新型飾面無砂大孔無機外墻保溫系統研究綜述

■張方財，翟翼翀，張志平，王會新 ■北京建筑大學綠色建筑與節能技術北京市重點實驗室，北京 100044

伴隨著我國經濟的不斷快速發展，我們所面臨的能源以及環境問題日益嚴重。在這種背景下，我國建筑業采取了各種節能環保措施，北京市最早是在1994年提出推行建筑業節能要求的城市，在2006年又提出了一些列的建筑節能政策，以期可以早日和國際標準接軌［1］。在北京的推動作用和示范作用下，我國的大部分地區也已經將建筑節能要求納入到建筑政策范圍，標志著對建筑節能的認識和應用進入新階段［2］。

在我國建筑能耗連同圍護結構材料生產能耗已超過全國能源消耗總量的27.6%，并將隨著人民生活水平的提高逐步增加到33%以上;在400億平方米的城鄉既有建筑中，高能耗建筑占95%以上［3］。我國單位建筑面積能耗是氣候相近的發達國家的3～5倍，而資源占有量不到世界平均水平的1/5。在20世紀后期，我國的經濟發展一直是以高能耗的粗放型增長模式，缺乏建筑熱工和建筑節能方面的研究和相關標準，對保溫節能方面不夠重視，一味的強調降低建筑造價，造成建筑保溫隔熱性差、用能效率低，極大的浪費了可利用能源［4］。目前，建筑節能成為各種節能途徑中潛力最大的方式，這也是緩解能源緊張、解決能源供需矛盾最有效的措施之一［5］。伴隨著建筑節能在節能減排中的比重逐漸增大，建筑節能材料與技術的深入研究成為了迫在眉睫的課題。

1 國內墻體保溫系統的應用和研究

1．1 研究現狀

墻體、門窗保溫是建筑節能的重要環節，建筑圍護結構節能技術是世界各國建筑節能研究的重要方向之一［6］。發展高性能建筑圍護結構保溫材料、制品及其系統是實現建筑節能的關鍵。近幾年來，墻外保溫系統在我國北方的傳統采暖區得到了迅猛發展，保溫隔熱材料根據其構成大體可分為兩類，即無機保溫材料和有機保溫材料［7］。

墻體保溫作為建筑節能的重要組成部分，選擇合適的保溫材料和運用恰當的節能施工技術對節能保溫的效果，建筑物的安全、質量等多方面都起著至關重要的作用［8］。當前，外墻外保溫的做法是普遍采用外墻粘貼保溫系統和外墻外保溫砂漿保溫系統兩種做法，其中，保溫砂漿又多以膠粉聚苯顆粒保溫砂漿和膨脹玻化微珠保溫漿料為主［9］。通過實踐，發現采用保溫并非是最好的保溫方法，漿料中的膠粉聚苯顆粒保溫砂漿也存在著許多難以克服的缺陷，現將上述幾種保溫材料與做法加以比較［10］。

表1 幾種常見的保溫體系墻體材料的特點

1．2 應用現狀

由于近年來，南京中環國際廣場、哈爾濱經緯360度雙子星大廈、濟南奧體中心、北京央視新址附屬文化中心、上海膠州教師公寓、沈陽皇朝萬鑫大廈等相繼發生建筑外保溫材料火災，造成嚴重人員傷亡和財產損失，建筑易燃可燃外保溫材料已成為一類新的火災隱患，由此引發的火災已呈多發勢頭［11］。中華人民共和國公安部公消［2011］65號《關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防建筑管理有關要求的通知》規定民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料，使得有機保溫材料因易燃、有毒煙氣等問題，已經開始遠離中國的建筑［12］。因此，無機保溫材料的大量推廣成為發展的必然。

2 目前出現的主要問題

玻化微珠內部孔隙的密閉化。部分玻化微珠并不是封閉孔，導致玻化微珠的吸水率過高，影響其導熱系數，因此首先必須通過特殊方法完成玻化微珠表面的高強度密封。

無砂大孔無機保溫系統中大孔的相互隔離。無砂大孔的透氣、透水性容易實現，但要實現保溫隔熱，需要的是閉口孔。簡單的通過水泥凈漿等材料的隔離容易導致大孔的堵塞，難以起到保溫隔熱作用。

無砂大孔保溫層與裝飾材料的界面。不同材料間的界面總是復合材料的薄弱區，薄弱區的粘結情況將會直接決定整個無砂大孔保溫體系的強度以及使用的耐久性，目前來說還沒有一個比較良好的解決辦法。

3 相對應的解決措施

解決相關問題的思路來源于無砂大孔水泥混凝土和動物骨骼的構造。借鑒北京建工集團完成北京奧運體育場館廣場高強度大孔混凝土問題的解決方法。通過特殊的配比和成型方式可以解決大孔保溫板的高強度問題。

3．1 保溫原理及材料選擇

無論是有機還是無機材料，隔熱性能優異的建筑外墻保溫材料其原理都是通過較多較大的密閉孔隙來阻隔熱量的傳遞。因為空氣是熱的不良導體，密閉孔隙多的材料自然成為保溫隔熱材料的首選。但有機材料的易燃、毒煙及難耐久的缺陷極大的阻礙了它的應用，無機保溫材料的發展是大勢所趨。

玻化微珠保溫砂漿大范圍的應用廣受歡迎，正體現了無機保溫材料的優越性。玻化微珠以其良好的隔熱性能和相對低廉的價格也成為了無機保溫材料的首選。然而現有的玻化微珠保溫砂漿的不足之處在于水泥、砂的導熱系數都很大，它們填充在玻化微珠的空隙間形成了無數熱橋，大大降低了玻化微珠的隔熱性能。選材時不使用砂，僅用玻化微珠做骨料，通過特殊方式成型的無砂大孔保溫層的隔熱性能毫無疑問會明顯優于現有保溫砂漿。

3．2 大孔問題解決方法

現有保溫砂漿只是利用了玻化微珠內部密閉的孔隙來隔熱，玻化微珠顆粒間的大空隙卻被填塞未能利用。對此問題有以完整的解決思路，即先將玻化微珠制成粒徑5mm左右的表面密閉的球狀顆粒，然后在其表面涂抹薄層膠凝材料，既能使玻化微珠顆粒緊密的相互粘接又不會讓顆粒間的空隙被填塞。正如成型的米花糖，米粒之間能緊密粘接但又存在很大的空隙。

將玻化微珠制成較大的球狀顆粒不僅解決了大孔問題，還能降低玻化微珠的吸水率、提高抗壓強度，極大的提高材料的施工性能。玻化微珠顆粒表面密閉，吸水率自然會比原來表面不完全封閉的玻化微珠小，這毫無疑問。而顆粒表面的高強密封膜之所以能大大提高玻化微珠的強度，得益于其封閉的球狀薄殼結構。正如雞蛋殼，材料本身的強度并不高，但其封閉的卵形薄殼結構卻能使雞蛋有相當大的抗壓強度。

3．3 密閉問題解決方法

球狀玻化微珠顆粒存在大孔，但以開口孔為主，且顆粒間的空隙是相互連通的不利于隔熱，需要解決。玻化微珠顆粒在分層抹到墻上時可以在每層間鋪設玻纖襯布，將每層顆粒間的空隙完全隔開。但這還不夠，各層玻化微珠顆粒間的空隙依然連通，空氣還有很大流動空間。可以在各層玻化微珠顆粒抹到墻上前先在墻上鋪設分隔網，正如水磨石地面的玻璃條分隔網一樣。這樣各層玻化微珠顆粒都被分成了相互獨立的小塊，再加上各層間的分隔玻纖襯布就使每個玻化微珠顆粒小塊都成了表面密閉相互獨立的保溫結構［13］。

分隔結構不僅解決了玻化微珠顆粒間空隙的密閉問題，玻纖襯布的加入還能顯著提高保溫層的抗拉、抗折強度，提高了材料的耐久性。這種通過特殊方式成型的隔熱保溫系統在最大程度上實現了保溫材料密閉大孔的要求，其保溫性能將與現有的保溫砂漿不可同日而語。

玻化微珠無砂大孔保溫層。借用并發展無砂大孔混凝土的配制技術，將無砂大孔混凝土的透水性能演變為相互隔離的封閉空間，減少了現有保溫砂漿的大量熱橋，其保溫隔熱性能明顯優于現有保溫砂漿。

4 飾面復合無機保溫系統應用模擬

先用高強膠凝材料將玻化微珠表面密封，制成粒徑1～5mm的玻化微珠顆粒。然后將它們制成多層保溫板，每層之間用玻纖襯布分隔。最后是現場鋪設，鋪完后用絕熱材料嵌縫，實現縱橫方向的分隔。這是保溫系統的剖面圖，每一小塊保溫板都處于密閉的空間內，實現了大孔的密封，酷似烏賊的骨骼構造。下圖1－2給出了保溫系統結構模擬圖以及保溫板外墻裝飾效果圖。它可以定制多種飾面效果，滿足建筑飾面效果多樣化的需要。飾面復合保溫系統為工廠化生產，已有產品為飾面復合聚苯保溫系統，該產品因使用高分子材料將逐步被市場所遺忘。飾面復合無機保溫系統同樣為工廠化生產產品，與現場生產的保溫產品的最大優勢是可保證產品的優異性能。各項技術指標高于國家標準 GB/T20473－2006。

圖1 保溫板剖面圖

5 結論

圖2 保溫板外墻裝飾效果圖

飾面無砂大孔無機外墻保溫系統主要就是針對當前的無機保溫系統當中出現的隔熱性能差，利用封閉的小孔對其隔熱性能進行改善，同時通過對飾面復合保溫系統進行了重新設計，有效的提高整個系統的保溫能力。借鑒了透水混凝土設計的相關理念，通過原材料優選以及成型工藝的設計有效解決了封閉大孔的形成問題，使得飾面無砂大孔無機外墻保溫系統的力學性能也得到了改善。

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［4］徐春桃，謝竹雯，林潔．關于玻化微珠保溫砂漿推廣應用的探討與分析［J］．福建建材，2010(02)．

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［6］柯國生．探討玻化微珠外墻外保溫施工質量控制［J］．福建工程學院學報，2010(06)．

［7］李珠，岳俊峰，王澤，石峰．玻化微珠保溫砂漿在建筑保溫節能與抗震加固一體化中的應用［J］．上海建材，2009(02)．

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［12］中華人民共和國公安部［2011］65號《關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防建筑管理有關要求的通知》．2011．

［13］張澤平，李建宇，楊曉晶，李珠．玻化微珠保溫砂漿系統的設計與應用研究［J］．混凝土與水泥制品，2008(03)．