節能的趨勢下，不少省份相繼出臺了建筑節能50%、65%的相關標準，其中對材料的保溫隔熱性能有了明確的界定，對圍護結構材料的要求不斷提高。但材料的燃燒等級、保溫性能之間的矛盾一直是不可忽視的問題。復合酚醛泡沫保溫板以其保溫隔熱性能優異、密度低，特別是能夠克服有機類保溫材料耐熱差、易燃燒，燃燒時釋放大量熱量并產生大量有毒煙氣和溶滴等現象，通過外墻保溫系統的可靠性測試和實際工程應用效果表明，其各項性能指標符合我國對建筑保溫材料的相關要求，具有較好的發展前景。

參考文獻

[1] 黃志雄，彭永利，秦巖，等.熱固性樹脂復合材料及其應用[M].北京：化學工業出版社，2006.

[2] 薛斌，張興林.酚醛樹脂的現代應用及發展趨勢[J].熱固性樹脂，2007（4）.

[3] 張洋，李曉林，李玉斌.非均相聚合改性酚醛樹脂的研究[J].熱固性樹脂，1998（4）.

[4] 張莉.酚醛泡沫絕熱材料的常溫制備及性能研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[5] 何金桂，薛向欣，李勇.酚醛樹脂的合成及應用研究進展[J].遼寧化工，2010（1）.

作者簡介：郭帆，女，中煤科工集團重慶設計研究院綠色建筑技術中心工程師，主要從事建筑節能與綠色建筑技術研究。

通過對復合酚醛泡沫板的各項性能系統測試，結合生產企業的實際生產水平，酚醛泡沫保溫板的指標及組成材料的性能指標如表1的規定。

表1 復合酚醛泡沫板組成材料性能指標

項目 性能指標 試驗方法

聚合物砂漿增強卷材或專用界面處理劑 厚度/mm 0.2～0.7 —

拉伸粘結強度/MPa

（與硬質酚醛泡沫板） ≥0.10，且破壞部位不得位于粘結界面 JGJ 144

必須與硬質酚醛泡沫板相容 —

硬質酚醛泡沫板芯材 表觀密度/（kg/m3） ≥60 GB/T 6343

導熱系數/W/（m·K）

（平均溫度25℃±2℃） ≤0.04 GB/T 10294

壓縮強度/MPa ≥0.15 GB/T 8813

垂直于板面方向的抗拉強度/MPa ≥0.1，且破壞部位不得位于粘結界面 JG 149

尺寸穩定性/%

（70℃±2℃，48h） ≤1.5 GB/T 8811

體積吸水率/%（浸水96h） ≤5.0 GB/T 8810

透濕系數 [ng/（Pa·s·m）]（23℃±1℃，相對濕度50%±2%） 2～8 GB/T 17146

燃燒性能 不低于B1級 GB 8624

彎曲強度/MPa ≥0.2 GB/T 8812.2

2.2 酚醛泡沫外墻保溫構造

酚醛泡沫外墻保溫構造采用目前外墻保溫板材常用的薄抹灰體系，其構造如表2所示。

表2 涂料（飾面砂漿）飾面復合酚醛泡沫板薄抹灰外墻外保溫系統基本構造

基層

① 保溫系統基本構造 構造示意圖

粘結層

② 保溫層

③ 抹面層

④ 飾面層

⑤

混凝土墻、砌體墻（基層水泥砂漿找平處理） 粘結劑 復合酚醛泡沫板 抹面膠漿復合耐堿玻纖網格布，輔以錨固件 涂料（飾面砂漿）飾面

3 酚醛泡沫外保溫系統可靠性檢驗

按照復合酚醛泡沫板外保溫系統構造，選擇了兩種不同工藝的板材進行了實體墻的施工，施工方法參照《酚醛泡沫外保溫系統施工工藝》。自然養護28d后，每間隔一定時間觀察實體墻墻面情況，并對實體墻進行拉拔強度現場檢驗。以研究時間、氣候等因素對酚醛外保溫系統的影響，現場檢測照片如圖2、檢測結果如圖3所示。

圖2 酚醛泡沫外保溫系統可靠性檢驗

通過上述現場試驗表明，復合酚醛泡沫板外墻外保溫系統在近1年的時間內外觀不存在裂紋、空鼓等問題，其粘結層與保溫層的拉拔強度始終圍繞在一定的數值波動，變化不明顯，且抗拉拔指標均高于國標規定值，這些可以說明，在這段時間內，經歷炎熱和寒冷的天氣，酚醛保溫系統仍然足夠穩定。

圖3 酚醛泡沫外保溫系統可靠性檢驗結果

4 復合酚醛板在工程實際中的應用

2012年，酚醛板在重慶地區開始應用，半山公館作為重慶地區首個采用的項目，位于大石楊片區（高九路旁），沙區、渝中、九龍坡區三區交匯處，緊鄰石橋鋪、大坪等城市核心地帶，建筑面積近22萬方，項目在外墻、架空樓板等部位采用酚醛板保溫，現場施工如圖4所示。

圖4 酚醛板重慶半山公館項目施工照片

從現場施工效果來看，其各項性能指標均達到設計要求，建筑工程完工兩年后，外墻無裂紋、空鼓現象。能效測評結果顯示建筑能耗指標滿足居住建筑節能65%的相關規定。

5 結語

在國家大力推廣建筑節能的趨勢下，不少省份相繼出臺了建筑節能50%、65%的相關標準，其中對材料的保溫隔熱性能有了明確的界定，對圍護結構材料的要求不斷提高。但材料的燃燒等級、保溫性能之間的矛盾一直是不可忽視的問題。復合酚醛泡沫保溫板以其保溫隔熱性能優異、密度低，特別是能夠克服有機類保溫材料耐熱差、易燃燒，燃燒時釋放大量熱量并產生大量有毒煙氣和溶滴等現象，通過外墻保溫系統的可靠性測試和實際工程應用效果表明，其各項性能指標符合我國對建筑保溫材料的相關要求，具有較好的發展前景。

參考文獻

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[4] 張莉.酚醛泡沫絕熱材料的常溫制備及性能研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[5] 何金桂，薛向欣，李勇.酚醛樹脂的合成及應用研究進展[J].遼寧化工，2010（1）.

作者簡介：郭帆，女，中煤科工集團重慶設計研究院綠色建筑技術中心工程師，主要從事建筑節能與綠色建筑技術研究。

通過對復合酚醛泡沫板的各項性能系統測試，結合生產企業的實際生產水平，酚醛泡沫保溫板的指標及組成材料的性能指標如表1的規定。

表1 復合酚醛泡沫板組成材料性能指標

項目 性能指標 試驗方法

聚合物砂漿增強卷材或專用界面處理劑 厚度/mm 0.2～0.7 —

拉伸粘結強度/MPa

（與硬質酚醛泡沫板） ≥0.10，且破壞部位不得位于粘結界面 JGJ 144

必須與硬質酚醛泡沫板相容 —

硬質酚醛泡沫板芯材 表觀密度/（kg/m3） ≥60 GB/T 6343

導熱系數/W/（m·K）

（平均溫度25℃±2℃） ≤0.04 GB/T 10294

壓縮強度/MPa ≥0.15 GB/T 8813

垂直于板面方向的抗拉強度/MPa ≥0.1，且破壞部位不得位于粘結界面 JG 149

尺寸穩定性/%

（70℃±2℃，48h） ≤1.5 GB/T 8811

體積吸水率/%（浸水96h） ≤5.0 GB/T 8810

透濕系數 [ng/（Pa·s·m）]（23℃±1℃，相對濕度50%±2%） 2～8 GB/T 17146

燃燒性能 不低于B1級 GB 8624

彎曲強度/MPa ≥0.2 GB/T 8812.2

2.2 酚醛泡沫外墻保溫構造

酚醛泡沫外墻保溫構造采用目前外墻保溫板材常用的薄抹灰體系，其構造如表2所示。

表2 涂料（飾面砂漿）飾面復合酚醛泡沫板薄抹灰外墻外保溫系統基本構造

基層

① 保溫系統基本構造 構造示意圖

粘結層

② 保溫層

③ 抹面層

④ 飾面層

⑤

混凝土墻、砌體墻（基層水泥砂漿找平處理） 粘結劑 復合酚醛泡沫板 抹面膠漿復合耐堿玻纖網格布，輔以錨固件 涂料（飾面砂漿）飾面

3 酚醛泡沫外保溫系統可靠性檢驗

按照復合酚醛泡沫板外保溫系統構造，選擇了兩種不同工藝的板材進行了實體墻的施工，施工方法參照《酚醛泡沫外保溫系統施工工藝》。自然養護28d后，每間隔一定時間觀察實體墻墻面情況，并對實體墻進行拉拔強度現場檢驗。以研究時間、氣候等因素對酚醛外保溫系統的影響，現場檢測照片如圖2、檢測結果如圖3所示。

圖2 酚醛泡沫外保溫系統可靠性檢驗

通過上述現場試驗表明，復合酚醛泡沫板外墻外保溫系統在近1年的時間內外觀不存在裂紋、空鼓等問題，其粘結層與保溫層的拉拔強度始終圍繞在一定的數值波動，變化不明顯，且抗拉拔指標均高于國標規定值，這些可以說明，在這段時間內，經歷炎熱和寒冷的天氣，酚醛保溫系統仍然足夠穩定。

圖3 酚醛泡沫外保溫系統可靠性檢驗結果

4 復合酚醛板在工程實際中的應用

2012年，酚醛板在重慶地區開始應用，半山公館作為重慶地區首個采用的項目，位于大石楊片區（高九路旁），沙區、渝中、九龍坡區三區交匯處，緊鄰石橋鋪、大坪等城市核心地帶，建筑面積近22萬方，項目在外墻、架空樓板等部位采用酚醛板保溫，現場施工如圖4所示。

圖4 酚醛板重慶半山公館項目施工照片

從現場施工效果來看，其各項性能指標均達到設計要求，建筑工程完工兩年后，外墻無裂紋、空鼓現象。能效測評結果顯示建筑能耗指標滿足居住建筑節能65%的相關規定。

5 結語

在國家大力推廣建筑節能的趨勢下，不少省份相繼出臺了建筑節能50%、65%的相關標準，其中對材料的保溫隔熱性能有了明確的界定，對圍護結構材料的要求不斷提高。但材料的燃燒等級、保溫性能之間的矛盾一直是不可忽視的問題。復合酚醛泡沫保溫板以其保溫隔熱性能優異、密度低，特別是能夠克服有機類保溫材料耐熱差、易燃燒，燃燒時釋放大量熱量并產生大量有毒煙氣和溶滴等現象，通過外墻保溫系統的可靠性測試和實際工程應用效果表明，其各項性能指標符合我國對建筑保溫材料的相關要求，具有較好的發展前景。

參考文獻

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[4] 張莉.酚醛泡沫絕熱材料的常溫制備及性能研究[D].武漢：武漢理工大學，2006.

[5] 何金桂，薛向欣，李勇.酚醛樹脂的合成及應用研究進展[J].遼寧化工，2010（1）.

作者簡介：郭帆，女，中煤科工集團重慶設計研究院綠色建筑技術中心工程師，主要從事建筑節能與綠色建筑技術研究。