新型饰面无砂大孔无机外墙保温系统研究综述

■张方财，翟翼翀，张志平，王会新 ■北京建筑大学绿色建筑与节能技术北京市重点实验室，北京 100044

伴随着我国经济的不断快速发展，我们所面临的能源以及环境问题日益严重。在这种背景下，我国建筑业采取了各种节能环保措施，北京市最早是在1994年提出推行建筑业节能要求的城市，在2006年又提出了一些列的建筑节能政策，以期可以早日和国际标准接轨［1］。在北京的推动作用和示范作用下，我国的大部分地区也已经将建筑节能要求纳入到建筑政策范围，标志着对建筑节能的认识和应用进入新阶段［2］。

在我国建筑能耗连同围护结构材料生产能耗已超过全国能源消耗总量的27.6%，并将随着人民生活水平的提高逐步增加到33%以上;在400亿平方米的城乡既有建筑中，高能耗建筑占95%以上［3］。我国单位建筑面积能耗是气候相近的发达国家的3～5倍，而资源占有量不到世界平均水平的1/5。在20世纪后期，我国的经济发展一直是以高能耗的粗放型增长模式，缺乏建筑热工和建筑节能方面的研究和相关标准，对保温节能方面不够重视，一味的强调降低建筑造价，造成建筑保温隔热性差、用能效率低，极大的浪费了可利用能源［4］。目前，建筑节能成为各种节能途径中潜力最大的方式，这也是缓解能源紧张、解决能源供需矛盾最有效的措施之一［5］。伴随着建筑节能在节能减排中的比重逐渐增大，建筑节能材料与技术的深入研究成为了迫在眉睫的课题。

1 国内墙体保温系统的应用和研究

1．1 研究现状

墙体、门窗保温是建筑节能的重要环节，建筑围护结构节能技术是世界各国建筑节能研究的重要方向之一［6］。发展高性能建筑围护结构保温材料、制品及其系统是实现建筑节能的关键。近几年来，墙外保温系统在我国北方的传统采暖区得到了迅猛发展，保温隔热材料根据其构成大体可分为两类，即无机保温材料和有机保温材料［7］。

墙体保温作为建筑节能的重要组成部分，选择合适的保温材料和运用恰当的节能施工技术对节能保温的效果，建筑物的安全、质量等多方面都起着至关重要的作用［8］。当前，外墙外保温的做法是普遍采用外墙粘贴保温系统和外墙外保温砂浆保温系统两种做法，其中，保温砂浆又多以胶粉聚苯颗粒保温砂浆和膨胀玻化微珠保温浆料为主［9］。通过实践，发现采用保温并非是最好的保温方法，浆料中的胶粉聚苯颗粒保温砂浆也存在着许多难以克服的缺陷，现将上述几种保温材料与做法加以比较［10］。

表1 几种常见的保温体系墙体材料的特点

1．2 应用现状

由于近年来，南京中环国际广场、哈尔滨经纬360度双子星大厦、济南奥体中心、北京央视新址附属文化中心、上海胶州教师公寓、沈阳皇朝万鑫大厦等相继发生建筑外保温材料火灾，造成严重人员伤亡和财产损失，建筑易燃可燃外保温材料已成为一类新的火灾隐患，由此引发的火灾已呈多发势头［11］。中华人民共和国公安部公消［2011］65号《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防建筑管理有关要求的通知》规定民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料，使得有机保温材料因易燃、有毒烟气等问题，已经开始远离中国的建筑［12］。因此，无机保温材料的大量推广成为发展的必然。

2 目前出现的主要问题

玻化微珠内部孔隙的密闭化。部分玻化微珠并不是封闭孔，导致玻化微珠的吸水率过高，影响其导热系数，因此首先必须通过特殊方法完成玻化微珠表面的高强度密封。

无砂大孔无机保温系统中大孔的相互隔离。无砂大孔的透气、透水性容易实现，但要实现保温隔热，需要的是闭口孔。简单的通过水泥净浆等材料的隔离容易导致大孔的堵塞，难以起到保温隔热作用。

无砂大孔保温层与装饰材料的界面。不同材料间的界面总是复合材料的薄弱区，薄弱区的粘结情况将会直接决定整个无砂大孔保温体系的强度以及使用的耐久性，目前来说还没有一个比较良好的解决办法。

3 相对应的解决措施

解决相关问题的思路来源于无砂大孔水泥混凝土和动物骨骼的构造。借鉴北京建工集团完成北京奥运体育场馆广场高强度大孔混凝土问题的解决方法。通过特殊的配比和成型方式可以解决大孔保温板的高强度问题。

3．1 保温原理及材料选择

无论是有机还是无机材料，隔热性能优异的建筑外墙保温材料其原理都是通过较多较大的密闭孔隙来阻隔热量的传递。因为空气是热的不良导体，密闭孔隙多的材料自然成为保温隔热材料的首选。但有机材料的易燃、毒烟及难耐久的缺陷极大的阻碍了它的应用，无机保温材料的发展是大势所趋。

玻化微珠保温砂浆大范围的应用广受欢迎，正体现了无机保温材料的优越性。玻化微珠以其良好的隔热性能和相对低廉的价格也成为了无机保温材料的首选。然而现有的玻化微珠保温砂浆的不足之处在于水泥、砂的导热系数都很大，它们填充在玻化微珠的空隙间形成了无数热桥，大大降低了玻化微珠的隔热性能。选材时不使用砂，仅用玻化微珠做骨料，通过特殊方式成型的无砂大孔保温层的隔热性能毫无疑问会明显优于现有保温砂浆。

3．2 大孔问题解决方法

现有保温砂浆只是利用了玻化微珠内部密闭的孔隙来隔热，玻化微珠颗粒间的大空隙却被填塞未能利用。对此问题有以完整的解决思路，即先将玻化微珠制成粒径5mm左右的表面密闭的球状颗粒，然后在其表面涂抹薄层胶凝材料，既能使玻化微珠颗粒紧密的相互粘接又不会让颗粒间的空隙被填塞。正如成型的米花糖，米粒之间能紧密粘接但又存在很大的空隙。

将玻化微珠制成较大的球状颗粒不仅解决了大孔问题，还能降低玻化微珠的吸水率、提高抗压强度，极大的提高材料的施工性能。玻化微珠颗粒表面密闭，吸水率自然会比原来表面不完全封闭的玻化微珠小，这毫无疑问。而颗粒表面的高强密封膜之所以能大大提高玻化微珠的强度，得益于其封闭的球状薄壳结构。正如鸡蛋壳，材料本身的强度并不高，但其封闭的卵形薄壳结构却能使鸡蛋有相当大的抗压强度。

3．3 密闭问题解决方法

球状玻化微珠颗粒存在大孔，但以开口孔为主，且颗粒间的空隙是相互连通的不利于隔热，需要解决。玻化微珠颗粒在分层抹到墙上时可以在每层间铺设玻纤衬布，将每层颗粒间的空隙完全隔开。但这还不够，各层玻化微珠颗粒间的空隙依然连通，空气还有很大流动空间。可以在各层玻化微珠颗粒抹到墙上前先在墙上铺设分隔网，正如水磨石地面的玻璃条分隔网一样。这样各层玻化微珠颗粒都被分成了相互独立的小块，再加上各层间的分隔玻纤衬布就使每个玻化微珠颗粒小块都成了表面密闭相互独立的保温结构［13］。

分隔结构不仅解决了玻化微珠颗粒间空隙的密闭问题，玻纤衬布的加入还能显著提高保温层的抗拉、抗折强度，提高了材料的耐久性。这种通过特殊方式成型的隔热保温系统在最大程度上实现了保温材料密闭大孔的要求，其保温性能将与现有的保温砂浆不可同日而语。

玻化微珠无砂大孔保温层。借用并发展无砂大孔混凝土的配制技术，将无砂大孔混凝土的透水性能演变为相互隔离的封闭空间，减少了现有保温砂浆的大量热桥，其保温隔热性能明显优于现有保温砂浆。

4 饰面复合无机保温系统应用模拟

先用高强胶凝材料将玻化微珠表面密封，制成粒径1～5mm的玻化微珠颗粒。然后将它们制成多层保温板，每层之间用玻纤衬布分隔。最后是现场铺设，铺完后用绝热材料嵌缝，实现纵横方向的分隔。这是保温系统的剖面图，每一小块保温板都处于密闭的空间内，实现了大孔的密封，酷似乌贼的骨骼构造。下图1－2给出了保温系统结构模拟图以及保温板外墙装饰效果图。它可以定制多种饰面效果，满足建筑饰面效果多样化的需要。饰面复合保温系统为工厂化生产，已有产品为饰面复合聚苯保温系统，该产品因使用高分子材料将逐步被市场所遗忘。饰面复合无机保温系统同样为工厂化生产产品，与现场生产的保温产品的最大优势是可保证产品的优异性能。各项技术指标高于国家标准 GB/T20473－2006。

图1 保温板剖面图

5 结论

图2 保温板外墙装饰效果图

饰面无砂大孔无机外墙保温系统主要就是针对当前的无机保温系统当中出现的隔热性能差，利用封闭的小孔对其隔热性能进行改善，同时通过对饰面复合保温系统进行了重新设计，有效的提高整个系统的保温能力。借鉴了透水混凝土设计的相关理念，通过原材料优选以及成型工艺的设计有效解决了封闭大孔的形成问题，使得饰面无砂大孔无机外墙保温系统的力学性能也得到了改善。

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［3］闫辉．建筑节能——什么阻碍了你的前行?［J］．科技资讯，2007(04)．

［4］徐春桃，谢竹雯，林洁．关于玻化微珠保温砂浆推广应用的探讨与分析［J］．福建建材，2010(02)．

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［6］柯国生．探讨玻化微珠外墙外保温施工质量控制［J］．福建工程学院学报，2010(06)．

［7］李珠，岳俊峰，王泽，石峰．玻化微珠保温砂浆在建筑保温节能与抗震加固一体化中的应用［J］．上海建材，2009(02)．

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［12］中华人民共和国公安部［2011］65号《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防建筑管理有关要求的通知》．2011．

［13］张泽平，李建宇，杨晓晶，李珠．玻化微珠保温砂浆系统的设计与应用研究［J］．混凝土与水泥制品，2008(03)．