裝配式建筑用外墻保溫材料

周麗紅（西安墻體材料研究設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710061）

2020年我國(guó)裝配式建筑占全國(guó)新開工裝配式建筑共計(jì)6.3億m2，較2019年增長(zhǎng)50%，占新建建筑面積的比例約為20.5%。裝配式建筑具有工程質(zhì)量規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)效率高、施工速度快、優(yōu)節(jié)省資源和能源、有利于環(huán)境等優(yōu)勢(shì)。

裝配式建筑是由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外圍護(hù)系統(tǒng)、設(shè)備管線系統(tǒng)和內(nèi)裝系統(tǒng)四個(gè)系統(tǒng)集成的整體。裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，而目前制約裝配式建筑發(fā)展的關(guān)鍵在于裝配式建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的發(fā)展。建筑外墻熱損失約占建筑總能耗的32.1%~36.2%，提高建筑物外墻系統(tǒng)的保溫隔熱性能，能夠有效減少建筑物的熱量損失，降低建筑使用能耗，提高居住舒適度。建筑外墻主體材料以及保溫材料（簡(jiǎn)稱外墻系統(tǒng)）除了應(yīng)滿足保溫隔熱性能的要求，還應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)安全性、防火性能及耐久性等方面的要求。對(duì)于裝配式建筑外墻及其保溫材料尚應(yīng)滿足工業(yè)化生產(chǎn)以及裝配化施工等的技術(shù)要求。

目前我國(guó)應(yīng)用于裝配式建筑的外墻體系及其保溫材料種類較少，且現(xiàn)有的外墻體系及其保溫材料在應(yīng)用中存在不少問題。本文主要介紹建筑外墻保溫材料種類及其性能，裝配式建筑的外墻保溫體系，提出了裝配式建筑外墻保溫材料選用要求。

1 建筑外墻的保溫材料種類及其性能

外墻保溫材料分為無機(jī)保溫材料和有機(jī)保溫材料。無機(jī)保溫材料主要是巖棉、玻璃棉、真空絕熱板、復(fù)合硅酸鹽保溫材料、保溫砂漿、硅酸鹽保溫材料、陶瓷保溫材料及發(fā)泡混凝土保溫材料等。有機(jī)保溫材料應(yīng)用較多的是XPS、EPS、硬泡聚氨酯噴涂、硬泡聚氨酯保溫板等。影響保溫材料性能的主要因素有材料強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、燃燒性能、耐久性能、吸水率和憎水性等。外墻用無機(jī)保溫和有機(jī)保溫材料主要性能見表1、表2。

表1 外墻用有機(jī)保溫材料主要性能指標(biāo)

表2 外墻用無機(jī)保溫材料主要性能指標(biāo)

有機(jī)保溫材料和無機(jī)保溫材料的主要區(qū)別是，無機(jī)保溫材料為A級(jí)不燃燒，而有機(jī)保溫材料燃燒性能為B1或B2級(jí)；無機(jī)保溫材料的耐久性能好，而有機(jī)保溫材料的壽命相對(duì)短且影響因素較多。《外墻外保溫工程技術(shù)規(guī)程》JGJ144-2017規(guī)定，在正常使用和正常維護(hù)條件下，外墻外保溫工程的使用年限不應(yīng)少于25年。德國(guó)、美國(guó)等的外墻外保溫使用年限均超過25年，但到了25年后即進(jìn)入高關(guān)注時(shí)期，需要整體提升改造。在我國(guó)，部分建筑由于材料及施工質(zhì)量原因，導(dǎo)致不少外墻外保溫工程的使用壽命達(dá)不到25年，外保溫的使用年限在10~15年之間。

2 裝配式建筑外墻保溫體系

裝配式建筑外墻保溫，按照結(jié)構(gòu)形式分外墻外保溫、外墻夾心保溫、外墻內(nèi)保溫及自保溫四種。裝配式建筑外墻保溫體系主要有預(yù)制混凝土外掛墻板（包括夾心保溫和外保溫）、輕鋼龍骨復(fù)合墻板、蒸壓加氣混凝土墻板、保溫裝飾一體化復(fù)合墻板、陶粒輕質(zhì)混凝土條板、發(fā)泡陶瓷輕質(zhì)復(fù)合條板、夾心輕質(zhì)復(fù)合條板及其他輕質(zhì)復(fù)合條板體系等。

2.1 預(yù)制混凝土外掛墻板系統(tǒng)

預(yù)制混凝土外掛墻板系統(tǒng)是安裝在主體結(jié)構(gòu)上，由預(yù)制混凝土外掛墻板、墻板與主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)、防水密封構(gòu)造、外飾面材料等組成，具有規(guī)定的承載能力、變形能力、適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)位移能力、防水能力、防火性能，起圍護(hù)和裝飾作用的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。預(yù)制混凝土外掛墻板是應(yīng)用于外掛墻板系統(tǒng)中的非結(jié)構(gòu)預(yù)制混凝土構(gòu)件。外掛墻板包括預(yù)制混凝土夾心保溫外掛墻板、預(yù)制混凝土外保溫外掛墻板和內(nèi)保溫外掛墻板。

預(yù)制混凝土外保溫墻板的保溫材料可以選用擠塑聚苯、模塑聚苯、玻璃棉、巖棉、聚氨酯等保溫材料；預(yù)制混凝土夾心墻板可采用聚苯乙烯、硬泡聚氨酯、酚醛泡沫板、巖棉板、水泥基泡沫板和泡沫玻璃板等作為夾心保溫層，夾心保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)不宜大于0.04W/(m·K)，體積吸水率不宜大于0.3%，燃燒性能等級(jí)不低于B2級(jí)。

2.2 蒸壓混凝土墻板體系

蒸壓加氣混凝土墻板是在蒸壓加氣混凝土內(nèi)配置經(jīng)防銹處理的鋼筋網(wǎng)片的板材，可分為外墻板和內(nèi)墻板。單一蒸壓加氣混凝土外墻體的熱工性能能夠滿足夏熱冬冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)建筑外墻要求。但一般不能滿足嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)75%建筑節(jié)能要求的大部分外墻性能要求。

在嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)，300mm厚單一B05蒸壓加氣混凝土墻體的傳熱阻約為2.03（m2·K/W），傳熱系數(shù)為0.49W/(m·K)；250mm厚單一B05蒸壓加氣混凝土墻體的傳熱阻為1.71（m2·K/W），傳熱系數(shù)為0.58W/(m2·K)；按照《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ26的要求，不同類別的嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)的9層及以上建筑，要求外墻傳熱系數(shù)分別小于0.5W/(m2·K)、0.55W/(m2·K)、0.6W/(m2·K)、0.7W/(m2·K)。可見，單一蒸壓加氣混凝土墻體僅可以滿足9層以上建筑外墻75%節(jié)能要求，而對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)9層以下的建筑，一般300mm厚的蒸壓加氣混凝土不能滿足建筑節(jié)能的要求，趨向于采用蒸壓加氣混凝土復(fù)合墻體。對(duì)嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)宜采用蒸壓加氣混凝土外墻板與透氣性無機(jī)保溫裝飾一體化板材的保溫墻體。

另外，隨著建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展和要求的提高，從建筑節(jié)能30%、50%、65%、75%及65%~75%以上的近零能耗建筑和零能耗建筑，降低建筑能耗和碳排放是建筑發(fā)展重要的方向。對(duì)于蒸壓加氣混凝土單一墻板體系的近零能耗建筑和零能耗建筑，是不能滿足建筑節(jié)能對(duì)建筑外墻體的要求，因此應(yīng)采用蒸壓加氣混凝土墻板與保溫材料的復(fù)合墻體體系，相應(yīng)的保溫材料宜選用真空絕熱板、XPS、EPS以及發(fā)泡混凝土等。

2.3 保溫裝飾一體化墻板體系

保溫裝飾板一體化墻板是指在工廠預(yù)制成型的板狀制品，由保溫材料、裝飾面板以及膠粘劑、連接件復(fù)合而成，具有保溫和裝飾功能。保溫裝飾板外墻外保溫系統(tǒng)由保溫裝飾板、膠粘劑、錨固件、嵌縫材料和密封膠等組成，置于建筑物外墻外側(cè)，與基層墻體采用粘結(jié)和錨固方式施工的非承重保溫構(gòu)造，還包括必要時(shí)采用的承托件、防火構(gòu)造等。

保溫裝飾一體化板的保溫材料可以是真空絕熱板、氣凝膠、無機(jī)發(fā)泡陶瓷保溫、泡沫水泥材料等A級(jí)燃燒等級(jí)的保溫材料，也可以是聚苯板EPS、石墨聚苯板、熱固型改性聚苯板、豎絲復(fù)合巖棉板、聚氨酯板等B1級(jí)的保溫材料。裝飾面板由無機(jī)非金屬材料襯板及裝飾材料組成，也可為單一無機(jī)非金屬材料。B1級(jí)保溫材料的應(yīng)用應(yīng)符合防火規(guī)范、地方相關(guān)規(guī)定以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。保溫裝飾一體板因過去的使用過程中存在系統(tǒng)耐久性和安全性等的問題，不少地區(qū)現(xiàn)已發(fā)布相關(guān)規(guī)定和文件，根據(jù)不同建筑類型對(duì)保溫裝飾一體化板材進(jìn)行限制性使用。

2.4 輕鋼龍骨復(fù)合墻板體系

輕鋼龍骨式復(fù)合墻體，由輕鋼龍骨、保溫和隔熱內(nèi)填材料、兩側(cè)覆面板構(gòu)成，在工廠生產(chǎn)的建筑用承重或非承重的墻體。輕鋼龍骨復(fù)合墻板體系主要有以下2種，其優(yōu)勢(shì)是墻體體系的防火性能好、保溫性能好，好裝配化程度高及施工快。

第一種是薄壁輕鋼龍骨中間填充玻璃棉等保溫材料，兩側(cè)以石膏板為面板的復(fù)合墻體體系，根據(jù)不同地區(qū)建筑節(jié)能要求，墻體外側(cè)或墻體內(nèi)側(cè)可再?gòu)?fù)合其他保溫材料，這種墻體體系發(fā)展成熟，在北美國(guó)家應(yīng)用較多，我國(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)墻體也應(yīng)用較多。

第二種是現(xiàn)澆泡沫混凝土輕鋼龍骨復(fù)合墻體體系，以輕鋼龍骨為支撐，以固定在輕鋼龍骨上的纖維增強(qiáng)水泥板為面板，面板也可以是其他的板材，中間現(xiàn)澆泡沫混凝土的復(fù)合墻體。現(xiàn)澆泡沫混凝土輕鋼龍骨復(fù)合墻體可用于建筑外墻和建筑隔墻。現(xiàn)澆的墻體可以在工廠預(yù)制，也可以現(xiàn)場(chǎng)施工，比較靈活。這種墻體體系多用于低層和多層鋼結(jié)構(gòu)建筑的內(nèi)外墻體。

3 裝配式建筑外墻保溫材料選用要求

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特征及要求，確定外墻保溫體系類型，外圍護(hù)墻體體系首先應(yīng)當(dāng)滿足抗震、風(fēng)荷載以及自重荷載下的承載力要求及耐撞擊性能等要求。裝配式建筑外墻可選用預(yù)制夾心保溫外墻體系、預(yù)制混凝土外掛墻體體系、保溫裝飾一體墻體體系、蒸壓加氣混凝土墻體體系以及輕鋼龍骨復(fù)合墻板體系等，符合裝配式建筑要求的外墻體體系。

不同建筑和外墻體系對(duì)防火的要求不同，保溫材料應(yīng)符合建筑所在地區(qū)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014及當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)文件通知要求。

根據(jù)建筑節(jié)能要求，選用保溫材料種類及厚度。近年，隨著建筑節(jié)能及綠色建筑要求的提高，對(duì)建筑外圍護(hù)體系的要求也不斷提高，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫層厚度相應(yīng)增加，如近零能耗建筑對(duì)外墻保溫的要求相當(dāng)于從現(xiàn)在60mm~80mm提高到200mm以上，這給外墻外保溫體系及保溫材料的要求帶來了巨大的挑戰(zhàn)。保溫材料應(yīng)與外墻保溫系統(tǒng)的使用年限要求匹配，考慮保溫材料的耐久性是否滿足要求，以及與保溫材料有關(guān)的后期維護(hù)問題。