外墻保溫材料的性能特點及發展分析

李 像

(江西省建筑材料工業科學研究設計院,江西 南昌 330001)

1 前言

隨著社會的快速發展,大量能源被消耗。我國是能源消耗大國,其中建筑總能耗占全國能耗總量的三分之一。每年我國有160億平方米的新建房屋面積為能源利用率僅33%的高耗能建筑,大力發展保溫節能建筑刻不容緩,其中建筑外墻保溫是建筑節能的重要手段。中國外墻保溫普及率僅為1 成,節能標準顯著落后于發達國家,由此可見,墻體保溫材料未來市場空間廣闊。

2 國內外墻保溫材料的發展現狀及存在問題

2.1 國內外墻保溫材料的發展現狀

我國建筑市場應用的外墻保溫材料主要分為有機保溫材料、無機保溫材料以及在兩者基礎上的復合保溫材料,常見建筑外墻保溫材料如表1。

表1 常見建筑外墻保溫材料分類

從目前我國建筑外墻保溫材料的市場份額來看,聚苯板、聚氨酯占有率分別為70%、10%,無機和酚醛等保溫材料占比20%左右。有機材料的保溫性能優于無機材料,但無機保溫材料的阻燃防火性能優于有機保溫材料,這有助于擴大無機保溫材料的市場份額,特別是近幾年的外墻保溫材料的火宅新聞如央視新臺址火災、上海靜安區教師公寓火災等引起了人們對于保溫材料防火阻燃性能的重視。公安部為此發布公消﹝2011﹞65號文,強制要求民用建筑外保溫材料必須采用燃燒性能為A級的材料。這一政策當時使有機保溫材料市場需求陷入危機,雖然后來國家出臺最新的《建筑設計防火規范》(GB50016-2014)明確防火等級B1和B2也可使用,但也受到條件限制,比如需要增加防火隔離帶。以無機材料為主的A級材料在使用過程中也存在諸多問題無法滿足行業需求,一些性能優異的新型墻體保溫材料不斷出現。

2.2 國內外墻保溫材料行業的存在問題

在近十幾年的外墻保溫材料發展中,外墻保溫材料行業存在以下幾個問題。(1)以現有的生產技術和施工技術,目前常用的保溫材料很難做到同時具備優秀的保溫節能和防火性能,陷入保溫、防火難兩全境地；(2)各種保溫材料魚龍混雜,沒有形成統一的質量標準和監督體系；(3)一些新型保溫材料雖保溫優良性能,但成本較高,不利于推廣。

3 常用傳統外墻保溫材料的性能特點

3.1 有機保溫材料

(1)模塑聚苯乙烯板即EPS板是一種具有微細閉孔結構的泡沫塑料板材,重量輕,導熱系數較低,一般≤0.042W/(m·K),保溫性能好,易加工,施工方便,價格低,是較好的建筑絕熱材料,其主要缺點是防火性能差,一般防火性能即使改性后最高只能達到B1級,如用于高層建筑,一旦發生火災,容易點燃,存在安全隱患[1]。

(2)擠塑聚苯乙烯板(XPS板)是以聚苯乙烯樹脂為原料的連續性閉孔發泡的硬質泡沫塑料,與模塑聚苯乙烯板相比,其保溫性能更佳,導熱系數≤0.03W/(m·K),而且強度、抗水滲透性能都更好,但XPS板的防火性能較差,僅為B2級。

(3)聚氨酯(PU)泡沫板是一種導熱系數更低的保溫材料,其導熱系數可以達到0.022W/(m·K),遠低于傳統的有機保溫材料,保溫隔熱性能好,還具有高抗壓、低吸水率、不透氣、質輕、吸水性低、不易降解等特點。然而,PU是一種可燃材料,燃燒等級為B2級,因此防火性能的缺陷影響了其應用。

EPS、XPS、PU等有機保溫材料保溫效果好,但易燃燒,且燃燒時排放熱量,同時產生有毒煙氣。這些材料一旦點燃,火勢容易蔓延,且被困人員容易吸收毒氣,會造成重大傷亡。隨著北京、上海、沈陽等地發生大火,令當前大量使用的外墻外保溫有機材料的防火弊端暴露出來,引起了政府對保溫材料防火性能的重視[2]。

3.2 無機保溫材料

(1) 巖棉板是經過高溫融熔加工成的人工無機纖維板,導熱系數≤0.044W/(m·K),導熱系數小、具有質量輕、吸熱、不燃的特點。巖棉板作為A級防火材料,在歐洲高層建筑中被廣泛使用,但在國內建筑保溫市場份額不大,主要是因為國內生產的巖棉制品質量不過關,主要表現在酸度系數偏低(最好1.8以上),抗拉強度偏低。這與國內巖棉生產廠家的原材料、生產工藝水平相關,首先真正使用優質玄武巖的不多,摻加過多的礦渣影響了纖維的質量, 其次生產工藝落后,用先進的擺錘法生產工藝很少[3]。歐洲巖棉制品標準對酸度系數、質量吸濕率、抗拉強度、短期吸水量等性能的要求優于國內現有標準[4]。由于多數國產巖棉質量抗拉強度低,憎水性差,應用于外墻保溫中容易形成空腔、粉化、造成脫落等現象,不但達不到保溫效果,還會造成安全隱患。2017年12月河南省開封市為此下文限制使用巖棉板薄抹灰外墻外保溫系統。

(2)玻化微珠是一種酸性玻璃質熔巖礦物質,經過電爐高溫1300度膨脹等特種技術處理和生產工藝加工形成內部多孔空腔結構、表面玻化封閉、呈球體狀,其理化性能十分穩定,耐老化耐候性強,具有質輕、絕熱、防火(燃燒性能為A級)、耐高低溫、抗老化、吸水率小等優異特性。缺點是導熱系數較高,保溫效果較其他材料沒有優勢,而且施工周期長。

4 新型外墻保溫材料

(1)酚醛樹脂板作為建筑節能保溫材料,由于閉孔率高而使得導熱系數低,僅為0.023W/(m·K),保溫隔熱效果好、防水透氣、粘結性良好剛性大、抗剝離強度高、無毒無味無害,無刺激性等優點。另外改性后的酚醛樹脂的防火等級可以達到A級,但會增加成本,其缺點是整體的粘結性不好,抗壓抗折能力極低、系統易開裂,高濕下體積穩定性差。

(2)真空絕熱板(VIP板)是以芯材和吸氣劑為填充材料,使用復合阻氣膜作為包裹材料,經抽真空、封裝等工藝制成的建筑保溫用板狀材料。芯材是由纖維狀、粉狀無機輕質材料組成的。真空絕熱板可有效地避免空氣對流引起的熱傳遞,因此導熱系數可大幅度降低,可低至0.005W/(m·K),具有環保和高效節能的特性,耐火等級為A級,使用壽命可與建筑物同壽命,是目前世界上最先進的高效保溫材料。此材料缺點水蒸氣滲透系數較低,施工需特別注意以防真空破壞,另一個是板材平整度、垂直度不高,極易被破壞。

(3)泡沫玻璃是由碎玻璃、發泡劑、改性添加劑和發泡促進劑等,經過細粉碎和均勻混合后,再經過高溫熔化,發泡、退火而制成的無機非金屬玻璃材料。泡沫玻璃是一種性能優越的絕熱(保冷)、吸聲、防潮、防火的輕質高強建筑材料和裝飾材料,使用溫度范圍為零下196度到450度,A級不燃,與建筑物同壽命,透濕系數幾乎為0。泡沫玻璃以其永久性、安全性、高可靠性在低熱絕緣、防潮工程、吸聲等領域占據著越來越重要的地位。它的生產是廢棄固體材料再利用,是保護環境并獲得豐厚經濟利益的范例,被用戶稱之為綠色環保型絕熱材料。缺點是材料自身較脆,自身膨脹內應力強大,生產過程中會形成氣泡缺陷,成品率和切材率沒保障。

(4)發泡水泥保溫板也叫泡沫混凝土保溫板,是以水泥、發泡劑、摻合料、增強纖維及外加劑等原料經化學發泡方式制成的輕質多孔水泥板材。發泡水泥保溫板具有質輕、防火隔熱性、耐震型、隔音性、抗壓強度強、使用壽命高,無毒無害、施工方便等特點。發泡水泥保溫板完全能解決冷熱橋對外墻保溫性能的影響,由于與基層墻體牢固結合,保證了外保溫層的穩定性,不存在其它外保溫材料面層出現的疏松、空鼓現象。在抗風壓、自重以及正常碰撞等內、外力相結合的負載,保溫層不致于基底分離、脫落。

(5)保溫裝飾一體板是由粘結層、保溫裝飾成品板、錨固件、密封材料等組成,它是一種融裝飾、節能、防火、防水、環保為一體的一種新型建材。其特點就是把傳統的必須在現場離散技術生產的工藝部分在工廠完成,具有質量批次穩定,產能提升,不受施工環境影響,適用性廣等優點。節能環保、適用性廣、未來還有很大的發展潛力和市場前景。基于目前的生產技術和工藝, 保溫裝飾一體板造價較高,施工構造方法復雜,產品單一,裝飾效果少。

5 結論與展望

外墻保溫材料和建筑節能行業正處在快速發展的時期,近五年來,環保新型外墻保溫材料,尤其是新型外墻保溫材料的產值以每年約20%的速度發展。傳統高能耗建材逐漸被新型建材替代,逐漸淡出市場,新型建筑節能保溫材料將迎來極佳的發展機遇。從“十三五”開始外墻保溫材料將進入快速發展高峰階段,隨著政策扶持及人們環保意識的提高,也不斷加速行業向“五性五化”即系統“保溫性、裝飾性、安全性、經濟性、耐久性”,產品 “工業化、規范化、多樣化、綠色化、智能化”高品質配套發展。