外墙建筑节能材料的发展及类别

2020-02-15武允超

建材与装饰 2020年28期

武允超

（安徽省水利科学研究院，安徽蚌埠 233000）

1 建筑节能的意义

有研究表明，在我国至少有30%左右的能源消耗在建筑业中，而我国距离城市化的完成目标还有着不小的差距，随着中国的城市化的进一步推进，在将来很长一段时间，我国的建筑业依然要消耗很多自然资源。而建筑行业的能耗有一个规律，如果房子不在建造过程中进行节能处理的话，建好后想要再给房子做节能改造，难度会比较大，而且相应的成本也会非常高，效费比很低。因此，大力发展节能建筑，研发新型的节能材料，降低建筑能耗，对国家的能源节约具有极其重要的战略意义。

2 建筑物能源流失的途径

建筑的围护结构由墙体、屋顶、楼板、门窗构成，是建筑耗能的主要部位。对围护结构进行节能保温措施，能够有效降低建筑的能耗。根据研究表明，在建筑围护结构中，墙体占的耗能比例是最大的，是建筑节能的最主要部分。因此，外墙外保温材料对建筑节能有着极其重要的作用。

3 我国节能的发展历史

在20 世纪80 年代之前，我国隔热保温材料的发展十分缓慢，只能生产少量的节能产品，而且生产的产品无论从规格、品种还是质量等方面都不能满足国家建设的需要。

自1986 年始，我国开始试行第一部建筑节能设计标准，在1999 年，又把北方地区的建筑节能设计标准纳入强制性标准进行贯彻。国务院办公厅又接着出台《进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知》等文件。随着《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准（2001）》《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准（2004）》《公共建筑节能标准（2005）》的颁布，标志着我国开始进入全面节能时期，建筑节能技术也随之得到较大发展。

4 外墙外保温主要节能材料

外墙外保温，是在建筑的外墙上施工保温节能材料，起到保温隔热的作用。自保温政策实施以来，工程中采用的外墙外保温材料主要有膨胀聚苯（EPS）板、膨胀珍珠岩板、匀质板、岩棉板/带、无机保温砂浆、聚苯颗粒保温砂浆、硬质/喷涂聚氨酯泡沫、挤塑聚苯（XPS）板、硬质酚醛树脂泡沫、真空绝热板、发泡陶瓷保温板、玻璃棉板以及纳米孔气凝胶复合板等保温材料等。

5 节能材料的分类及不同材料的优缺点

市面上曾经使用和仍在使用的保温材料有如下几类，它们分别有着自己的优点与缺点。

5.1 塑料类

模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）板：是用可发性的聚苯乙烯颗粒经加热预发泡后，在模具中加热成型而制得的，使用温度不超过75℃，具有闭孔结构的聚苯乙烯泡沫塑料板材。优点：质轻、抗摔、抗震、保温、吸音、低成本、易施工。缺点：力学性能差，受摩擦等外力作用时颗粒容易掉落，易老化。

挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）板：是以聚苯乙烯树脂加催化剂及其他辅料，经挤出发泡成型的一种塑料板材。其表面形成的硬膜均匀平整，内部完全闭孔，发泡连续均匀，呈现蜂窝状结构。优点：抗压强度高、吸水率低、质轻、不透气、抗老化、防潮、耐腐蚀、导热系数低。缺点：本身防火性能较差，安全使用温度低、燃烧时火焰传播速度较快，易产生二次燃烧现象，不易施工。

喷涂硬质聚氨酯：简称PU，是两种化工原料：有机异氰酸酯（黑料）和多元醇（白料），加发泡剂、阻燃剂、催化剂等多种组分存储于耐压罐中。经发泡器加压、升温，然后由管道送到混合室内进行混合，或直接于喷枪口处瞬间混合，喷涂于需保温的表面现场瞬间发泡形成硬泡体。

硬泡聚氨酯保温板：以热固性材料硬泡聚氨酯为芯材，在工厂制成的，双面带有界面防护层的保温板。

聚氨酯保温材料的优点（含喷涂硬泡聚氨酯、硬泡聚氨酯板）：保温性能好，耐老化、耐水性、耐候性能优异。喷涂聚氨酯易施工，粘结性好，尺寸稳定性佳。缺点：喷涂聚氨酯喷涂时容易喷涂不平，低温施工性能不佳，耐冲击性能较差，未经改性的聚氨酯燃烧会产生毒气，防火等级和无机砂浆类差距较大。

酚醛泡沫板：由酚醛树脂加入阻燃剂、固化剂、发泡剂、抑烟剂及其他助剂制成的闭孔硬质泡沫塑料。优点：导热系数低、容重轻、耐化学、耐老化性能强、低温收缩小、热稳定性好，遇明火表面炭化，低烟。缺点：物理力学性能不佳，板材整体粘结性不好，抗压抗折能力较低，易粉化，成本高。

5.2 岩棉、玻璃棉、无机保温板类

岩棉板/带：岩棉是以玄武岩为主要原料而生产的绝热材料，其主要生产工艺是，玄武岩经过高温熔化成液态，经过离心工艺生产出具有一定长度、密度的轻质纤维，然后固化、成型，从而获得不同容重、规格的岩棉制品。产品按产品型式分为岩棉板和岩棉条。优点：属于无机隔热材料，耐火性能极佳；导热系数小、弹性好，板缝处应力较低，岩棉带是将岩棉板以一定间距切割成条状，翻转90°使用的制品。该制品的厚度为切不易出现裂缝；化学稳定性好、隔音效果好。缺点：岩棉板内聚强度差；未经憎水处理吸水率高；和外保温工程中的各种材料很难配套、相容；施工难度大，对人体皮肤有刺激作用；系统容易发生开裂、脱落等通病，难以做到与建筑物同寿命。

玻璃棉板：是以长石、硅酸钠、石英砂、硼酸等为主要原料。经过高温熔化、离心、固化制得小于2μm 的纤维棉状，经过定型制造出各种形状、规格的制品。其表面还可以粘贴铝箔或?PVC?薄膜等等。按粘结剂种类分为：普通玻璃棉制品、无甲醛玻璃棉制品。按使用用途划分为：内保温用、幕墙用、钢结构用、金属面夹芯板用、通风管道用玻璃棉制品。优点：玻璃棉渣球含量低、容重轻、吸声系数大、导热系数小、阻燃性能好。缺点：耐酸碱性差、抗拉性差、老化后会有碎屑掉落、支撑性弱。

膨胀珍珠岩板：膨胀珍珠岩是以天然、玻璃质、酸性的火山熔岩非金属矿产（包括：松脂岩、珍珠岩和黑曜岩等），在瞬时高温（1200℃左右）的条件下，内部结合水及挥发性成分迅速膨胀而成的颗粒状半成品。以膨胀珍珠岩为主体材料，与无机胶凝材料、或有机胶凝材料、外加剂等混合后，经压制、养护生产工艺制成的保温板材称为膨胀珍珠岩保温板。优点：性质稳定、防火能力优秀、易于维修、较耐撞击、耐久性方面可与建筑物同寿命。缺点：吸水率高、后期保温性能降低、易开裂、施工性能较差、运输途中易损。

发泡陶瓷板：又称泡沫陶瓷板，是以陶土、石英、页岩、碱金属或碱土金属氧化物的矿物原料，以发泡剂等为辅料，经高温发泡烧制而成的具有保温隔热性能的高密闭气孔率板状制品。优点：轻质高强、防火不燃、导热系数很小、防潮防水、用料环保、隔音降噪、施工快速、耐腐蚀、收缩小。缺点：韧性差、易碎易裂。

5.3 建筑保温砂浆类

有机保温砂浆：以有机类的轻质保温骨料，加由胶凝材料、填充料及聚合物添加剂等其他成分组成的聚合物砂浆保温材料。在我国，只有胶粉聚苯颗粒保温砂浆是大规模用于保温工程中的有机保温砂浆。虽然有机保温材料原材料便宜，保温隔热性能良好，但却存在防火性能差、易空鼓、开裂、抗负风压差、抗老化耐候性差等问题，现在基本已不再使用。

无机保温砂浆：以无机类的轻质骨料，混合胶凝材料做为主要粘结材料，掺加其他功能性的添加剂等制成的干粉料，使用时加水拌制成保温浆料并施工于基层表面，硬化后形成保温隔热层。目前使用较多的无机保温砂浆主要有以下几种：膨胀珍珠岩保温砂浆、复合无机保温砂浆、玻化微珠保温砂浆、膨胀蛭石保温砂浆和泡沫无机保温砂浆。优点：防火性能优越、使用无机材料对环境无污染，耐酸碱、耐腐蚀，耐老化年限远高于有机保温材料，价格较低，耐久性强、施工简单。缺点：导热系数较大、自重较大，高层建筑保温砂浆脱落时易造成事故，吸湿大，易因反复干湿出现裂缝，低温季节易出现冻融破坏。

5.4 新型保温材料

真空绝热板：在真空状态下将芯材用阻气隔膜封装的绝热制品。真空绝热板通常由三个部分组成，即芯材、隔气膜和吸气剂。芯材通常为多孔介质材料，例如粉末状二氧化硅、玻璃纤维或微孔聚氨酯等。芯材的作用①防止真空板在中空状态下发生收缩和坍塌；②由于芯材本身的低导热特性，能有效阻止热传导。隔气膜由无机纤维布、铝箔和多层致密材料组成，主要用于固定保护芯材，通过抽真空可以极大程度地降低热对流，同时铝箔可以有效地反射热辐射。吸气剂（干燥剂）通过吸收外部渗漏或芯材释放的气体，使真空板保持稳定的“真空度”。优点：导热系数极小、厚度薄、质量轻、不吸水、燃烧等级高、性能稳定。缺点：易破损泄露、施工要求高，施工前要提前做好尺寸排版工作，不易与墙体粘结，板子的封边易形成热桥。

纳米孔气凝胶绝热制品：

①气凝胶：通过溶胶-凝胶工艺，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种开放性纳米多孔结构三维网络固态材料。

②纳米孔气凝胶复合绝热制品：通过溶胶-凝胶法，将增强材料与溶胶复合，然后用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相形成的纳米级多孔复合制品。

优点：因气孔尺寸为纳米级，导热系数极低；主要成分为SiO2，化学性能稳定、防火性能优秀、密度小，质轻、无毒无害，可做到与建筑物同寿命。

缺点：气凝胶生产工艺要求较高、疏水性能弱、不耐高温、价格贵、强度低。