幾種外墻保溫材料性能比較研究

賈 剛

（中技國際工程有限公司，武漢 430070）

幾種外墻保溫材料性能比較研究

賈 剛

（中技國際工程有限公司，武漢 430070）

簡要介紹了國內(nèi)外在外墻保溫材料方面的研究現(xiàn)狀。針對國內(nèi)市場常見的幾種外墻保溫材料進(jìn)行了性能試驗研究，并對比分析了這幾種外墻保溫材料的性能差別。結(jié)合當(dāng)前我國的建筑節(jié)能保溫的新形勢，并依據(jù)試驗所得結(jié)果提出了幾點關(guān)于選用外墻保溫材料的建議。

建筑節(jié)能； 外墻保溫材料； 性能； 建議

1 外墻保溫材料國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，建筑外墻保溫主要有內(nèi)保溫、夾心保溫和外保溫三種技術(shù)形式［1］。內(nèi)保溫，是將保溫材料粘結(jié)固定在外墻的室內(nèi)一側(cè)，并在其外側(cè)附上保護(hù)層；夾心保溫，是將墻體承重和保護(hù)的中間空隙填充保溫材料（爐渣、聚苯顆粒及膨脹珍珠巖等）或做成空氣層；外保溫，是將保溫材料粘貼在外墻的室外一側(cè)［2］。采用內(nèi)保溫，墻體表面受熱應(yīng)力容易開裂，即“熱橋”問題，且保溫材料占用室內(nèi)面積，不利于室內(nèi)裝修和建筑節(jié)能改造［3，4］。夾心保溫雖不占室內(nèi)面積，投資少，但也存在“熱橋”問題，夾層中容易形成空氣對流，且存在抗震性能較差等缺點，因此少被采用［5］。采用外保溫可以有效減少 “熱橋”問題，防止外墻內(nèi)表面潮濕、結(jié)露，能夠保護(hù)內(nèi)部的墻體結(jié)構(gòu)，并且能增強(qiáng)防火功能，同時也擴(kuò)大了室內(nèi)面積，因而外保溫適用范圍廣［6，7］。外墻保溫技術(shù)的發(fā)展必然帶來保溫材料的研發(fā)，同時保溫材料的發(fā)展也促進(jìn)了保溫技術(shù)的再次飛躍。

1.1 國外外墻保溫材料發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，建筑外墻的保溫材料多為輕質(zhì)混凝土、加氣混凝土等，隨著節(jié)能要求的不斷提高，發(fā)泡聚苯乙烯、玻璃棉、巖棉及聚氨酯等新型材料逐漸取代原有的保溫材料。由于外墻外保溫可以有效的減少熱橋，使用方便，不占用室內(nèi)空間，目前被廣泛的采用［8］。外墻外保溫系統(tǒng)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代的瑞典和德國，到目前為止已有60多年的歷史，目前外墻外保溫建筑已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家市場占有率最高的一種建筑節(jié)能技術(shù)［9］。隨著世界能源短缺，歐美發(fā)達(dá)國家對于保溫材料的研究更加迫切，據(jù)報道，已經(jīng)開始了超級保溫材料和高性能保溫材料的研究［10］。2012年，布魯塞爾超級保溫材料研討會確定對微孔有機(jī)材料（主要針對PU和XPS），納米孔材料（主要針對氣凝膠）和真空絕熱板（VIP板）3種材料進(jìn)行深入的試驗研究，以期望達(dá)到理想的節(jié)能保溫目標(biāo)。另外，研究的內(nèi)容還涉及到以下幾個方面：（1）超級保溫材料系統(tǒng)的構(gòu)造問題；（2）材料的耐久性能問題，如：導(dǎo)熱系數(shù)隨時間的改變、材料性能退化的問題，對空氣溫度和濕度的依賴性、對撞擊的反應(yīng)等。其中重點是超級保溫材料的老化問題，如在超級保溫材料中冷凝水及水珠的積累和遷移循環(huán)、凍融循環(huán)、溫度梯度及其可能發(fā)生的變化，振動和動力荷載的影響，尺寸的改變等問題；（3）應(yīng)用技術(shù)問題；（4）如何進(jìn)一步降低造價的問題。

1.2 國內(nèi)外墻保溫材料發(fā)展現(xiàn)狀

與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國外墻保溫技術(shù)及材料的研究與應(yīng)用起步較晚。10多年前，我國一些城市才用外保溫方法試驗性地建造了一些房屋和個別小區(qū)。當(dāng)時，由于未能完全掌握技術(shù)，導(dǎo)致表面產(chǎn)生裂縫，延緩了技術(shù)擴(kuò)展的腳步。在總結(jié)失敗經(jīng)驗后，通過引進(jìn)和考察國外先進(jìn)的外墻外保溫技術(shù)，進(jìn)行自主研究開發(fā)，加上國外外墻外保溫企業(yè)紛紛進(jìn)軍中國市場，傳播他們成熟的技術(shù)，我國外墻外保溫技術(shù)水平得到了迅速提高，工程質(zhì)量也得到保證。技術(shù)的發(fā)展必然要求與材料質(zhì)量保持一致。時至今日，我國建筑市場應(yīng)用的外墻外保溫材料主要為有機(jī)保溫材料及少量的無機(jī)保溫材料及復(fù)合保溫材料，像聚苯板、膠粉聚苯顆粒、聚氨酯、擠塑聚苯板、玻化微珠保溫砂漿、巖棉板及多孔陶瓷板等保溫材料。

近幾年來，建筑節(jié)能新形勢對我國外墻保溫材料提出了新要求，主要是外墻保溫材料應(yīng)具有更低的導(dǎo)熱系數(shù)，以及改變依賴阻燃劑提高保溫材料燃燒性能的狀況。在此情況下，新型保溫材料不斷出現(xiàn)，并在工程實踐中得到一定程度的推廣應(yīng)用。例如，摻加石墨的EPS板、改性硬泡聚氨酯PIR、多空陶瓷板等新型材料的研發(fā)及應(yīng)用，必將帶動我國外墻保溫材料的不斷提升。

2 幾種外墻保溫材料性能試驗

2.1 試樣制備

1）玻化微珠保溫砂漿的試樣按照J(rèn)GJ 253—2011《無機(jī)輕集料砂漿保溫系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中B.4—無機(jī)輕集料保溫砂漿性能指標(biāo)試驗方法的具體要求進(jìn)行制備。

2）聚苯板試樣按照GB／T 10801.1—2002《絕熱用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》國家標(biāo)準(zhǔn)中5.4～5.6部分的測試要求進(jìn)行制備。

3）巖棉板試樣按照GB／T 25975—2010《建筑外墻保溫用巖棉制品》國家標(biāo)準(zhǔn)中具體檢測項目的要求進(jìn)行制備。

2.2 試驗方法及設(shè)備

2.2.1 試驗方法

1）玻化微珠保溫砂漿的試驗方法：干密度按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗方法 密度、含水率及吸水率》GB／T 5486—2008的規(guī)定進(jìn)行試驗；抗壓強(qiáng)度按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《無機(jī)硬質(zhì)絕熱制品試驗方法力學(xué)性能》GB／T 5486—2008的規(guī)定進(jìn)行試驗，取試樣檢測值的4個中間值計算算術(shù)平均值，作為抗壓強(qiáng)度值；導(dǎo)熱系數(shù)宜按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定 防護(hù)熱板法》GB／T 10294—2008的規(guī)定進(jìn)行試驗。

2）聚苯板的試驗方法：表觀密度按GB／T 6343—2009規(guī)定進(jìn)行測試，試樣數(shù)量為3個；壓縮強(qiáng)度按GB／T 8813—2008規(guī)定進(jìn)行，相對變形為10%時的壓縮應(yīng)力，試驗速度為5mm／min，試樣數(shù)量為5個；導(dǎo)熱系數(shù)按GB／T 10294—2008或GB／T 10295—2008規(guī)定進(jìn)行，溫差（15～20）℃，平均溫度為（25±2）℃，仲裁時執(zhí)行GB／T 10294－2008。

3）巖棉的試驗方法：密度按一般的方法進(jìn)行；導(dǎo)熱系數(shù)按GB／T 10295—2008進(jìn)行，仲裁試驗按GB／T 10294—2008進(jìn)行；燃燒性能按GB 8624—2012規(guī)定的方法進(jìn)行。

2.2.2 試驗設(shè)備

該試驗所涉及的試驗設(shè)備如表1所示。

表1 試驗設(shè)備清單

2.3 試驗結(jié)果與分析

根據(jù)2.2.1中的試驗方法進(jìn)行測試，3種外墻保溫材料所測的各項性能指標(biāo)分別如表2～表4所示。

玻化微珠保溫砂漿是以玻化微珠為輕質(zhì)骨料，與玻化微珠保溫膠粉料按照一定的比例攪拌均勻混合而成的用于外墻內(nèi)外保溫的一種新型無機(jī)保溫砂漿材料。玻化微珠保溫砂漿具有優(yōu)異的保溫隔熱性能和防火耐老化性能，不空鼓開裂、強(qiáng)度高，現(xiàn)場施工加水?dāng)嚢杓纯墒褂谩谋?中的數(shù)據(jù)可知，玻化微珠保溫砂漿的干密度、抗壓強(qiáng)度及導(dǎo)熱系數(shù)3項指標(biāo)均為合格。就單項數(shù)據(jù)來看，按干密度和抗壓強(qiáng)度來劃分，該產(chǎn)品為Ⅱ型；按導(dǎo)熱系數(shù)高低來劃分，則屬于Ⅰ型產(chǎn)品。

表2 玻化微珠保溫砂漿各項性能指標(biāo)

表3 聚苯板各項性能指標(biāo)

聚苯板，全稱聚苯乙烯泡沫板，又名泡沫板或EPS板。是由含有揮發(fā)性液體發(fā)泡劑的可發(fā)性聚苯乙烯珠粒，經(jīng)加熱預(yù)發(fā)后在模具中加熱成型的具有微細(xì)閉孔結(jié)構(gòu)的白色固體，形如家具里面的防震泡沫。從表3中的數(shù)據(jù)可看出，該型號的聚苯板的各項性能指標(biāo)均為合格。其中，壓縮強(qiáng)度指標(biāo)較好，導(dǎo)熱系數(shù)相比于玻化微珠保溫砂漿較低，保溫性能好。

表4 巖棉板各項性能指標(biāo)

巖棉板是以玄武巖為主要原材料，經(jīng)高溫熔融加工而成的無機(jī)纖維板。產(chǎn)品因具有良好的防火、保溫、吸音降噪、綠色環(huán)保等特點，被廣泛應(yīng)用于石油化工、紡織冶金、電力交通、建筑農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。巖棉屬于無機(jī)保溫材料，導(dǎo)熱系數(shù)小于0.040W／（m·K），具有質(zhì)輕、耐久、不燃、不腐、不受蟲蛀等特點。巖棉為不燃材料，在生產(chǎn)過程中會添加部分有機(jī)粘結(jié)劑，雖然略微影響其燃燒性能，但一般認(rèn)為燃燒性能為A級。從表4中的數(shù)據(jù)來看，各項性能檢測指標(biāo)皆在國家標(biāo)準(zhǔn)中硬性指標(biāo)的范圍內(nèi)，并且有些指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，這說明其節(jié)能保溫性能非常優(yōu)異。

綜合上述試驗結(jié)果，市場上較常見的外墻保溫材料中玻化微珠保溫砂漿、聚苯板及巖棉板，它們各自具有獨特的優(yōu)點，但也存在不足。下面就作簡要分析：

1）吸水率和收縮值。玻化微珠保溫砂漿與保溫巖棉板、聚苯板相比，吸收率較低。不僅如此，它還克服巖棉板的高吸水率，易受縮、開裂、脫落的缺點，為建筑物墻面質(zhì)量提供了保障。

2）對環(huán)境污染程度。由于玻化微珠相變蓄熱保溫砂漿產(chǎn)生的建筑垃圾是固體且密度較大，因此現(xiàn)場比較容易收集清理，比聚苯板在施工過程中產(chǎn)生的顆粒（白色垃圾）容易收集，對環(huán)境污染程度較小。而巖棉板容易產(chǎn)生粉塵和細(xì)小纖維，既污染空氣又易滋生細(xì)菌。

3）防火性能。玻化微珠保溫砂漿和巖棉板的防火性能比聚苯板強(qiáng)，主要是這兩者皆為無機(jī)保溫材料。而聚苯板具有易燃、防火性能差、高溫下產(chǎn)生有害氣體且易老化等缺點。

4）保溫性能。相比于聚苯板及巖棉板，玻化微珠保溫砂漿的保溫性能較差，而前兩者的保溫性能在同一水平上。

5）原料成本。玻化微珠保溫砂漿的市場平均價為1 000元／m3，A級防火保溫聚苯板類的市場平均價為1 600元／m3，而巖棉板類的市場平均價大約在1 900元／m3。通過比較可知，玻化微珠保溫砂漿的投資成本更低。

3 建筑市場外墻保溫材料的應(yīng)用建議

隨著新形勢的發(fā)展，我國對民用建筑的保溫提出了更高的要求，在此政策導(dǎo)向之下，外墻保溫材料的品種和性能必定會大幅度的增加，要在品種紛繁復(fù)雜的保溫材料市場中尋找適合外墻保溫結(jié)構(gòu)的材料，需要遵循以下幾點原則：

1）保溫材料其導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)盡可能的低。保溫層的平均傳熱系數(shù)一定要滿足設(shè)計的要求，同條件保溫層厚度的情況下，導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫材料，它的保溫性能更好，能夠更好的達(dá)到墻體節(jié)能的效果。

2）保溫材料其成分無論是有機(jī)還是無機(jī)都要具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。特別是外墻外保溫受環(huán)境影響大，保溫材料的化學(xué)穩(wěn)定性越好，其與周圍環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性就越小，對保溫性能的影響就越小。

3）保溫材料應(yīng)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。作為外墻的保溫材料要承受一定的（風(fēng)、雪及灰塵等）荷載，還要承受設(shè)備壓力及外力撞擊，所以要求保溫材料具有一定的強(qiáng)度，以抵抗外力從而保護(hù)墻體結(jié)構(gòu)不受損壞。

4）保溫材料其吸水率不宜過大。保溫材料的吸水率如果過大，在使用中，外界的水必然很容易地進(jìn)入到保溫材料的內(nèi)部，而水的導(dǎo)熱系數(shù)很大，保溫材料吸水后它的導(dǎo)熱系數(shù)也會相應(yīng)增大。而且保溫材料中的含水率如果增大，則會導(dǎo)致保溫材料的結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而降低保溫材料的使用壽命。因此在選用保溫材料時其材料的吸水率盡量的小。

5）保溫材料在使用過程中不應(yīng)有太大的變形，從而保證保溫材料在使用過程中不易損壞，同時保溫材料的選取要達(dá)到設(shè)計的保溫效果和使用壽命。

6）保溫材料要具有一定等級的防火性能，在保障施工方便的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)降低成本。

7）創(chuàng)建科學(xué)的新型保溫材料研發(fā)、應(yīng)用體系及規(guī)范相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)是新型外墻保溫材料行業(yè)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。

［1］M J dela Torre LóPez.P E Sebastián.A Study of the Wall Material in the Alhambra（Granada，Spain）［J］.Cement and Concrete Research，1996（26）：825－827.

［2］宋德萱.節(jié)能建筑設(shè)計與技術(shù)［M］.同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.

［3］胡小媛，許 琳.我國建筑絕熱材料的應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景［J］.保溫材料與節(jié)能技術(shù)，2002（6）：2－4.

［4］趙濟(jì)生，王昌明，生志勇，等.夏熱冬冷地區(qū)外墻內(nèi)保溫技術(shù)的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2009，38（5）：49－50.

［5］中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.外墻內(nèi)保溫建筑構(gòu)造［M］.北京：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院，2003.

［6］馬保國.外墻外保溫技術(shù)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［7］劉玉波.外墻外保溫相對于外墻內(nèi)保溫的優(yōu)勢探討［J］.墻材革新與建筑節(jié)能，2003（5）：37－39.

［8］Lin Haiyan，Qu Nan.Residential Bulding Eenergy Consumption and Building Envelop［A］.China Hangzhou（International）Optimum Human Settlements﹠ Environmentseminar［C］.2003：90－92.

［9］崔啟峰.高層節(jié)能住宅外墻外保溫施工淺談［J］.節(jié)能，2001（6）：86－87.

［10］李曉明.外墻保溫材料的發(fā)展趨勢［J］.建筑節(jié)能，2013（7）：45－47.

Comparative Study on the Performance of Several Kinds of External Wall Thermal in Sulation Material

JIA Gang
（CNTIC International，Wuhan 430070，China）

This paper briefly introduced the current research status of exterior wall thermal insulation material at home and abroad.Some properties test researches were carried out on several common exterior wall thermal insulation material for the domestic market，and their difference on properties were analyzed.Combined with the current new situation of building energy－saving insulation in our country and the test results，we put forward several suggestions on selection for exterior wall thermal insulation material.

building energy conservation； exterior wall thermal insulation material； performance；advice

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.009

2014－02－01.

賈 剛（1958－），工程師.E－mail：jiagang1958＠126.com