土建工程中新型保温材料的开发与应用

孟永涛，秦 臻，逯兆霆，王 盟，张婉琦

（中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450000）

随着世界工业化发展，能源问题成为各个国家需要面对和正视的主要问题之一。与某些发达国家相比，我国的节能环保体系的实施和运行仍有一些差距。但随着我国绿色发展理念深入人心，在土建领域上，对环境无害、有利，节能效果好的新型环保材料开始慢慢占据各种建筑工程应用材料的主要位置［1］，并且新的节能环保功能材料仍在不断开发和应用当中，成为建筑工程中材料发展的新的方向和潮流。

1 新型节能环保材料的应用必然性

1.1 环境友好

传统的建筑材料一般以木材、砖石为主，在历史中华风格的建筑中，青砖、琉璃瓦和木材的有机结合展现了我国丰富优越的建筑审美和独特的建筑风格，除此之外，土、沙、石等作为辅料也展现了中华建筑的质朴和生命力［2］。然而，传统建筑材料的加工和应用过程中都伴随着对环境的不同程度的污染和破坏，在建筑工程发展极其快速的今天，传统建材的应用会导致大量的粉尘污染和水污染，甚至化学污染和放射污染。

相比而言，新型建筑材料大多具有环境友好性，生产原料易获得，生产环节严格把控，施工简单易行，具体有以下三点：新型建筑材料的设计原则和生产过程中，都不得含有重金属元素（Hg、Ni、Cr、Cu等），有机污染物如醛类、芳香族化合物、卤化物和其他大分子碳氢化合物等都具有严格的添加限量［3］；新型建筑材料的原料选择需要满足易获得的原则，且不能是不可再生的天然材料，生产技术需要满足零污染、低能耗的原则，同时不能产生二次污染物；新型建筑材料在服役过程中需要满足国家规定的建筑环保类文件要求，对人体健康无威胁，长期服役过程中理化性质保持稳定［4］。

1.2 回收利用

新型建材在保证功能性的前提下，具有较好的环保性的同时，也要具有高回收率以便快速有效的达到对废弃建筑材料的资源整合化处理，以保温玻璃材料和绝热板材等新型保温建材为例，通过对废弃物的二次加工利用，降低浪费的同时具有较好的经济效益。即新型建筑材料在服役期结束后，可以经过有效的回收手段，将其改造再利用，作为新的节能环保材料或其他功能，以达到真正生产—施工—废弃三个环节下的零污染。

1.3 舒适性

传统的建筑材料很难达到对建筑物的多功能化处理，新型节能环保保温材料在我国实际建筑工程领域中应用，通过合理的建筑设计，可以巧妙地节省建筑空间，同时达到相同甚至更好的保温效果，大大提高了新型建筑工程的简洁美观性和宜居性。通过对不同新型节能环保保温材料的应用和布局，不仅可以更好地调节室内的环境以达到人体的最适参数，提高人们居住的幸福感，更能降低传统建筑工程的施工过程中具有的有害成分如甲醛、苯酚等，让建筑居住者享受更健康更安全的居住空间。

2 新型保温材料的工程应用

过去，建筑的保温性能通常是通过加厚墙体实现的，消耗大量建材的同时保温能力并不高，而新型保温材料的应用可以有效地降低建筑物内产生的热量损耗，使用合适的保温、绝热材料可以切实改善建筑物内的温度，达到降低保温过程能源消耗的目的［5］。目前的建筑工程领域中，常见的新型保温材料有很多种，但由于理化性质的不同，应用方式也有所差异，但都能降低建筑物内的热量流失，达到理想的保温效果。同时，新型保温材料的施工过程比较简单，且没有粉尘等污染物的产生，对环境友好。由此而言，新型节能环保保温材料在建筑工程和环境工程中具有较高的应用价值。

2.1 建筑外墙体保温材料的应用

建筑保温体系的主要功能承担在建筑外墙体的保温体系中，在对建筑外墙进行保温施工时，通常采用的新型保温材料为板材，常见的新型保温板材有：

（1） 建筑外墙保温板［6］

建筑外墙保温板是由有机高分子保温材料为主要组成部分，加之玻璃纤维或金属网格布增大其与聚合物砂浆的粘附力，复合而成的有机高分子保温板材，最为常见的是聚苯乙烯塑料泡沫板材，按照加工方式的不同，分为模塑型（EPS）和挤塑型（XPS）。外墙保温板的粘结施工过程较为简单，保温效果较好，材料强度高，造价低廉，耐腐蚀，满足各类型建筑工程的节能需求，是建筑工程领域外墙保温材料的优先选择。

（2）保温水泥模板

与聚苯乙烯保温板不同，保温水泥模板外墙一般作为隔热模块应用在混凝土墙体体系当中，保温水泥模板内部有着钢筋架构，将混凝土浇筑进水泥模板内，保证墙体较高的绝热性的同时具有相当的防火性。

（3）岩棉制品板［7］

岩棉制品通常是选择优质的石料如玄武岩、白云岩和辉绿岩等，将其加热至粘流态，经过高速离心等步骤制成纤维状的无机材料，按照岩棉板服役要求的不同加入粘结剂、憎水剂或防尘油等辅料，固化后切割成标准岩棉板材，岩棉的性能参数见表1。岩棉板大多应用于房屋的保温隔热体系中，岩棉板的内部孔隙较大，导热系数低，耐腐蚀，成本低廉，长期稳定性高，但岩棉板吸水后保温性能下降较大，需要注意岩棉板的保存和服役环境的问题。

表1 岩棉板的主要性能参数Table 1 Main performance parameters of rock wool board

（4） 泡沫玻璃板［8］

顾名思义，泡沫玻璃板的主要原料是玻璃。将玻璃粉碎成为小的玻璃颗粒，高温熔化并加入发泡剂等添加剂，发泡处理后退火制得无机非金属保温材料。泡沫玻璃板的原料通常选废弃的玻璃制品，减少生活中玻璃制品废弃物的危害，同时带来较大的经济效应，符合新型节能环保材料的原料选择准则。同时，无机非金属材料的特点使得泡沫板材有着优异的防腐、稳定性，泡沫玻璃板的主要技术参数可见表2。

表2 泡沫玻璃板的主要性能参数Table 2 Main performance parameters of foam glass plate

（5） 砂加气混凝土［9］

砂加气混凝土砌块的生产过程，由于添加了少量的铝粉，经过配料和搅拌工艺，铝粉和其他硅酸盐，钙元素复合反应，产生大量的气孔，因此又称之为加气混凝土。由于砂加气混凝土本质上仍然是混凝土结构，所以具有良好的耐火性和稳定性。但因其结构具有大量的孔隙，使得砂加气混凝土的导热系数比常规的混凝土材料要小得多，一般作为保温系统的一部分应用在建筑物的外墙填充墙。

（6）陶粒混凝土

陶粒混凝土与常规混凝土的区别在于，陶粒混凝土的骨料是陶粒而非石料，一般以粘土和亚粘土加工成直径为0.5cm的骨料。陶粒的加入使得陶粒混凝土的保温性能有较大的提高，且密度较小，有效降低建筑框架材料的负荷。

2.2 新型保温门窗的应用

除外墙保温系统外，门窗也是较为重要的保温系统。以前的建筑工程中使用的门窗材料大多以木料和塑料为主，但随着我国低碳环保的发展理念深入，传统的门窗材料开始慢慢淘汰。同时，由于木材、塑料等材料与建筑主体的砖石膨胀系数不同，随着温度的循环变化，门窗会发生一定程度上的形变导致与建筑墙面产生孔隙。因此，新型环保保温门窗材料的开发和应用十分有必要。

目前市场上常见的新型门窗材料大多以塑料树脂材料为主，以PVC塑料门窗为例，虽然没有金属元素的加入，但其强度并没有太多的降低，并且，由于主体材料是有机高分子材料，其导热系数远远低于金属材料，且具有较好的韧性，兼具良好的保温性能，同时也不会产生孔隙，有效防止漏风的现象。断桥保温窗是另一种应用较为广泛的新型门窗材料，是在铝合金门窗的基础上加装了有机绝缘条，降低铝合金导热系数的同时提供了墙体和铝合金之间的膨胀缓冲区域，且维持了金属门窗特有的高强度［10］。

2.3 节能保温玻璃材料的应用

在对建筑物的门窗保温体系考量时，玻璃材料也是保温体系中重要一环。经过玻璃工业的长足发展，过去建筑物所使用的普通玻璃已经开始慢慢被淘汰。为了加强玻璃材料的节能保温效果，减少玻璃材料带来的热量对流，现阶段建筑工程领域推出了多种新型保温玻璃，如双层玻璃结构的真空玻璃、夹胶玻璃，经玻璃表面处理的镀膜玻璃，以及玻璃的二次处理如泡沫玻璃等，都呈现出比较优良的保温效果，明显降低了玻璃的导热系数，更好地实现保温效果。以真空玻璃和夹胶玻璃为例，通过对两片玻璃之间排除空气达到近似真空状态和加入胶体两种方式，尽可能降低了室内外热量的热对流，达到保温效果。而镀膜玻璃是利用电泳或溅射等新技术在玻璃表面涂装一层半透过性质的涂层，在透光的前提下，不仅降低了导热系数，同时有效降低了太阳热辐射，降低制冷系统的能量消耗［11］。

2.4 新型防水密封材料

建筑物的保温系统保温能力与建筑物的密封性息息相关，这意味着在实际的土建工程中，新型的防水密封材料也需要严肃对待。常见的新型防水密封材料种类有很多，如防水沥青、聚氯乙烯防水膜、合成高分子防水涂料等［12］，这些材料都具有良好的防水密封性能，有利于建筑保温系统的完善。

3 总结与展望

节能环保是我们需要且必须认真对待和尽力维护的，对于土建工程领域的科研人员而言，为了实现人与自然更为协调的发展和交互，需要从建筑材料的生产、施工、服役等多个环节努力，实现建筑材料从生产、施工、回收整个流程的污染物零排放，同时需要对建材本身具有的功能性进行多元化、高效化、低成本化发展，努力实现土建工程领域的高质量发展。