住宅外墙保温材料性能及保温效果对比分析

■ 陆伟光 Lu Weiguang

0 引言

随着节能减排工作的贯彻深入，我国先后发布实施了《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ 26—95）、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 134—2010）、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 75—2012）。在国家技术政策和节能标准的推动下，外墙外保温体系的使用也越来越广泛。尤其是近年来，建筑保温节能要求日益提高，采用外墙外保温体系的建筑数量不断增长，各种新型的保温材料层出不穷。随着防火要求的提高，膨胀聚苯板（EPS板）、挤塑聚苯板（XPS板）、聚氨酯等易燃保温材料已被逐渐淘汰出市场。目前，住宅中应用较多的燃烧性能为A级的材料有泡沫玻璃板、发泡水泥板和岩棉板，本文将着重介绍这3种常用保温材料。

1 外墙外保温材料

1.1 泡沫玻璃板

泡沫玻璃是由碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和发泡促进剂等，经过细粉碎和均匀混合后，再经过高温熔化、发泡、退火而制成的无机非金属玻璃材料。具有不吸水、不燃烧、容重低、导热系数小等优点，但生产成本较高[1]。

1.2 发泡水泥板

发泡水泥板以普通硅酸盐水泥、粉煤灰或矿粉为主要材料，再加入特殊效果的外加剂，经发泡、成型、养护、切割等工艺所生产的具有一定保温效果的轻质多孔保温板材。由于材料中孔洞较多，易吸水。

1.3 岩棉板

岩棉是以玄武岩或辉绿岩为主要原料经高温熔制成的无机人造纤维岩棉制品，具有良好的保温、隔热、吸声、耐热、不燃性能和良好的化学稳定性[2]。岩棉纤维进入到人体呼吸道的话，对人体造成伤害。

表1 第一组泡沫玻璃板测试结果

表2 第二组泡沫玻璃板测试结果

表3 第三组泡沫玻璃板测试结果

图1 三组泡沫玻璃板数据对比

图2 每组泡沫玻璃板数据平均值对比

2 材料性能、施工方法及其他方面特性比较

2.1 燃烧性能

2015年5月，《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）开始发布实施，规定民用建筑外保温材料的燃烧性能宜为A级，且不应低于B2级。2015年10月，《民用建筑外保温材料防火技术规程》（DGJ 08—2164—2015）规定，新建、改建、扩建民用建筑外墙保温材料严禁采用燃烧性能为B2级及以下的保温材料。发泡水泥板、泡沫玻璃板、岩棉板作为无机保温材料，燃烧等级均为A级，能满足防火要求。

2.2 导热系数、密度、抗拉强度

分别对泡沫玻璃板、发泡水泥板和岩棉板进行测试，测试所用泡沫玻璃板、发泡水泥板、岩棉板，采用相同的成型工艺，不同的规格，从中选取具有代表性密度的保温材料进行试验。

2.2.1 泡沫玻璃板

依据标准要求，在目前市场上常用的泡沫玻璃板中选取3种密度具有代表性的泡沫玻璃板，测试其导热系数、密度、抗拉强度，测试结果如表1～3所示。

通过比较（图1、2）可以看出，泡沫玻璃板的导热系数和抗拉强度随密度增加而逐渐增加。当密度平均增加27%时，抗拉强度增加24%，导热系数约增加20%，导热系数增加幅度与抗拉强度增加幅度基本一致。

2.2.2 发泡水泥板

依据标准要求，在目前市场上常用的发泡水泥板中选取3种密度具有代表性的发泡水泥板，测试其导热系数、密度和抗拉强度，测试结果如表4～6所示。

由图3、4可以看出，发泡水泥板的导热系数和抗拉强度随密度逐渐增加，当密度平均增加23%时，抗拉强度增加50%，导热系数增加11%（即保温性能下降11%），其抗拉强度增长幅度远高于保温性能下降幅度。

因此，在选择发泡水泥板时，宜选择密度较高那种。一方面，密度的增加对于抗拉强度的提高幅度远远大于保温性能下降幅度；另一方面，发泡水泥板密度较低时，脆性较大，施工时易碎裂。因此，在满足节能要求的前提下，宜选用密度高的发泡水泥板。

2.2.3 岩棉板

依据标准要求，在目前市场上常用的岩棉板中选取3种密度具有代表性的岩棉板，测试其导热系数、密度、抗拉强度，测试结果如表7～9所示。

对于岩棉板来说，岩棉板随密度增加，导热系数变化不大，垂直于板的抗拉强度逐渐增加，当密度增加28%时，垂直于板的抗拉强度增加10%（图5、6）。可见，岩棉板密度对保温性能影响不大。

图3 三组发泡水泥板数据对比

图4 每组发泡水泥板数据平均值对比

表4 第一组发泡水泥板测试结果

表5 第二组发泡水泥板测试结果

表6 第三组发泡水泥板测试结果

表7 第一组岩棉板测试结果

表8 第二组岩棉板测试结果

表9 第三组岩棉板测试结果

2.3 施工方法

2.3.1 发泡水泥板与泡沫玻璃板保温系统施工

发泡水泥板保温系统由黏结层、保温层、连接件、增强防护层和饰面层组成。发泡水泥板保温板与基层采用满粘法，且黏结层厚度不应小于5 mm；连接件的布置每平方米不少于5个[3]。

泡沫玻璃保温系统由黏结层、保温层、连接件、增强防护层和饰面层组成。施工时基层墙体涂刷混凝土专用界面剂，然后采用专用的干混薄膜层抹灰砂浆对基层墙体进行找平。泡沫玻璃板粘贴面积不小于50%，连接件的布置密度一般为每平方米4～5个[4]。

由于泡沫玻璃板和发泡水泥板在外墙保温中使用的板材多以300mm×300 mm板材为主，按照每平方米5个锚栓的要求设置，锚栓的设置就不可能把所有的板材覆盖，所以碎裂的板材容易脱落。

2.3.2 岩棉板保温系统施工

岩棉板保温系统由黏结层、保温层、连接件、增强防护层和饰面层组成。基层墙面用1∶3水泥砂浆进行填实找平。基层必须干燥并具有一定的机械强度。岩棉的粘贴采用点粘法，岩棉的结构较松散，所以岩棉板的固定，除了可靠的黏结外，锚栓的设置非常重要，锚栓的数量、规格、分布及拉拔力试验都必须符合设计要求。岩棉受潮后，易造成板材的疏松，强度降低， 因此，保温板的开口处都要有可靠的密封措施，或者采用憎水型板材，以阻断雨水、潮气的入侵通道，达到耐久、可靠的保温效果。施工过程中，岩棉纤维会损伤施工人员的呼吸系统及裸露皮肤，因此，在施工过程中必须做好必要的防护措施。

2.4 其他方面比较

在整体性上，泡沫玻璃板、岩棉板和发泡水泥板是以板材形式施工于外墙表面，对外墙表面平整度要求较高，泡沫玻璃板和发泡水泥板材料本身有一定的强度，其抗拉强度均能达到0.1MPa以上，但抗折抗弯性能较差，属于脆性材料，施工过程中必须避免磕碰。岩棉板属于柔性材料，有一定的韧性，但是主要是由纤维通过压制而成，纤维之间的联系程度较差，垂直于板的抗拉强度只能达到10kPa以上。

图5 三组岩棉板数据对比

图6 每组岩棉板数据平均值对比

3 保温性能比较

根据《居住建筑节能设计标准》（DGJ 08—205—2015），“3层及以下建筑外墙平均传热系数小于等于0.8 W/（m2K），3层以上建筑外墙平均传热系数小于等于1.0 W/（m2K）”。为便于分析，计算条件可做如下简化处理。

（1）3层及以下建筑通常为砌体结构，圈梁、过梁、楼板、构造柱等结构性热桥比例取25%，外墙主墙体以加气混凝土砌块为例。3层以上建筑尤其是高层建筑多为剪力墙结构，以剪力墙传热系数作为外墙平均传热系数。

（2）泡沫玻璃、发泡水泥板和岩棉板导热系数取上述3组检测数值密度为中间的一组数据，分析计算外墙平均传热系数满足现行节能标准要求时，泡沫玻璃、发泡水泥板和岩棉板的厚度。

3层及以下建筑外墙平均传热系数应符合公式（1）要求：

式中：

K主墙体—外墙主体部位传热系数，单位：W/（m2K）；

K热桥—外热桥部位传热系数，单位：W/（m2K）；

Ri—外墙内表面对流换热系数，取0.04 W/（m2K）；

Re—外墙内表面对流换热系数，取0.11 W/（m2K）。

从保温层厚度计算表（表10）可知，对于3层及3层以下建筑，主墙体材料采用加气混凝土砌块，外墙保温材料采用泡沫玻璃板、发泡水泥板和岩棉板，要达到现行节能标准要求，保温层厚度分别为25mm、35mm和20mm。对于3层以上建筑，大部分建筑尤其是高层建筑，主墙体多为钢筋混凝土，外墙保温材料采用泡沫玻璃板，发泡水泥板和岩棉板，要达到现行节能标准要求，保温层厚度分别为40mm、55mm和35mm。

表10 保温层厚度计算表

4 结语

综上所述，泡沫玻璃板、发泡水泥板和岩棉板均属于无机保温材料，防火性能均达到A级要求。三种保温材料中，就保温效果而言，岩棉板最优；就耐久性而言，泡沫玻璃板最优；就材料的强度、保温性能、施工性能、对人体健康影响等综合性能而言，发泡水泥板综合性能最优，性价比也最高。具体选择时，应根据项目实际情况选择合适的保温材料。特别是当外墙外保温采用发泡水泥板时，在满足节能要求的前提下，宜选用密度高的发泡水泥板。一方面，是因为密度增加对于抗拉强度的提高幅度远远大于保温性能下降幅度；另一方面，发泡水泥板密度较低时，脆性较大，施工时易碎裂。泡沫玻璃板就材料本身而言，性能略优于发泡水泥板，但价格是发泡水泥板的3倍左右，性价比低。

除上述保温系统外，目前市场上又出现了很多新型的外墙外保温系统，如复合板保温系统、水泥基物理发泡保温材料、纤维增强改性发泡水泥保温装饰板、无机改性不燃保温板外墙保温系统等等，还有近年来开始推广的隔热反射涂料等新型材料。因此，设计人员在选择外墙保温系统时，要了解每种保温系统的优缺点，根据住宅建筑的特点选用适合的外墙保温系统。

[1]邵占华.泡沫玻璃板外墙外保温系统浅析[J].中国住宅设施 ,2016,5(5)：20-24.

[2]章书建.岩棉板薄抹灰外墙外保温系统应用及案例分析 [J].建筑节能 ,2012(8)：45-47.

[3]上海市住房和城乡建设管理委员会.DG/TJ 08—2138—2014 发泡水泥板保温系统应用技术规程[S].上海：同济大学出版社,2014.

[4]上海市住房和城乡建设管理委员会.DG/TJ 08—2193—2016 泡沫玻璃板保温系统应用技术规程[S].上海：同济大学出版社,2016.