建筑外墻保溫材料及外墻保溫材料技術(shù)

淺談建筑外墻保溫材料與外墻保溫技術(shù)南京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院無機(jī)非金屬材料班級(jí)：材料0901姓名：趙家樂學(xué)號(hào)：1101090109摘要介紹了建筑外墻保溫材料的近幾年發(fā)展概況：外墻外保溫和外墻內(nèi)保溫。保溫材料的選材與指標(biāo)要求、以及該材料的分類與性能，并總結(jié)了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)外墻保溫技術(shù)作了詳盡的介紹，并分析了目前技術(shù)上存在的問題，對(duì)外墻保溫材料發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展前景做了展望。對(duì)建筑節(jié)能材料的選取提供技術(shù)性能上的參考，提出積極研究和應(yīng)用建筑節(jié)能材料，必將推動(dòng)我國建筑節(jié)能工作的發(fā)展。關(guān)鍵詞建筑節(jié)能；節(jié)能材料；外墻保溫；應(yīng)用；發(fā)展前景；研究1、 引言隨著人民群眾物質(zhì)文化生活水平的不斷提升，人們對(duì)住宅、辦公、商務(wù)等建筑需求越來越高，有力促進(jìn)了建筑業(yè)的快速發(fā)展。在關(guān)注建筑數(shù)量的同時(shí)，人們更加關(guān)注建筑的功能與舒適度，作為建筑節(jié)能的重要方面的建筑外墻保溫技術(shù)，也越來越受到人民群眾的高度關(guān)注。在各級(jí)的全面支持和推動(dòng)下，我國的建筑外墻保溫技術(shù)得到了快速發(fā)展。伴隨著我國科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展，建筑的外墻保溫技術(shù)也在不斷創(chuàng)新中發(fā)展。外墻保溫技術(shù)，特別是外墻外保溫技術(shù)具有十分明顯的優(yōu)越性，它能避免建筑熱橋，避免墻面冬季結(jié)露；可以保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，減少溫度應(yīng)力，增加結(jié)構(gòu)壽命；比內(nèi)保溫增多建筑使用面積；在既有房屋節(jié)能改造時(shí)不致干擾原有住戶生活；使建筑物更為美觀等等。與此同時(shí)，由于我國居住建筑以磚混結(jié)構(gòu)為主，結(jié)構(gòu)厚重，熱容量大，在采用外墻外保溫的條件下，建筑熱穩(wěn)定性良好，因而房屋冬暖夏涼，居住舒適，有利于改善人民生活，因而越來越受到人民群眾的青睞。在節(jié)能、環(huán)境不斷突出的今天，大力開發(fā)科學(xué)的外墻保溫技術(shù)，對(duì)于節(jié)約能源，優(yōu)化環(huán)境，促進(jìn)人居環(huán)境改善具有十分重要現(xiàn)實(shí)意義［1］。2、 建筑外墻保溫材料的形式外墻保溫主要有2種形式：外墻內(nèi)保溫和外墻外保溫。外墻內(nèi)保溫技術(shù)因具有施工簡單、操作安全及造價(jià)低廉等特點(diǎn)為廣大設(shè)計(jì)、施工和建設(shè)單位所接受，但其存在熱橋問題不易解決，容易引起開裂、且多占使用面積等缺點(diǎn)［2］。外墻外保溫與內(nèi)保溫相比，技術(shù)合理，有其明顯的優(yōu)越性，使用同樣規(guī)格、尺寸和性能的保溫材料，外保溫比內(nèi)保溫的保溫效果好。外墻外保溫的保溫層采用輕質(zhì)、高效、吸水率低、耐候性好、耐火等級(jí)高、收縮率小的保溫材料，具有優(yōu)異的保溫性、改善居住環(huán)境、減輕墻體質(zhì)量、增加使用面積、降低工程造價(jià)、保護(hù)主體結(jié)構(gòu)、延長建筑物使用壽命、施工靈活、便于舊房節(jié)能改造、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，是目前推廣的一種建筑保溫節(jié)能技術(shù)。國內(nèi)從20世紀(jì)80年代中期開始外墻外保溫技術(shù)的試點(diǎn)，并將該技術(shù)廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域。但目前國內(nèi)的建筑節(jié)能水平還遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，建筑單位面積能耗仍是氣候相近發(fā)達(dá)國家的3--5倍。近年來，國外的一些節(jié)能、環(huán)保并適應(yīng)我國國情的外墻外保溫系統(tǒng)已開始引進(jìn)生產(chǎn)并成功應(yīng)用，如加拿大安健能保溫隔熱體系和德國STO外墻外保溫系統(tǒng)等［2］。3、外墻保溫節(jié)能材料的選材與指標(biāo)要求節(jié)能材料屬于保溫絕熱材料。絕熱材料是指用于建筑圍護(hù)或者熱工設(shè)備、阻抗熱流。傳遞的材料或者材料復(fù)合體，既包括保溫材料，也包括保冷材料。絕熱材料的意義，一方面是為了滿足建筑空間或熱工設(shè)備的熱環(huán)境，另一方面是為了節(jié)約能源。僅就一般的居民采暖的空調(diào)而言，通過使用絕熱圍護(hù)材料，可在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上節(jié)能50%-80%。外墻保溫主要是靠保溫絕熱材料作為建筑圍護(hù)，開發(fā)和應(yīng)用高效的保溫絕熱材料是保證建筑節(jié)能的有效措施。絕熱，就是要最大限度地阻抗熱流的傳遞，因此要求絕熱材料必須具有大的熱阻和小的導(dǎo)熱系數(shù)。從材料的組成上看，一般有機(jī)高分子的導(dǎo)熱系數(shù)都小于無機(jī)材料；非金屬的導(dǎo)熱系數(shù)小于金屬材料；氣態(tài)物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)小于液態(tài)物質(zhì)，液態(tài)物質(zhì)小于固體。所以在條件允許的情況下，應(yīng)盡量使用有機(jī)高分子材料或無定型的無機(jī)材料，這對(duì)于保溫絕熱是有利的。從材料的結(jié)構(gòu)上看，當(dāng)材料的表觀密度降低、孔隙率增大，材料內(nèi)部的孔隙為大量封閉的微小孔時(shí)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)比較小。對(duì)于泡沫塑料制品，要滿足保溫絕熱材料的要求其最佳的表觀密度為16-40kg/m3。由于孔隙的存在，材料在潮濕環(huán)境下，不可避免地要吸水，而水的導(dǎo)熱系數(shù)(0.5815W/MK)比靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)(0.0233W/MK)要大很多，因此，當(dāng)環(huán)境溫度增大時(shí)，材料的平衡含水率增大，材料的導(dǎo)熱系數(shù)將會(huì)降低。所以作為保溫絕熱材料，材料自身的吸濕率要盡量低，如不可避免時(shí)，要對(duì)材料進(jìn)行憎水處理或用防水材料包覆。另外，保溫絕熱材料還必須能抵抗一定的沖擊荷載，具有與使用環(huán)境相一致的機(jī)械強(qiáng)度，其粘結(jié)性能要好，還得有小的收縮率及與環(huán)境相適應(yīng)的耐久性［3］。4、建筑節(jié)能外墻保溫材料的分類與性能能滿足上述性能要求而用于建筑外保溫的節(jié)能材料主要有：聚苯乙烯泡沫塑料板(EPS、XPS)、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖、巖(礦)石棉板、玻璃棉氈、海泡石、以及超輕的聚苯顆粒保溫料漿等。這些材料共同的特點(diǎn)就是在材料內(nèi)部都有大量的封閉孔，它們的表觀密度都較小，這也是作為保溫隔熱材料所必備的［4,5］。礦物棉。巖(礦)棉和玻璃棉有時(shí)統(tǒng)稱為礦物棉，巖棉是以精選的玄武巖或輝綠巖為主要原料，經(jīng)高溫熔制成的無機(jī)人造纖維。巖棉制品具有良好的保溫、隔熱、吸聲、耐熱、不燃等性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。巖棉有3種絕熱方式：內(nèi)絕熱、中間夾芯絕熱和外絕熱。但巖棉的質(zhì)量優(yōu)劣相差很大，保溫性能好的密度低，其抗拉強(qiáng)度也低，耐久性比較差；玻璃棉。玻璃棉與巖棉在性能上有很多相似之處，但其手感好于巖棉，可改善工人的勞動(dòng)條件。但他的價(jià)格較巖棉為高。目前我國的玻璃棉產(chǎn)量僅為美國的1/60；聚苯乙烯泡沫塑料。聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯樹脂為主要原料，經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡而制成的內(nèi)部具有無數(shù)封閉微孔的材料。其表觀密度小，熱導(dǎo)率小，吸水率低，隔音性能好、機(jī)械強(qiáng)度高，而且尺寸精度高，結(jié)構(gòu)均勻。因此，在外墻保溫中其占有率很高；硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有非常優(yōu)越的絕熱性能，熱導(dǎo)率極低(0.025W/(m-K)且其特有的閉孔結(jié)構(gòu)使其具有更優(yōu)越的耐水氣性能，由于不需要額外的絕緣防潮，簡化了施工程序，降低工程造價(jià)。但因其價(jià)格較高、而且易燃，限制了他的使用；硅酸鹽復(fù)合絕熱砂漿。硅酸鹽復(fù)合絕熱砂漿是一種新型墻體保溫材料，是以精選海泡石、硅酸鋁纖維為主原料，附以多種優(yōu)質(zhì)輕體無機(jī)礦物為填料，在數(shù)種加劑的作用下經(jīng)細(xì)纖化、擴(kuò)散膨脹、混溶、粘接等多種工藝深度復(fù)合而成的灰白色黏稠漿狀物。此種材料顯著特點(diǎn)為：保溫隔熱性能好，施工簡便(直接涂抹)，解決了板材拼接處罩面層開裂現(xiàn)象；水泥聚苯板(塊)。水泥聚苯板是近年開發(fā)的輕質(zhì)高強(qiáng)保溫材料，是采用聚苯乙烯泡沫顆粒、水泥、發(fā)泡劑等攪拌澆筑成型的一種新型保溫板材，這種材料容重輕、強(qiáng)度高、破損少，施工方便，有韌性、抗沖擊，還具有耐水、抗凍性能，保溫性能優(yōu)良。實(shí)測表明：以240mm磚墻復(fù)合50?70mm厚水泥聚苯板，其熱工性能可超過620mm磚墻保溫效果。該類防火、阻燃材料應(yīng)用到任何部位、任何情況下均可起到防火阻燃的效果，并達(dá)到國家相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。但這種材料的容重、強(qiáng)度和熱導(dǎo)率之間存在著相互制約的關(guān)系，配比中各成分量的變化對(duì)板材的性能都有顯著的影響［5］。由于板材的收縮變形，有些板材上墻后仍在收縮，板縫處理難度較大。如能較好地解決板縫裂縫問題，大面積推廣應(yīng)用前景看好；膠粉聚苯顆粒保溫材料。膠粉聚苯顆粒保溫材料是由膠凝材料和聚苯顆粒輕骨料分別按配比包裝組成。保溫膠粉料采用預(yù)混干拌技術(shù)在工廠將水泥與高分子材料、引氣劑等各種添加劑混均后包裝，使用時(shí)按配比加水在攪拌機(jī)中攪拌成漿體后再加入聚苯顆粒，充分?jǐn)嚢韬笮纬伤苄粤己玫母酄铙w，將其抹于墻體干燥后便形成保溫性能優(yōu)良的隔熱層。此種材料施工方便，保溫性能良好。其中聚苯顆粒可以采用工業(yè)品，也可以采用廢舊聚苯保溫板經(jīng)機(jī)械破碎后的顆粒，這對(duì)于防制白色污染、保護(hù)環(huán)境十分有益的。但此種保溫材料吸水率較其他材料為高，使用時(shí)必須加做抗裂防水層?？沽逊浪Ｗo(hù)層材料由抗裂水泥砂漿復(fù)合玻纖網(wǎng)組成，可長期有效控制防護(hù)裂縫的產(chǎn)生。該材料固化后熱導(dǎo)率低(一般均V0.060W/(m?K))，密度小，熱工性能好，具有良好的和易性、耐候性，充分考慮了熱應(yīng)力、水、火、風(fēng)壓及地震力的影響，該保溫材料突破了傳統(tǒng)保溫砂漿只能用于內(nèi)保溫的局限，雖然該技術(shù)走回了濕作業(yè)的老路，但是他確實(shí)是適合中國國情的保溫材料，應(yīng)加大研究力度，盡早普及［6］。5、外墻保溫技術(shù)類型與發(fā)展存在的主要問題外墻保溫技術(shù)發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了一整套比較完備的技術(shù)體系，技術(shù)水平不斷提升，概括起來主要有以下幾種類型建筑外墻保溫技術(shù)。墻體外粘貼保溫板外抹灰技術(shù)墻體外粘貼保溫板外抹灰技術(shù)，是一種最為常用的墻體保溫技術(shù)，在各類建筑中應(yīng)用比較廣泛，主要是在建筑墻體外，加裝粘合保溫板，同時(shí)采用一定的技術(shù)手段，將其加固，在其外表的保溫板外部抹一定厚度的聚合物水泥砂漿，再壓入耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布，最后刮柔性膩?zhàn)雍屯苛厦鎸?。外墻夾芯保溫技術(shù)該技術(shù)是將保溫材料置于同一外墻在內(nèi)、外側(cè)墻片之間，內(nèi)、外葉墻片均可采用傳統(tǒng)的粘土磚、混凝土空心砌塊等。兩片墻之間可采用磚拉接或鋼筋拉接并設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁連接內(nèi)外墻片。保溫材料可為巖棉、EPS板或XPS板、散裝或袋裝膨脹珍珠巖等。該技術(shù)具有良好的防水、抗熱橋性，特別適合于施工溫度較低的嚴(yán)寒地區(qū)。（3） 外墻保溫板與墻體結(jié)合技術(shù)外墻保溫板與墻體結(jié)合技術(shù)，就是利用現(xiàn)澆混凝土剪力墻，實(shí)現(xiàn)與外保溫板的有機(jī)結(jié)合，從而達(dá)到保溫的目的。外墻保溫板與墻體結(jié)合技術(shù)，是把保溫板安放于墻體鋼筋外側(cè),然后加裝模具，將混凝土澆注于墻體，實(shí)現(xiàn)外墻外保溫板與墻體有機(jī)結(jié)合。這種保溫技術(shù)可以有效避免保溫板因長時(shí)間在外曝露，而導(dǎo)致質(zhì)量下降，保溫功能喪失，同時(shí),通過兩者的有機(jī)結(jié)合，可以進(jìn)一步增強(qiáng)保溫的效果。（4） 硬泡聚氨酯外保溫技術(shù)硬泡聚氨酯外保溫技術(shù)，主要做法是把發(fā)泡聚氨酯保溫材料均勻地噴涂于基層墻體上，等聚氨酯保溫材料面層找平后，再在其表面布置聚合物水泥砂漿玻璃纖維網(wǎng)格布。或者是采用發(fā)泡聚氨酯澆注法，如同外墻保溫板與墻體結(jié)合技術(shù)相似，將發(fā)泡聚氨酯澆注于基層墻面與外模之間，在墻面形成聚氨酯保溫層。在看到外墻保溫技術(shù)不斷發(fā)展，取得顯著成績的同時(shí)，還必須要清醒地看到當(dāng)前外墻保溫技術(shù)存在的一些矛盾和問題。比如防火的問題，由于保溫板多為化工類材料，雖然經(jīng)過特殊技術(shù)處理后，具有一定的防火性能，但如果發(fā)生大的火災(zāi)事故,缺乏比較嚴(yán)密的消防措施和有效的隔離措施，保溫板層極易發(fā)生變形,甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)保溫層失效。因此，外墻外保溫建筑所有與保溫層相銜接的外表面，都必須設(shè)置一定的安全隔離距離，同時(shí),要對(duì)保溫層結(jié)合部進(jìn)行特殊處理，覆蓋相當(dāng)安全厚度的保護(hù)層，并確保防護(hù)嚴(yán)密，以保溫板發(fā)生火災(zāi)的其它著火點(diǎn)點(diǎn)燃。對(duì)于高層建筑，每隔兩個(gè)樓層應(yīng)該設(shè)有由巖棉板條構(gòu)成的隔火條帶，以免在發(fā)生火災(zāi)時(shí)蔓延,將全部聚苯保溫板全部燒掉，造成重大損失和建筑安全隱患。另外，還如保溫層內(nèi)部結(jié)露的問題。由于“地膜效應(yīng)”，保溫層內(nèi)外存在一定溫差,在保溫層內(nèi)外的水蒸氣會(huì)產(chǎn)生凝結(jié),通過墻體向外滲透,逐步進(jìn)入外墻內(nèi)部,有可能造成保溫層內(nèi)部結(jié)露。長時(shí)間的凝結(jié)會(huì)導(dǎo)致保溫材料發(fā)生損毀,進(jìn)而影響到建筑的質(zhì)量與安全,特別是保溫的效果。這種危害尤其是在一些溫度較大的地區(qū)的一些高度建筑中,這種危害會(huì)導(dǎo)致保溫層的失效。因此，必須要認(rèn)真對(duì)待這些問題,可以采取一些特殊技術(shù)工藝,來盡可能減少危害。比如可以在墻內(nèi)設(shè)隔汽層，以阻止室內(nèi)水汽向外滲透，阻斷水氣的非正常擴(kuò)散。6、外墻保溫材料的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景6.1外墻外保溫材料市場現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)有住宅面積約400億m2，近幾年每年新建房屋達(dá)16億?19億m2,其中達(dá)到建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不足2億m2,約占0.5%，新建住宅也只有15%達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)的建筑節(jié)能工作在北京、天津等地進(jìn)展情況較好，但在采暖地區(qū)的很多城鎮(zhèn)進(jìn)展相當(dāng)緩慢，其原因主要是：建筑節(jié)能意識(shí)差；立法不健全，盡管節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)屬于強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，卻缺乏行政法規(guī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施監(jiān)督；包費(fèi)制的采暖收費(fèi)制度與用戶利益無直接關(guān)系，不能促使住戶對(duì)節(jié)約熱能的關(guān)注。建筑節(jié)能缺乏經(jīng)濟(jì)政策驅(qū)動(dòng)機(jī)制，建設(shè)單位往往過多計(jì)較一次性基建投資；節(jié)能科技投入過少，從研究到推廣各環(huán)節(jié)的工作還不配套，建筑節(jié)能產(chǎn)業(yè)體系遠(yuǎn)未建立。6.2外墻外保溫材料行業(yè)發(fā)展前景建設(shè)部2005年6月10日召開的北方十四省、市建筑節(jié)能座談會(huì)上提出：到2010年，全國城鎮(zhèn)建筑總能耗實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能50%；既有建筑節(jié)能改造逐步開展，大城市完成改造面積25%，中等城市達(dá)到15%，小城市達(dá)到10%；到2020年，北方和沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和特大城市實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能65%的目標(biāo)，絕大部分既有建筑完成節(jié)能改造。這就是說今后國內(nèi)建筑中，采用外墻外保溫材料的市場前景十分看好。目前，外墻保溫材料技術(shù)在施工和應(yīng)用方面較多采用的是聚苯板與墻體一次性澆注成型和聚苯顆粒保溫料漿建筑外墻外保溫。這2種建筑外墻保溫技術(shù)施工方便，但質(zhì)量難以控制，很多工程難以達(dá)到建筑節(jié)能規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制是邊緣學(xué)科，是系統(tǒng)工程，在國內(nèi)很多地方建筑墻體開裂的問題一時(shí)還難以解決。為了減少多數(shù)建筑外墻保溫施工項(xiàng)目中，因保溫材料和涂料廠家分開施工，出現(xiàn)工程質(zhì)量問題時(shí)互相推諉、牽扯不清的現(xiàn)象，外墻保溫材料行業(yè)發(fā)展的方向?qū)⑹峭鈮Ρ夭牧虾惋椕鎸油苛弦獙?shí)現(xiàn)統(tǒng)一的有機(jī)結(jié)合。外掛外墻復(fù)合保溫板技術(shù)可減少墻體本身問題對(duì)外保溫效果的影響，且外墻保溫材料可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工廠化、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化、組合多樣化、施工裝配化和裝飾保溫一體化，是建筑外墻保溫的發(fā)展方向?？上驳氖菄鴥?nèi)現(xiàn)已有企業(yè)推出了工廠一體化生產(chǎn)的集裝飾與保溫隔熱于一體的復(fù)合隔熱保溫板［1］。國內(nèi)每年新建成房屋達(dá)16億?19億m2，如果外墻面積按照建筑面積2.5倍計(jì)算，每年新增外墻面積就是40億?47.5億m2，另外國內(nèi)每年還有大量的舊建筑進(jìn)行節(jié)能改造，因此，建筑外墻保溫材料市場潛力巨大。外墻復(fù)合隔熱保溫板的生產(chǎn)與應(yīng)用，符合國家節(jié)能環(huán)保以及發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)政策，符合建筑節(jié)能與建筑材料發(fā)展方向，市場前景十分看好。7、結(jié)語目前我國外墻保溫技術(shù)發(fā)展很快，是節(jié)能工作的重點(diǎn)。外墻保溫技術(shù)的發(fā)展與節(jié)能材料的革新是密不可分的，建筑節(jié)能必須以發(fā)展新型節(jié)能材料為前提，必須有足夠的保溫絕熱材料做基礎(chǔ)。節(jié)能材料的發(fā)展又必須與外墻保溫技術(shù)相結(jié)合，才能真正發(fā)揮其作用。正是由于節(jié)