浅谈建筑外墙保温材料及其发展方向

汪 涤 楚爱军 李 莹

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

浅谈建筑外墙保温材料及其发展方向

汪 涤 楚爱军 李 莹

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

文章分析了外墙保温材料的研究与应用现状,介绍了有机外墙保温材料、无机外墙保温材料和复合型保温材料的特点，提出了今后外墙保温材料的研究重点和发展方向。

外墙；有机保温材料；无机保温材料；复合保温材料

进入新世纪，随着能源、全球变暖等危机的爆发，节能减排迅速成为全球关注的焦点。在涉及节能减排的诸多问题中，如何减少建筑能耗是大家最为关注的议题之一。目前建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例在30%～40%[1]，随着我国工业化与城市化进程的加快,建筑能源消费总量迅速增加。推行节能建筑与建筑节能,可减少大量能源消耗，减少环境污染，减轻温室效应,保护人类赖以生存的生态环境,促进国民经济的健康可持续发展，具有重要的意义。

1 建筑保温技术

建筑物通过围栏结构（主要包括:门窗、外墙、屋顶和地面等）散失的热量大约占整个系统热损失的60%，其中通过外墙和门窗所损失的热量约占总损失热量的一半[2]。墙体保温是建筑节能的重要一环，我国自2006年在住宅墙体推行强制保温措施，重点推广外墙外保温技术。外墙外保温技术是在建筑物外侧设置保温层，不仅适用于低层建筑物，也适用于高层建筑和新建建筑。保温材料设置在墙体外侧，可减少因热桥问题而引起的热能损耗，避免热桥部位产生结露现象；能有效缓解环境温度的变化导致的形变，减小墙体应力，避免结构损坏；还能避免紫外线和有毒气体侵入到外围结构，增加墙体使用寿命[3]。

2 外墙保温材料

目前外墙保温材料主要包括有机、无机和复合材料三大类型，具体如下:

2.1 有机外墙保温材料

目前建筑领域主要使用有机保温材料，品种有模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、挤塑聚苯乙烯泡沫材料(XPS)、聚氨酯硬质泡沫塑料板(PU)和酚醛泡沫塑料板(PF)等。

EPS板是以可发膨胀性聚苯乙烯颗粒为原料，经加热预发泡后，在模具中加压成型的具有微细闭孔结构的泡沫塑料板材，具有密度小、导热系数低、隔热性好、隔声性能优、低吸水性、耐低温性、易加工等优点，是一种隔热保温性能非常优良的材料[4-5]。

挤塑聚苯乙烯泡沫板是以聚苯乙烯树脂为原料，在加热混合的同时，注入催化剂，而后挤塑押出的连续性闭孔发泡的硬质泡沫塑料板，具有高抗压、吸水率低、防潮、不透气、质轻、耐腐蚀、不降解、导热系数低等优异性能。与EPS板相比，其强度、保温、抗水汽渗透等性能有较大提高[6]，特别适用于建筑物的隔热、保温、防潮处理。目前，挤塑聚苯乙烯泡沫板在我国建筑保温材料市场份额已超过20%，并且呈逐年上升趋势[7]。

聚氨酯硬质泡沫塑料是一类具有闭孔结构且综合性能优异的低密度微孔高分子材料，具有质量轻、热导率低、耐热性好、耐老化、容易与其它基材粘结、燃烧不产生熔滴等优异性能[8]。通过调整配方，可制成不同密度、耐热性及阻燃性的泡沫制品。以阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料作芯材，以彩色涂层钢板或铝板为面材，通过发泡复合成型的多功能聚氨酯复合板集隔热、防水、装饰等功能于一体，是一种易于施工、安装的新型建筑材料[9]。

酚醛泡沫塑料是由酚醛树脂通过发泡得到的一种泡沫塑料，具有轻质、防火、隔热、隔音等优异性能。与聚苯乙烯、聚丙烯等传统聚合物材料相比，酚醛泡沫塑料具有以下优点：导热系数低，耐热性好；在火焰的直接作用下，表面燃烧后形成一层“石墨泡沫层”，防止了火焰的蔓延，有优良的阻燃性能；适用温度范围为-150～150℃，可在140～160℃下长期使用[10]。

目前聚苯乙烯塑料板的用量最大，其中抹灰聚苯乙烯泡沫塑料占比最大[11]，但其不耐燃，遇火后会冒烟而碳化，产生大量有毒烟雾，使人窒息；且材料的膨胀系数与墙体和其表面抗裂砂浆差别大，当环境产生巨大温差时易引起保温层开裂，聚苯乙烯板变形，造成使用寿命缩短。

2.2 无机外墙保温材料

与有机保温材料相比，无机外墙保温材料在遇到火灾时，不会引发烟雾或造成火星，也不会滴落，造成火势蔓延，在高温下不会释放出对环境和人体不利或有害的气体，防火性能非常优越。

表1 典型保温板材基本性能对比[14]

岩棉是以精选的玄武岩、辉绿岩为主要原料，外加辅助料，经高温熔融离心吹制成纤维状的松散材料。岩棉板是加入岩棉纤维、胶粘剂、防尘剂、憎水剂等外加剂后，经过逐层叠铺、压辊压制、固化炉固化等工艺制备，其具有良好的绝热、隔冷、吸声及稳定的化学性能，有不燃、憎水率高、吸湿率低等特点[12]。矿岩棉制品的耐水性和耐潮湿性能是应用于建筑墙体的主要障碍，其性能不足时，岩棉制品在湿气作用下强度下降，形成自然下坠，工程表现俗称为“垮裤腰”，限制了其的应用[13]。

玻璃棉板是以碎玻璃、石英砂、白云石、纯碱、硼砂等原料熔成玻璃，再将其纤维化，经过喷施特殊的热固性粘合剂压制形成的板状保温材料，具有导热系数低、化学性质稳定与寿命长等优势，是建筑中理想的外墙保温材料，但其在实际使用过程中，难免会出现一些问题，例如吸湿性较强，易产生下垂和脱落；抗拉强度相对较低等[14]。

膨胀珍珠岩泡沫制品是以低碱水泥为粘合剂、膨胀珍珠岩为轻骨料，加入增强纤维和多种外加剂(减水剂、速凝剂、引气剂)混合均匀得到干料，使用时在施工现场掺水拌和成所需稠度的浆体，可自然流入成型模内成型或直接喷涂、涂抹墙面和顶棚上，具有保温、隔热、轻质、保温吸音与装饰为一体的综合特性[15-16]。

硅酸钙板是以钙质材料、硅质材料及增强纤维为主要材料，经流浆成型、板坯压实、蒸压养护制成的强度高、性能稳定的无机建筑板材。硅酸钙板强度高、涨湿率小、导热系数低、防火性能好。中密度硅酸钙板可用于室内隔墙、吊顶、隔音、装饰、防火等工程，高密度硅酸钙板可用于室外或潮湿环境中[17]。硅酸钙板以其优越的材料性能被广泛应用于世界发达国家的建筑工程中，近年来我国硅酸钙板的产量增长较快，应用范围越来越广。

无机外墙保温材料属于不燃性材料，但其普遍存在强度低、整体性差、吸水率高、冻融性差等问题，且制备工艺复杂，生产成本较高，限制了其的应用。

2.3 复合型保温材料

复合型保温隔热材料不是简单的组合，而是充分发挥材料各自的特色后进行有机结合使其成为一个整体的产品。复合型隔热材料以胶粉聚苯颗粒保温浆料为主,是以EPS颗粒和无机玻化微珠颗粒、胶凝材料（水泥、矿渣等）、外加剂等为原料混合均匀得到干料，加水搅拌后制成浆体，可涂抹或振动成型，属难燃材料，为A2级防火等级，自身不存在防火安全问题。胶粉聚苯颗粒在受热时,包含的聚苯颗粒会软化并熔化，不会发生燃烧，并且聚苯颗粒被无机物包裹，其熔融后形成封闭的空腔，降低了保温材料导热系数，传热更慢，提高了保温性能[18]。

采用膨胀珍珠岩、氢氧化镁、氯化镁、滑石粉、动植物蛋白发泡剂制成了无机复合保温材料试样，最佳配比为膨胀珍珠岩30%,氢氧化镁35%,氯化镁25%,滑石粉10%,发泡剂用量为10 L/m3时成形性和保温隔热性能最好，强度优于有机保温材料，但其防水性能不如有机保温材料[19]。

3 结语

目前，对建筑物推行强制保温措施是实现建筑节能的重要环节，考虑到防火要求，今后需要提高防火等级，此对外墙保温材料的研究和开发提供了很好的机会。同时我国也面临环境污染日益加剧的问题，如何利用工业的废弃物开发出性能优异的保温材料，实现节能降耗、节约资源、减小环境污染的目标，是当前保温材料研究的热点，也是适合中国国情的保温材料研究方向。此外，在未来，外墙保温材料应利用纳米绝热技术和纳米气凝胶材料，研制质量轻、强度高、隔音性能好，防火等级高（A级）的新型材料，开发出系列新型憎水隔热保温材料。对于无机保温材料注重提高材料的质量及相应性能，添加固体废弃物、废旧泡沫塑料，降低生产能耗及生产成本，大力发展多功能复合型保温材料，实现保温性能和环保节能的双重目的,走可持续性发展的道路。

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