外墻外保溫系統保溫材料的應用

在污染繼續惡化、能源消耗日益激烈的時代，綠色環境保護和節能減排已成為世界趨勢。據資料統計,在我國的能源消耗中,建筑能耗約占總量的30%。而建筑能耗主要是使用過程的能耗,最經濟有效的措施就是加強建筑隔熱保溫,因此外墻保溫對節能降耗起著極為重要的作用。2005年4月15日,原中國建設部發布了《關于新建居住建筑嚴格執行節能設計標準的通知》,對新建建筑實施強制節能標準,提出到2020年實現全國城鎮新建建筑節能達到60%的總體目標。因此,我國現在正在在建過程中強制性地推廣建筑保溫材料的應用,其中,又以外墻外保溫材料應用最為廣泛。外墻外保溫系統是由保溫層、保護層和固定材料(膠粘劑、錨固件等)構成并且適用于安裝在外墻外表面的非承重保溫構造的總稱。顧名思義,外墻外保溫是一種把保溫層放置在主體墻材外面的保溫做法,因其可以減輕熱橋的影響,同時保護主體墻材不受溫度變形應力,是目前應用最廣泛的保溫方法。目前,我國正在使用的外墻外保溫系統的保溫材料主要分為三大類:(1)無機保溫材料,如巖棉、玻璃棉、無機保溫砂漿、珍珠巖等材料;(2)無機有機復合保溫材料,主要指膠粉聚苯顆粒保溫砂漿;(3)有機高分子保溫材料,這是目前最為常用的材料,如膨脹聚苯板(EPS)和擠塑板(XPS)、聚氨酯以及最近發展比較迅速的酚醛板。除了以上三大類之外,另外還有無機纖維噴涂外保溫系統,但其應用相對而言不是非常廣泛。1環保材料1.1運營系數和導熱系數巖棉是礦物棉的一種,是以天然巖石及礦物為原料制成的蓬松短細纖維。其產品按制品形式分為巖棉、巖棉板、巖棉帶、巖棉氈及巖棉管殼等。巖棉有著良好的絕熱性能,常溫下其導熱系數為0.029~0.044W/m·K,是優良的保溫材料。此外,巖棉也具有好的熱和化學穩定性及一定的防水性,并且本身無毒害,應用廣泛。但巖棉自重較重,且自撐性差,在施工中需要大量的人力物力。巖棉的防火性能等級非常高,是優良的防火材料。按照GB8624-1997分級標準,通過GB/T5464-2010試驗方法檢測可以達到A級。而巖棉的熱荷重收縮溫度也都大于600℃,這就保證巖棉外保溫系統在火災中不會輕易收縮垮塌。1.2熱、吸音性能好玻璃棉屬于玻璃纖維中的一個類別,是一種人造無機纖維。玻璃棉是將熔融玻璃纖維化,形成棉狀材料,化學成分屬玻璃類,是一種無機質纖維,具有成型好、體積密度小、熱導率低、保溫絕熱、吸音性能好、耐腐蝕、化學性能穩定等優點。由于其獨特的多孔結構,玻璃棉在吸聲方面具有獨一無二的優勢。但由于玻璃棉抗拉強度過低,不太適合做外墻保溫系統,通常用于屋頂屋面。玻璃棉和巖棉一樣,防火性能都很優良,按照GB8624-1997分級標準也能達到A級。但玻璃棉的熱荷重溫度較低,一般不超過400℃。通過GB/T5464-2010方法檢測,質量損失在30%左右,爐內溫升在20℃上下,表面可能出現零星火焰。實驗結束后,玻璃棉外觀顯著變化,從原來的淡黃色蓬松纖維狀收縮變成灰白色固體,表面光滑,具有一定的脆性。1.3無機材料的應用無機保溫砂漿是以無機類的輕質保溫顆粒作為輕骨料,加入膠凝材料、添加劑及其它填充料等組成的干粉砂漿,其中輕質保溫顆粒是一種內部多孔、呈球狀體的非金屬礦物質基輕質絕熱顆粒。其主要成分都是無機材料,具有耐酸堿腐蝕,不易開裂脫落的特點,穩定性較高,且密度不大,實際應用中操作較為簡易。但無機保溫砂漿的保溫性能較差,一般較有機類保溫材料能量損耗約多15%。無機保溫砂漿的防火性能也能達到A級,通過GB/T5464-2010方法檢測,質量損失在15%左右,爐內溫升僅在10℃上下,且表面不出現任何持續可見火焰。1.4優質的資本主義珍珠巖珍珠巖(又稱珠光砂)是一種由火山噴出的巖漿經急劇冷卻形成的酸性玻璃質巖石,因具有珍珠裂隙而得名。珍珠巖經破碎,被篩分成各種大小不等的顆粒,再經預熱后,被瞬間加熱至1000~1300℃高溫,這時其體內所含水分變成蒸汽,使得已在高溫下軟化的巖石迅速膨脹4~30倍,形成輕質顆粒狀白色或淺色的膨脹珍珠巖,是優質的絕熱保溫材料。珍珠巖內部成蜂窩狀結構,密度在50~60Kg/m3之間,導熱系數為0.04~0.075W/m·K,具有無毒害、耐酸堿等特性。珍珠巖的防火性能也能達到A級,與無機保溫砂漿相仿。無機類保溫材料具有優良的防火性能,基本上防火等級都能達到國標A級標準,且遇熱不產生有毒氣體,耐酸堿,符合安全環保要求。但相對而言,其保溫效果不如有機類保溫材料,且受地域限制較大,故尚且不完全滿足外保溫材料的要求。2可燃性溫度nfm材料熱系數無機有機復合保溫材料主要是指膠粉聚苯顆粒保溫砂漿。預混合型干拌砂漿為主要膠凝材料,加入適當的抗裂纖維及多種添加劑,以聚苯乙烯泡沫顆粒為輕骨料,按比例配置,在現場加以攪拌均勻即可。該材料導熱系數低,保溫隔熱性能較好,具有強度高,粘接力強,附著力強等特點,且一般是現場抹灰成型,整體性能較好;但也有一定的缺點,如:對施工要求較高且厚度不易控制,影響保溫性能。該材料的防火性能按照GB8624-97可達到B1級。以常見的試樣為例,在燃燒豎爐試驗中,其剩余長度能達到800mm以上;可燃性試驗中,火焰尖端所達高度也在10mm左右,煙密度也很小,一般在10以下,均遠遠小于GB8624-97中B1級的要求。按照JG158-2004中的要求,對膠粉聚苯顆粒外保溫系統進行對火反應性能測試,結果表明,開放試件和封閉試件均不被點燃,厚度變化也為1%,防火性能較好。3有機環保材料3.1阻燃涂層材料的性能聚苯板,全稱聚苯乙烯膨脹泡沫塑料(EPS)板,是由含有揮發性液體發泡劑的可發性聚苯乙烯珠粒,經加熱預發后在模具中加熱成型的具有微細閉孔結構的固體;擠塑板,全稱擠塑聚苯乙烯泡沫(XPS)板,是以聚苯乙烯樹脂輔以聚合物在加熱混合的同時注入催化劑,而后擠塑壓出連續性閉孔發泡的硬質泡沫塑料板。這兩種板材相比,EPS板密度較小,硬度也較小。兩種材料都具有優良的保溫效果,輕便耐用,并且價格低廉,一直是最受歡迎的外保溫材料。雖然這兩種材料具有優良的物理性能,應用范圍廣泛,但不可否認的是,這兩種材料的防火安全性差,易老化,易燃燒,受熱時易分解產生大量的有毒氣體,并通常發生軟化和熔化。通常認定該兩種材料為B2級易燃材料。在實驗室的檢測中,這兩種材料在接觸到火焰的瞬間就會猛烈燃燒,迅速收縮并產生黑煙。但當樣品燃燒部分脫離火焰后,根據樣品制作工藝以及所加阻燃劑的不同,會有截然不同的結果。質量較差的樣品會持續猛烈燃燒,并伴隨大量的滴落物出現,甚至引燃濾紙,同時產生大量刺鼻的煙氣;而質量較好的樣品會持續收縮而離開火焰,在板材中段形成空腔,已燃部分發生玻璃化,從而停止燃燒。這樣也可以達到GB8624-97中的B1級的要求。按照GB/T8627-2007方法進行檢測,得到兩種板材煙密度的數值為40~50,最大煙密度則能達到60~70。以上為在實驗室特定條件下對特定樣品的測試數據,而在實際施工操作中,目前使用EPS和XPS板都是采用薄抹灰保溫系統,在材料表面采用聚合物抗裂砂漿,雖然表面的無機砂漿能夠增加整個苯板保溫系統的防火性能,但潛在的危險性仍然極高。無論是在施工過程中出現明火,或者是保溫主體遭到破壞引發火災,EPS板和XPS板就容易劇烈燃燒,并產生大量的有毒氣體,給逃生帶來極大的危險。同時,兩種材料產生大量的滴落物可能繼續引燃其它易燃物,造成火災的擴大。甚至,兩種板材受熱產生的熱熔縮變形而導致墻面物體脫落也有可能砸中逃生人員,造成二次傷害。因此,在安全性能上,兩種板材材料還是不足以令人放心。3.2聚氨酯的性能聚氨酯(PU)全稱為聚氨基甲酸酯,是主鏈上含有重復氨基甲酸酯基團的大分子化合物的統稱。聚氨酯制品目前的使用范圍極為廣泛,在石油化工、制造業、合成革等多個領域都起著重要作用。而隨著聚氨酯泡沫塑料的問世,它在外墻保溫材料方面的使用也極速增加。聚氨酯材料是目前世界上公認的最佳保溫絕熱材料,導熱系數僅為0.018~0.023W/m·K,其保溫效果超過EPS板、XPS板,遠超巖棉等無機保溫材料。聚氨酯泡沫本質上屬于高度易燃材料,未做阻燃處理時氧指數僅為16.5%。作為熱固性材料,其在受熱時通常分解出易燃氣體,受火后形成炭化層,熱分解和燃燒的產物主要有氰化氫、CO、異氰酸酯等可燃揮發性氣體,容易引起火災事故;并且,聚氨酯泡沫塑料的燃點很低,一般為90℃左右,燃燒速度極快,在燃燒過程中產生熔滴現象。在實驗室檢測數據中,聚氨酯的熱釋放速率和熱釋放總量高于EPS板和XPS板,說明其發生火災的幾率也較大。而且聚氨酯的煙密度最大,按照GB/T8627-2007方法檢測,其煙密度平均值在60~70左右,最大煙密度甚至可達90。同時,煙毒性試驗中,其煙氣毒性也高于EPS板和XPS板。在實際應用中有廠家對聚氨酯產品進行加工,如加入阻燃劑,以增強其防火性能。也有廠家在聚氨酯材料外附上金屬等,如安徽某企業生產的板材,外表層為近1mm厚的鋁板,中間為40mm厚的聚氨酯泡沫,內層為薄薄的一層鋁膜。作為一種復合材料,其防火性能等級可達到GB8624-1997中B1級要求。但在實際火災中,仍存在隱患。由于聚氨酯本身的性質,在400℃下可以發生自燃,從而在復合材料內部發生燃燒并持續下去,同時釋放出大量有毒煙氣。而且由于外部金屬材料的阻擋,反而限制了從外部進行的救援行動。但由于聚氨酯材料的特殊化學結構,通過添加相應功能基團,具有對其進行改性的很大空間。因此,雖然聚氨酯材料防火性能不能令人信服,但其還是擁有很大的發展空間。3.3可擴張性和在一般機械設備中的應用酚醛板,即酚醛泡沫板,由酚醛泡沫材料(PF)制成,屬高分子有機硬質鋁箔泡沫產品,由熱固性酚醛樹脂發泡而成,為苯酚和甲醛縮聚而成的長鏈結構。它具有輕質、防火、遇明火不燃燒、無煙、無毒、無滴落、使用溫度范圍廣(-196~+200℃),低溫環境下不收縮、不脆化的特點。導熱系數低于0.030W/m·K,隔熱性能好,并具有一定的抗水性和水蒸氣滲透性,是較好的保溫節能材料。它的保溫性能是傳統無機保溫材料的一倍,而且防火性能遠遠高于苯板材料和聚氨酯材料,屬第三代保溫材料。但其也有局限性,如價格高昂,不利于大規模推廣;質脆易粉化;酸性較強,限制其在鋼結構建筑領域的應用;生產原料苯酚和甲醛毒性較大,對人體有害。酚醛板的防火性能較好,包括兩個方面:一是遇到火焰時能迅速碳化,從而阻止火焰的進一步擴散;二是材料本身具有絕熱性能,即使在材料的一側著火燃燒,另一側溫度也不會升得太高而引起火災擴大。單體材料能達到GB8624-1997中B1級的要求。其燃燒豎爐實驗(GB/T8625-2005)后剩余長度為300~500mm左右,而可燃實驗(GB/T8626-2007)的結果為火焰尖端達到40mm處,且無燃燒滴落物。而該材料的煙密度實驗中,煙密度非常小,僅為5~8,且不產生有害氣體。同時對其進行氧指數實驗,其氧指數可達40%左右。各項指標均遠高于其他有機高分子保溫材料。而在實際