装配式建筑用外墙保温材料

周丽红（西安墙体材料研究设计院，陕西 西安 710061）

2020年我国装配式建筑占全国新开工装配式建筑共计6.3亿m2，较2019年增长50%，占新建建筑面积的比例约为20.5%。装配式建筑具有工程质量规范化和标准化、生产效率高、施工速度快、优节省资源和能源、有利于环境等优势。

装配式建筑是由结构系统、外围护系统、设备管线系统和内装系统四个系统集成的整体。装配式建筑结构体系的发展已经相当成熟，而目前制约装配式建筑发展的关键在于装配式建筑的围护结构系统的发展。建筑外墙热损失约占建筑总能耗的32.1%~36.2%，提高建筑物外墙系统的保温隔热性能，能够有效减少建筑物的热量损失，降低建筑使用能耗，提高居住舒适度。建筑外墙主体材料以及保温材料（简称外墙系统）除了应满足保温隔热性能的要求，还应该满足结构安全性、防火性能及耐久性等方面的要求。对于装配式建筑外墙及其保温材料尚应满足工业化生产以及装配化施工等的技术要求。

目前我国应用于装配式建筑的外墙体系及其保温材料种类较少，且现有的外墙体系及其保温材料在应用中存在不少问题。本文主要介绍建筑外墙保温材料种类及其性能，装配式建筑的外墙保温体系，提出了装配式建筑外墙保温材料选用要求。

1 建筑外墙的保温材料种类及其性能

外墙保温材料分为无机保温材料和有机保温材料。无机保温材料主要是岩棉、玻璃棉、真空绝热板、复合硅酸盐保温材料、保温砂浆、硅酸盐保温材料、陶瓷保温材料及发泡混凝土保温材料等。有机保温材料应用较多的是XPS、EPS、硬泡聚氨酯喷涂、硬泡聚氨酯保温板等。影响保温材料性能的主要因素有材料强度、导热系数、燃烧性能、耐久性能、吸水率和憎水性等。外墙用无机保温和有机保温材料主要性能见表1、表2。

表1 外墙用有机保温材料主要性能指标

表2 外墙用无机保温材料主要性能指标

有机保温材料和无机保温材料的主要区别是，无机保温材料为A级不燃烧，而有机保温材料燃烧性能为B1或B2级；无机保温材料的耐久性能好，而有机保温材料的寿命相对短且影响因素较多。《外墙外保温工程技术规程》JGJ144-2017规定，在正常使用和正常维护条件下，外墙外保温工程的使用年限不应少于25年。德国、美国等的外墙外保温使用年限均超过25年，但到了25年后即进入高关注时期，需要整体提升改造。在我国，部分建筑由于材料及施工质量原因，导致不少外墙外保温工程的使用寿命达不到25年，外保温的使用年限在10~15年之间。

2 装配式建筑外墙保温体系

装配式建筑外墙保温，按照结构形式分外墙外保温、外墙夹心保温、外墙内保温及自保温四种。装配式建筑外墙保温体系主要有预制混凝土外挂墙板（包括夹心保温和外保温）、轻钢龙骨复合墙板、蒸压加气混凝土墙板、保温装饰一体化复合墙板、陶粒轻质混凝土条板、发泡陶瓷轻质复合条板、夹心轻质复合条板及其他轻质复合条板体系等。

2.1 预制混凝土外挂墙板系统

预制混凝土外挂墙板系统是安装在主体结构上，由预制混凝土外挂墙板、墙板与主体结构连接节点、防水密封构造、外饰面材料等组成，具有规定的承载能力、变形能力、适应主体结构位移能力、防水能力、防火性能，起围护和装饰作用的外围护结构系统。预制混凝土外挂墙板是应用于外挂墙板系统中的非结构预制混凝土构件。外挂墙板包括预制混凝土夹心保温外挂墙板、预制混凝土外保温外挂墙板和内保温外挂墙板。

预制混凝土外保温墙板的保温材料可以选用挤塑聚苯、模塑聚苯、玻璃棉、岩棉、聚氨酯等保温材料；预制混凝土夹心墙板可采用聚苯乙烯、硬泡聚氨酯、酚醛泡沫板、岩棉板、水泥基泡沫板和泡沫玻璃板等作为夹心保温层，夹心保温材料的导热系数不宜大于0.04W/(m·K)，体积吸水率不宜大于0.3%，燃烧性能等级不低于B2级。

2.2 蒸压混凝土墙板体系

蒸压加气混凝土墙板是在蒸压加气混凝土内配置经防锈处理的钢筋网片的板材，可分为外墙板和内墙板。单一蒸压加气混凝土外墙体的热工性能能够满足夏热冬冷地区和夏热冬暖地区建筑外墙要求。但一般不能满足严寒和寒冷地区75%建筑节能要求的大部分外墙性能要求。

在严寒和寒冷地区，300mm厚单一B05蒸压加气混凝土墙体的传热阻约为2.03（m2·K/W），传热系数为0.49W/(m·K)；250mm厚单一B05蒸压加气混凝土墙体的传热阻为1.71（m2·K/W），传热系数为0.58W/(m2·K)；按照《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26的要求，不同类别的严寒、寒冷地区的9层及以上建筑，要求外墙传热系数分别小于0.5W/(m2·K)、0.55W/(m2·K)、0.6W/(m2·K)、0.7W/(m2·K)。可见，单一蒸压加气混凝土墙体仅可以满足9层以上建筑外墙75%节能要求，而对于严寒地区9层以下的建筑，一般300mm厚的蒸压加气混凝土不能满足建筑节能的要求，趋向于采用蒸压加气混凝土复合墙体。对严寒和寒冷地区宜采用蒸压加气混凝土外墙板与透气性无机保温装饰一体化板材的保温墙体。

另外，随着建筑节能技术发展和要求的提高，从建筑节能30%、50%、65%、75%及65%~75%以上的近零能耗建筑和零能耗建筑，降低建筑能耗和碳排放是建筑发展重要的方向。对于蒸压加气混凝土单一墙板体系的近零能耗建筑和零能耗建筑，是不能满足建筑节能对建筑外墙体的要求，因此应采用蒸压加气混凝土墙板与保温材料的复合墙体体系，相应的保温材料宜选用真空绝热板、XPS、EPS以及发泡混凝土等。

2.3 保温装饰一体化墙板体系

保温装饰板一体化墙板是指在工厂预制成型的板状制品，由保温材料、装饰面板以及胶粘剂、连接件复合而成，具有保温和装饰功能。保温装饰板外墙外保温系统由保温装饰板、胶粘剂、锚固件、嵌缝材料和密封胶等组成，置于建筑物外墙外侧，与基层墙体采用粘结和锚固方式施工的非承重保温构造，还包括必要时采用的承托件、防火构造等。

保温装饰一体化板的保温材料可以是真空绝热板、气凝胶、无机发泡陶瓷保温、泡沫水泥材料等A级燃烧等级的保温材料，也可以是聚苯板EPS、石墨聚苯板、热固型改性聚苯板、竖丝复合岩棉板、聚氨酯板等B1级的保温材料。装饰面板由无机非金属材料衬板及装饰材料组成，也可为单一无机非金属材料。B1级保温材料的应用应符合防火规范、地方相关规定以及相关标准要求。保温装饰一体板因过去的使用过程中存在系统耐久性和安全性等的问题，不少地区现已发布相关规定和文件，根据不同建筑类型对保温装饰一体化板材进行限制性使用。

2.4 轻钢龙骨复合墙板体系

轻钢龙骨式复合墙体，由轻钢龙骨、保温和隔热内填材料、两侧覆面板构成，在工厂生产的建筑用承重或非承重的墙体。轻钢龙骨复合墙板体系主要有以下2种，其优势是墙体体系的防火性能好、保温性能好，好装配化程度高及施工快。

第一种是薄壁轻钢龙骨中间填充玻璃棉等保温材料，两侧以石膏板为面板的复合墙体体系，根据不同地区建筑节能要求，墙体外侧或墙体内侧可再复合其他保温材料，这种墙体体系发展成熟，在北美国家应用较多，我国轻钢结构墙体也应用较多。

第二种是现浇泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体体系，以轻钢龙骨为支撑，以固定在轻钢龙骨上的纤维增强水泥板为面板，面板也可以是其他的板材，中间现浇泡沫混凝土的复合墙体。现浇泡沫混凝土轻钢龙骨复合墙体可用于建筑外墙和建筑隔墙。现浇的墙体可以在工厂预制，也可以现场施工，比较灵活。这种墙体体系多用于低层和多层钢结构建筑的内外墙体。

3 装配式建筑外墙保温材料选用要求

根据建筑结构特征及要求，确定外墙保温体系类型，外围护墙体体系首先应当满足抗震、风荷载以及自重荷载下的承载力要求及耐撞击性能等要求。装配式建筑外墙可选用预制夹心保温外墙体系、预制混凝土外挂墙体体系、保温装饰一体墙体体系、蒸压加气混凝土墙体体系以及轻钢龙骨复合墙板体系等，符合装配式建筑要求的外墙体体系。

不同建筑和外墙体系对防火的要求不同，保温材料应符合建筑所在地区《建筑设计防火规范》GB50016-2014及当地相关文件通知要求。

根据建筑节能要求，选用保温材料种类及厚度。近年，随着建筑节能及绿色建筑要求的提高，对建筑外围护体系的要求也不断提高，外围护结构保温层厚度相应增加，如近零能耗建筑对外墙保温的要求相当于从现在60mm~80mm提高到200mm以上，这给外墙外保温体系及保温材料的要求带来了巨大的挑战。保温材料应与外墙保温系统的使用年限要求匹配，考虑保温材料的耐久性是否满足要求，以及与保温材料有关的后期维护问题。