浅谈现代建筑外墙保温技术发展

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　　摘 要：目前外墙外保温主要有胶粉聚苯颗粒浆料、聚苯板和聚氨酯硬泡薄抹灰体系，它们均存在一些突出问题．尤其是耐久性颇受质疑。无机保温材料包括无机保温砂浆应当取代聚苯板、聚氨酯硬泡薄抹灰，成为建筑节能的主要保温材料。自保温墙体的研发应尽早开展。
　　关键词：建筑节能；墙体保温
　　随着改革开放的发展，城市建设日新月异，建筑节能技术应用越来越普遍，建筑节能的基本要求是保温隔热，其主要部位是外墙，其次是门窗和屋面。一般建筑物外墙传热面积占建筑物总传热面积的60％以上，通过外墙造成的热量损失占建筑物总热量损失的23％-34％。与外墙相比，门窗、屋面的保温隔热问题较易解决，难点集中于外墙外保温体系。目前国内推广的外墙外保温体系主要有胶粉聚苯颗粒保温浆料、聚苯板(包括挤塑型)及聚氨酯硬泡薄抹灰保温体系等。这些体系在推广应用中尽管取得了较好效果，并且在不断地改进完善，但反映的问题仍不少。主要在于对裂缝、安全和耐久性的担忧，尤其是耐久性备受质疑。外墙外保温材料及保温隔热体系如何发展，方向是什么，已引起业界的普遍关注。
　　1、目前三种外墙外保温体系的主要问题
　　目前广为推行的三种外墙外保温体系是由墙体结构层、保温层、保护层和饰面层四部分构成的。保温材料是外墙外保温体系的核心，其主要功能是保温隔热，几种体系的主要区别是使用不同的保温材料。聚苯板、挤塑板和聚氨酯硬泡属有机保温材料。而胶粉聚苯颗粒浆料则属无机与有机复合材料。由于聚苯板、挤塑板和胶粉聚苯颗粒保温材料本身的物理化学性能有一定的区别，反映出的主要问题有裂缝、安全和耐久性问题，只是程度不同而已。
　　1.1 裂缝问题
　　裂缝是一个普遍的问题，其起因是外墙暴露在大气中，温度变形难以避免。例如聚苯板薄抹灰保护层仅为厚3 mm的聚合物抗裂砂浆复合网格布，膨胀聚苯板的导热系数为0．042 Wl(m•K1，而聚合物抗裂砂浆的导热系数为0．932 W／(m•K)，这两种材料的导热系数相差22倍多。夏季太阳直射的外墙面，表面温度通常可达50～70℃，由于聚苯板保温隔热层的热阻很大，使其保护层的热量不易通过传导扩散，如遇下雨或气温降至15℃左右，则温降可达35～55cI=，此种温差变化是抗裂砂浆保护层难以适应的。同时，聚苯板保温层的温度超过70℃时，将产生不可逆的收缩变形，可导致开裂。还有，这种体系使用于多层及高层建筑外墙。风荷载的长期反复作用是不利因素。聚苯板薄抹灰体系中聚苯板通常是以点粘的方式铺设在结构层上的。粘结面积仅40％，即有60％的面积为空腔。在这种体系中，背风面墙体将产生负风压。由于体系存在空腔．负风压产生的破坏作用是造成保温墙面产生裂缝的主要因素之一，严重时可致局部或全部墙面脱落。
　　1.2 安全性问题
　　安全性问题指两个方面，一是聚苯板和玻璃纤维网格布均为有机化合物，属易燃体，聚氨酯硬泡无防火性能。虽然目前出现了一些具有阻燃性的聚苯板和聚氨酯硬泡，但均未达到难燃材料等级，其防火性能仍然未从根本上解决。二是此种墙体饰面层目前多采用瓷砖， 由于瓷砖每平方米的重量约35KG, 易出现脱落现象，为此，上海、大连等城市早在2006年即明文规定在多层和高层建筑中不得采用瓷砖外饰面，而提出推广涂料饰面方案。有人认为，提高瓷砖与保护层的粘结强度，即把垂直拉伸粘结强度提高至0．4 MPa，即可不必担心瓷砖脱落，这种看法也是不可靠的，因为瓷砖在墙面的温度变形(主要产生于平行墙面的剪切应力)作用下。会导致松动甚至脱落。
　　1.3 耐久性问题
　　当前外墙外保温体系的耐久性是业界最为关注和担心的问题。在我国，一般居住和公共建筑的寿命均在70―100年范围内，而目前推行的这几种外墙外保温体系，有关标准规范明确要求，使用年限不少于25年。有关资料介绍欧洲国家类似的外墙外保温体系已有30年的使用历史，至今仍基本完好。但我国情况不同，发达国家居住建筑多为低层和多层，而我国现今城市居住建筑多为小高层、高层或超高层，若25年就必须对外墙外保温体系进行维修或者全部更换，将是一项消耗资源和财力的巨大工程，现在就应当预见到这个问题。要认识到用于外墙外保温的聚苯乙烯泡沫塑料，其本身易老化和粉化，在自然条件下，粉化会加剧，即耐久性不足是其固有的缺点。另外。这类保温材料均属以石油为原料的产品，在石油资源日益短缺的情况下，以此作为大宗外墙外保温材料，必将受到制约。
　　根据国内外在墙体外保温体系方面的发展和出现的问题，可以说发展无机保温材料尤其是无机保温砂浆以及自保温墙体是新的方向。 ，
　　2、无机保温砂浆
　　无机保温砂浆是目前市场上的一种新型保温材料，其主要技术特点如下。
　　 (1)强度高，尤其是与基层粘结良好，不易产生裂缝和空鼓，不必用锚栓与墙体拉结。
　　 (2)由纯无机材料制成，化学稳定性优异，不存在老化问题，且具有良好的防水阻燃性能，可与建筑墙体同寿命。
　　 (3)便于施工，适用范围广。可以做外墙外保温，亦可做外墙内保温或者实施外墙内外组合保温以及作为屋面、楼地面保温层等。
　　 (4)综合造价低。根据2007年福建完成的一项3.3万m2多层住宅楼外墙内保温工程的计算，与挤塑聚苯板体系相比，使用复合硅酸盐无机保温砂浆体系可节约资金26元／m2，即综合成本约可降低40％。
　　2.1 胶粉聚苯颗粒浆料
　　聚苯颗粒作为细骨料是有机物，胶粉主要成分为无机物，实际上这种保温砂浆属无机与有机物的复合体，我国广大地区都有应用，尤其是江浙等华东地区，这种外墙外保温体系的市场份额高达60％。
　　胶粉聚苯颗粒的优点是保温层与墙体容易粘结，其保温隔热效果与耐久性均较好，施工简便，工程造价低，一般不易出现大面积龟裂、空鼓脱落等问题，技术上是可行的，易于推广。缺点是保温效果除取决于配方外，在很大的程度上还取决于施工质量。为达到节能65％的要求，保温层的厚度需50―80 mm，JGJ144―2004规程限制其厚度不大于100mm。另外，其防火性较差，所以该体系不太理想。
　　尽管有上述缺点，但聚苯颗粒作为工业废料得以利用，仍具有相当的生命力。现在国内正在采取各种措施对聚苯颗粒进行改性，使其具有亲水性，增大与胶粉的粘结性，从而提高这种保温砂浆的强度和耐久性。近年在一些冬冷夏热地区，以此种保温砂浆质量不易保证为由，限制其应用于外墙外保温工程，其理由是不充分的。因为聚苯板薄抹灰等体系也存在施工质量难保证的问题。与聚苯板保温材料相比，胶粉聚苯颗粒保温砂浆在强度，尤其是粘结强度和防水、耐久性方面确实具有一定优势。
　　2.2 胶粉玻化微珠保温砂浆
　　玻化微珠属无机保温骨料，它是经烧制加工而成的，粒度0.5～1.5 mm，干密度80―130 kg／m ，耐火度l 280―1 360℃ ，使用温度l 000~C以下，防火性能按GB8624―1997《建筑材料燃烧性能分级方法》规定，属不燃材料(A级)，现已进入工程应用。胶粉玻化微珠保温砂浆的耐候、环保和防火性能优于其他保温材料，具有优良的保温隔热性能。目前国内企业可生产0.1～5 mm不同规格粒径、表观密度45～800 kg／m 的玻化微珠。工程应用表明，30 mm厚的玻化微珠保温砂浆的保温效果即可达到节能50％的要求。玻化微珠保温砂浆体系适用于多层及高层建筑外墙外保温及内保温抹灰工程，对当今各类既有建筑物的保温改造工程也很适用。

　　2.3 复合硅酸盐保温砂浆
　　这是国内近期研发的一种新型无机复合保温砂浆，主要由无机胶结料、硅酸铝、矿物填料、增强增粘组分以及轻骨料如玻化微珠、陶砂等配制而成，可用于外墙内外保温体系。该保温砂浆在加水拌合硬化后。能够形成三维八面体封闭微孔网状结构，具有弹性，且不开裂，不粉化，导热系数小，保温层薄，与基层墙体粘结强度高，使用温度范围在-40～80℃C，属于不燃体。抗冻性优异，-40℃条件下循环20次无脱皮现象，防水，耐酸碱，易施工。由于具有弹性，亦可用于有振动的设备保温。
　　2.4 稀土保温砂浆
　　该保温砂浆由FBT(稀土)、矿棉和玻化微珠作为轻质保温隔热骨料配制而成，干密度410―600kg／m，导热系数0.065 ～0.085 W／(m•K)，特点是与基层粘结强度高，不易变形及抗冲击性能良好，适用温度为-25～65℃。由于导热系数小，节能效果突出，并可解决传统保温材料易造成冷桥、能量散失快、导热系数衰减等问题，不仅可用于建筑外墙内外保温工程，且可用于工业设备的保温隔热。由于成本较高，尚未见用于外墙保温工程的报道。
　　常用的三种保温砂浆性能指标比较见表1
　　表1 三种保温砂浆性能指标比较
　　
　　
　　
　　3、无机保温砂浆体系和自保温墙体评介
　　作为使用量大面广的外墙外保温材料，其本身的节能环保状况备受关注。到目前为止，聚苯板薄抹灰外墙外保温体系由于涉及严重的防火问题，在美国有20多个州禁止使用；英国规定高18 m以上建筑不允许使用；德国则规定限制用于高22 m以下的建筑。在韩国、澳洲等地的建筑保温市场，聚苯乙烯类泡沫塑料亦在禁用之列。根据国内外的现状．业界有识之士普遍认为。无定形的无机保温材料包括保温砂浆应当逐渐取代聚苯板、聚氨酯泡沫塑料类成为建筑节能的主要保温材料。现在发达国家无机保温砂浆的研发已有一定进展，如无氟利昂阻燃型聚氨酯泡沫塑料复合浆体、超轻质全憎水硅酸钙浆体保温材料等，可以满足不同使用条件下的要求。在国内，目前出现的复合硅酸盐、胶粉玻化微珠和稀土保温砂浆等，也具有良好的发展前景。复合硅酸盐保温砂浆体系与聚苯板外墙外保温体系的热工性能比较列于表2及表3。
　　表2 复合硅酸盐保温砂浆体系热工参数
　　
　　
　　
　　表3 聚苯板薄抹灰外墙外保温体系热工参数
　　
　　
　　
　　由表2、3可见，采用30mm厚的复合硅酸盐保温砂浆体系与同样厚度的聚苯板薄抹灰体系的热工参数相当，其传热系数K=0．898≤1．5 W／(m -K)，而热惰性指标D=4．3391>3．0，完全满足《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ 134―2001)中关于外墙保温规定的指标。与聚苯板相比，无机保温砂浆的热容量大，在相同热阻条件下，内表面温度振幅减小，出现温度最高值的时间延长，其蓄热系数为1．17W／(m•K)，而聚苯板的蓄热系数则为0．40 W／(m•K)。
　　由于无机保温砂浆外墙外保温体系材料易得。价格较低，且施工较为方便，故与聚苯板薄抹灰体系相比，可降低造价约40％。
　　根据我国的国情，笔者认为无机保温砂浆外墙保温隔热体系可以广泛用于国内大部分地区的低层、多层和高层建筑的外墙外保温或外墙内外组合保温工程。由于胶粉聚苯颗粒是利用数量可观的包装工业废料，在不断改进这种浆料的强度和耐久性条件下。用于夏热冬冷地区农村低层、城镇多层居住建筑外墙外保温是可行的。聚苯板包括挤塑聚苯板、聚氨酯硬泡等保温材料，主要用于寒冷和严寒地区较为合理，但仍需保证施工质量并提高其耐久性。
　　关于自保温墙体，虽属发展方向，但也有难点。我国目前的城镇居住建筑有向小高层和高层发展的趋势，其结构多为框架剪力墙或框架形式，外墙作为填充墙，无论采用何种自保温墙体，均存在冷(热)桥问题，需要研究解决。采用达到一定强度的保温砌块、保温砖等作为自保温墙体，最适于在广大农村及小城镇的低层居住建筑中使用。
　　我国现今仍处在民用建筑较快发展的时期，这源于我国的城镇化水平不断提高。2007年我国的城镇化水平已达44.9％ ，预计今后l0～15年，每年增长1个百分点，即在15年后到达60％ ，进入稳定发展过程。目前，城乡居住建筑年竣工约20亿m2 ，外墙保温工程量巨大，同时，必须考虑到450亿m2既有居住建筑的节能改造，外墙保温的市场更大。所谓外墙外保温体系发展方向，只能是自觉认识，逐步在实践中前进。我国地广人多，各地资源不同，外墙外保温体系应是因地因时制宜。选择最佳方案。例如，上海市建委最近批准l0项保温施工工法，《无机保温砂浆外墙外保温系统》即是其中之一；江苏省近来提出大力发展节能墙体自保温技术，鼓励技术创新。总之，认识我国能源形势，力促建筑节约资源和能源，尽可能少用和不用石化产品．亦应成为业界的共识，以推进建筑业的可持续发展。

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