外墻外保溫系統(tǒng)保溫材料的應(yīng)用

外墻外保溫系統(tǒng)保溫材料的應(yīng)用

在污染繼續(xù)惡化、能源消耗日益激烈的時(shí)代，綠色環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排已成為世界趨勢(shì)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),在我國(guó)的能源消耗中,建筑能耗約占總量的30%。而建筑能耗主要是使用過程的能耗,最經(jīng)濟(jì)有效的措施就是加強(qiáng)建筑隔熱保溫,因此外墻保溫對(duì)節(jié)能降耗起著極為重要的作用。2005年4月15日,原中國(guó)建設(shè)部發(fā)布了《關(guān)于新建居住建筑嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的通知》,對(duì)新建建筑實(shí)施強(qiáng)制節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),提出到2020年實(shí)現(xiàn)全國(guó)城鎮(zhèn)新建建筑節(jié)能達(dá)到60%的總體目標(biāo)。因此,我國(guó)現(xiàn)在正在在建過程中強(qiáng)制性地推廣建筑保溫材料的應(yīng)用,其中,又以外墻外保溫材料應(yīng)用最為廣泛。外墻外保溫系統(tǒng)是由保溫層、保護(hù)層和固定材料(膠粘劑、錨固件等)構(gòu)成并且適用于安裝在外墻外表面的非承重保溫構(gòu)造的總稱。顧名思義,外墻外保溫是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法,因其可以減輕熱橋的影響,同時(shí)保護(hù)主體墻材不受溫度變形應(yīng)力,是目前應(yīng)用最廣泛的保溫方法。目前,我國(guó)正在使用的外墻外保溫系統(tǒng)的保溫材料主要分為三大類:(1)無機(jī)保溫材料,如巖棉、玻璃棉、無機(jī)保溫砂漿、珍珠巖等材料;(2)無機(jī)有機(jī)復(fù)合保溫材料,主要指膠粉聚苯顆粒保溫砂漿;(3)有機(jī)高分子保溫材料,這是目前最為常用的材料,如膨脹聚苯板(EPS)和擠塑板(XPS)、聚氨酯以及最近發(fā)展比較迅速的酚醛板。除了以上三大類之外,另外還有無機(jī)纖維噴涂外保溫系統(tǒng),但其應(yīng)用相對(duì)而言不是非常廣泛。1環(huán)保材料1.1運(yùn)營(yíng)系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)巖棉是礦物棉的一種,是以天然巖石及礦物為原料制成的蓬松短細(xì)纖維。其產(chǎn)品按制品形式分為巖棉、巖棉板、巖棉帶、巖棉氈及巖棉管殼等。巖棉有著良好的絕熱性能,常溫下其導(dǎo)熱系數(shù)為0.029~0.044W/m·K,是優(yōu)良的保溫材料。此外,巖棉也具有好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性及一定的防水性,并且本身無毒害,應(yīng)用廣泛。但巖棉自重較重,且自撐性差,在施工中需要大量的人力物力。巖棉的防火性能等級(jí)非常高,是優(yōu)良的防火材料。按照GB8624-1997分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),通過GB/T5464-2010試驗(yàn)方法檢測(cè)可以達(dá)到A級(jí)。而巖棉的熱荷重收縮溫度也都大于600℃,這就保證巖棉外保溫系統(tǒng)在火災(zāi)中不會(huì)輕易收縮垮塌。1.2熱、吸音性能好玻璃棉屬于玻璃纖維中的一個(gè)類別,是一種人造無機(jī)纖維。玻璃棉是將熔融玻璃纖維化,形成棉狀材料,化學(xué)成分屬玻璃類,是一種無機(jī)質(zhì)纖維,具有成型好、體積密度小、熱導(dǎo)率低、保溫絕熱、吸音性能好、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。由于其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu),玻璃棉在吸聲方面具有獨(dú)一無二的優(yōu)勢(shì)。但由于玻璃棉抗拉強(qiáng)度過低,不太適合做外墻保溫系統(tǒng),通常用于屋頂屋面。玻璃棉和巖棉一樣,防火性能都很優(yōu)良,按照GB8624-1997分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)也能達(dá)到A級(jí)。但玻璃棉的熱荷重溫度較低,一般不超過400℃。通過GB/T5464-2010方法檢測(cè),質(zhì)量損失在30%左右,爐內(nèi)溫升在20℃上下,表面可能出現(xiàn)零星火焰。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,玻璃棉外觀顯著變化,從原來的淡黃色蓬松纖維狀收縮變成灰白色固體,表面光滑,具有一定的脆性。1.3無機(jī)材料的應(yīng)用無機(jī)保溫砂漿是以無機(jī)類的輕質(zhì)保溫顆粒作為輕骨料,加入膠凝材料、添加劑及其它填充料等組成的干粉砂漿,其中輕質(zhì)保溫顆粒是一種內(nèi)部多孔、呈球狀體的非金屬礦物質(zhì)基輕質(zhì)絕熱顆粒。其主要成分都是無機(jī)材料,具有耐酸堿腐蝕,不易開裂脫落的特點(diǎn),穩(wěn)定性較高,且密度不大,實(shí)際應(yīng)用中操作較為簡(jiǎn)易。但無機(jī)保溫砂漿的保溫性能較差,一般較有機(jī)類保溫材料能量損耗約多15%。無機(jī)保溫砂漿的防火性能也能達(dá)到A級(jí),通過GB/T5464-2010方法檢測(cè),質(zhì)量損失在15%左右,爐內(nèi)溫升僅在10℃上下,且表面不出現(xiàn)任何持續(xù)可見火焰。1.4優(yōu)質(zhì)的資本主義珍珠巖珍珠巖(又稱珠光砂)是一種由火山噴出的巖漿經(jīng)急劇冷卻形成的酸性玻璃質(zhì)巖石,因具有珍珠裂隙而得名。珍珠巖經(jīng)破碎,被篩分成各種大小不等的顆粒,再經(jīng)預(yù)熱后,被瞬間加熱至1000~1300℃高溫,這時(shí)其體內(nèi)所含水分變成蒸汽,使得已在高溫下軟化的巖石迅速膨脹4~30倍,形成輕質(zhì)顆粒狀白色或淺色的膨脹珍珠巖,是優(yōu)質(zhì)的絕熱保溫材料。珍珠巖內(nèi)部成蜂窩狀結(jié)構(gòu),密度在50~60Kg/m3之間,導(dǎo)熱系數(shù)為0.04~0.075W/m·K,具有無毒害、耐酸堿等特性。珍珠巖的防火性能也能達(dá)到A級(jí),與無機(jī)保溫砂漿相仿。無機(jī)類保溫材料具有優(yōu)良的防火性能,基本上防火等級(jí)都能達(dá)到國(guó)標(biāo)A級(jí)標(biāo)準(zhǔn),且遇熱不產(chǎn)生有毒氣體,耐酸堿,符合安全環(huán)保要求。但相對(duì)而言,其保溫效果不如有機(jī)類保溫材料,且受地域限制較大,故尚且不完全滿足外保溫材料的要求。2可燃性溫度nfm材料熱系數(shù)無機(jī)有機(jī)復(fù)合保溫材料主要是指膠粉聚苯顆粒保溫砂漿。預(yù)混合型干拌砂漿為主要膠凝材料,加入適當(dāng)?shù)目沽牙w維及多種添加劑,以聚苯乙烯泡沫顆粒為輕骨料,按比例配置,在現(xiàn)場(chǎng)加以攪拌均勻即可。該材料導(dǎo)熱系數(shù)低,保溫隔熱性能較好,具有強(qiáng)度高,粘接力強(qiáng),附著力強(qiáng)等特點(diǎn),且一般是現(xiàn)場(chǎng)抹灰成型,整體性能較好;但也有一定的缺點(diǎn),如:對(duì)施工要求較高且厚度不易控制,影響保溫性能。該材料的防火性能按照GB8624-97可達(dá)到B1級(jí)。以常見的試樣為例,在燃燒豎爐試驗(yàn)中,其剩余長(zhǎng)度能達(dá)到800mm以上;可燃性試驗(yàn)中,火焰尖端所達(dá)高度也在10mm左右,煙密度也很小,一般在10以下,均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于GB8624-97中B1級(jí)的要求。按照J(rèn)G158-2004中的要求,對(duì)膠粉聚苯顆粒外保溫系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)火反應(yīng)性能測(cè)試,結(jié)果表明,開放試件和封閉試件均不被點(diǎn)燃,厚度變化也為1%,防火性能較好。3有機(jī)環(huán)保材料3.1阻燃涂層材料的性能聚苯板,全稱聚苯乙烯膨脹泡沫塑料(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)的固體;擠塑板,全稱擠塑聚苯乙烯泡沫(XPS)板,是以聚苯乙烯樹脂輔以聚合物在加熱混合的同時(shí)注入催化劑,而后擠塑壓出連續(xù)性閉孔發(fā)泡的硬質(zhì)泡沫塑料板。這兩種板材相比,EPS板密度較小,硬度也較小。兩種材料都具有優(yōu)良的保溫效果,輕便耐用,并且價(jià)格低廉,一直是最受歡迎的外保溫材料。雖然這兩種材料具有優(yōu)良的物理性能,應(yīng)用范圍廣泛,但不可否認(rèn)的是,這兩種材料的防火安全性差,易老化,易燃燒,受熱時(shí)易分解產(chǎn)生大量的有毒氣體,并通常發(fā)生軟化和熔化。通常認(rèn)定該兩種材料為B2級(jí)易燃材料。在實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)中,這兩種材料在接觸到火焰的瞬間就會(huì)猛烈燃燒,迅速收縮并產(chǎn)生黑煙。但當(dāng)樣品燃燒部分脫離火焰后,根據(jù)樣品制作工藝以及所加阻燃劑的不同,會(huì)有截然不同的結(jié)果。質(zhì)量較差的樣品會(huì)持續(xù)猛烈燃燒,并伴隨大量的滴落物出現(xiàn),甚至引燃濾紙,同時(shí)產(chǎn)生大量刺鼻的煙氣;而質(zhì)量較好的樣品會(huì)持續(xù)收縮而離開火焰,在板材中段形成空腔,已燃部分發(fā)生玻璃化,從而停止燃燒。這樣也可以達(dá)到GB8624-97中的B1級(jí)的要求。按照GB/T8627-2007方法進(jìn)行檢測(cè),得到兩種板材煙密度的數(shù)值為40~50,最大煙密度則能達(dá)到60~70。以上為在實(shí)驗(yàn)室特定條件下對(duì)特定樣品的測(cè)試數(shù)據(jù),而在實(shí)際施工操作中,目前使用EPS和XPS板都是采用薄抹灰保溫系統(tǒng),在材料表面采用聚合物抗裂砂漿,雖然表面的無機(jī)砂漿能夠增加整個(gè)苯板保溫系統(tǒng)的防火性能,但潛在的危險(xiǎn)性仍然極高。無論是在施工過程中出現(xiàn)明火,或者是保溫主體遭到破壞引發(fā)火災(zāi),EPS板和XPS板就容易劇烈燃燒,并產(chǎn)生大量的有毒氣體,給逃生帶來極大的危險(xiǎn)。同時(shí),兩種材料產(chǎn)生大量的滴落物可能繼續(xù)引燃其它易燃物,造成火災(zāi)的擴(kuò)大。甚至,兩種板材受熱產(chǎn)生的熱熔縮變形而導(dǎo)致墻面物體脫落也有可能砸中逃生人員,造成二次傷害。因此,在安全性能上,兩種板材材料還是不足以令人放心。3.2聚氨酯的性能聚氨酯(PU)全稱為聚氨基甲酸酯,是主鏈上含有重復(fù)氨基甲酸酯基團(tuán)的大分子化合物的統(tǒng)稱。聚氨酯制品目前的使用范圍極為廣泛,在石油化工、制造業(yè)、合成革等多個(gè)領(lǐng)域都起著重要作用。而隨著聚氨酯泡沫塑料的問世,它在外墻保溫材料方面的使用也極速增加。聚氨酯材料是目前世界上公認(rèn)的最佳保溫絕熱材料,導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.018~0.023W/m·K,其保溫效果超過EPS板、XPS板,遠(yuǎn)超巖棉等無機(jī)保溫材料。聚氨酯泡沫本質(zhì)上屬于高度易燃材料,未做阻燃處理時(shí)氧指數(shù)僅為16.5%。作為熱固性材料,其在受熱時(shí)通常分解出易燃?xì)怏w,受火后形成炭化層,熱分解和燃燒的產(chǎn)物主要有氰化氫、CO、異氰酸酯等可燃揮發(fā)性氣體,容易引起火災(zāi)事故;并且,聚氨酯泡沫塑料的燃點(diǎn)很低,一般為90℃左右,燃燒速度極快,在燃燒過程中產(chǎn)生熔滴現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)中,聚氨酯的熱釋放速率和熱釋放總量高于EPS板和XPS板,說明其發(fā)生火災(zāi)的幾率也較大。而且聚氨酯的煙密度最大,按照GB/T8627-2007方法檢測(cè),其煙密度平均值在60~70左右,最大煙密度甚至可達(dá)90。同時(shí),煙毒性試驗(yàn)中,其煙氣毒性也高于EPS板和XPS板。在實(shí)際應(yīng)用中有廠家對(duì)聚氨酯產(chǎn)品進(jìn)行加工,如加入阻燃劑,以增強(qiáng)其防火性能。也有廠家在聚氨酯材料外附上金屬等,如安徽某企業(yè)生產(chǎn)的板材,外表層為近1mm厚的鋁板,中間為40mm厚的聚氨酯泡沫,內(nèi)層為薄薄的一層鋁膜。作為一種復(fù)合材料,其防火性能等級(jí)可達(dá)到GB8624-1997中B1級(jí)要求。但在實(shí)際火災(zāi)中,仍存在隱患。由于聚氨酯本身的性質(zhì),在400℃下可以發(fā)生自燃,從而在復(fù)合材料內(nèi)部發(fā)生燃燒并持續(xù)下去,同時(shí)釋放出大量有毒煙氣。而且由于外部金屬材料的阻擋,反而限制了從外部進(jìn)行的救援行動(dòng)。但由于聚氨酯材料的特殊化學(xué)結(jié)構(gòu),通過添加相應(yīng)功能基團(tuán),具有對(duì)其進(jìn)行改性的很大空間。因此,雖然聚氨酯材料防火性能不能令人信服,但其還是擁有很大的發(fā)展空間。3.3可擴(kuò)張性和在一般機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用酚醛板,即酚醛泡沫板,由酚醛泡沫材料(PF)制成,屬高分子有機(jī)硬質(zhì)鋁箔泡沫產(chǎn)品,由熱固性酚醛樹脂發(fā)泡而成,為苯酚和甲醛縮聚而成的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)。它具有輕質(zhì)、防火、遇明火不燃燒、無煙、無毒、無滴落、使用溫度范圍廣(-196~+200℃),低溫環(huán)境下不收縮、不脆化的特點(diǎn)。導(dǎo)熱系數(shù)低于0.030W/m·K,隔熱性能好,并具有一定的抗水性和水蒸氣滲透性,是較好的保溫節(jié)能材料。它的保溫性能是傳統(tǒng)無機(jī)保溫材料的一倍,而且防火性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于苯板材料和聚氨酯材料,屬第三代保溫材料。但其也有局限性,如價(jià)格高昂,不利于大規(guī)模推廣;質(zhì)脆易粉化;酸性較強(qiáng),限制其在鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域的應(yīng)用;生產(chǎn)原料苯酚和甲醛毒性較大,對(duì)人體有害。酚醛板的防火性能較好,包括兩個(gè)方面:一是遇到火焰時(shí)能迅速碳化,從而阻止火焰的進(jìn)一步擴(kuò)散;二是材料本身具有絕熱性能,即使在材料的一側(cè)著火燃燒,另一側(cè)溫度也不會(huì)升得太高而引起火災(zāi)擴(kuò)大。單體材料能達(dá)到GB8624-1997中B1級(jí)的要求。其燃燒豎爐實(shí)驗(yàn)(GB/T8625-2005)后剩余長(zhǎng)度為300~500mm左右,而可燃實(shí)驗(yàn)(GB/T8626-2007)的結(jié)果為火焰尖端達(dá)到40mm處,且無燃燒滴落物。而該材料的煙密度實(shí)驗(yàn)中,煙密度非常小,僅為5~8,且不產(chǎn)生有害氣體。同時(shí)對(duì)其進(jìn)行氧指數(shù)實(shí)驗(yàn),其氧指數(shù)可達(dá)40%左右。各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)高于其他有機(jī)高分子保溫材料。而在實(shí)際