外墙保温材料的性能特点及发展分析

李 像

(江西省建筑材料工业科学研究设计院,江西 南昌 330001)

1 前言

随着社会的快速发展,大量能源被消耗。我国是能源消耗大国,其中建筑总能耗占全国能耗总量的三分之一。每年我国有160亿平方米的新建房屋面积为能源利用率仅33%的高耗能建筑,大力发展保温节能建筑刻不容缓,其中建筑外墙保温是建筑节能的重要手段。中国外墙保温普及率仅为1 成,节能标准显著落后于发达国家,由此可见,墙体保温材料未来市场空间广阔。

2 国内外墙保温材料的发展现状及存在问题

2.1 国内外墙保温材料的发展现状

我国建筑市场应用的外墙保温材料主要分为有机保温材料、无机保温材料以及在两者基础上的复合保温材料,常见建筑外墙保温材料如表1。

表1 常见建筑外墙保温材料分类

从目前我国建筑外墙保温材料的市场份额来看,聚苯板、聚氨酯占有率分别为70%、10%,无机和酚醛等保温材料占比20%左右。有机材料的保温性能优于无机材料,但无机保温材料的阻燃防火性能优于有机保温材料,这有助于扩大无机保温材料的市场份额,特别是近几年的外墙保温材料的火宅新闻如央视新台址火灾、上海静安区教师公寓火灾等引起了人们对于保温材料防火阻燃性能的重视。公安部为此发布公消﹝2011﹞65号文,强制要求民用建筑外保温材料必须采用燃烧性能为A级的材料。这一政策当时使有机保温材料市场需求陷入危机,虽然后来国家出台最新的《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)明确防火等级B1和B2也可使用,但也受到条件限制,比如需要增加防火隔离带。以无机材料为主的A级材料在使用过程中也存在诸多问题无法满足行业需求,一些性能优异的新型墙体保温材料不断出现。

2.2 国内外墙保温材料行业的存在问题

在近十几年的外墙保温材料发展中,外墙保温材料行业存在以下几个问题。(1)以现有的生产技术和施工技术,目前常用的保温材料很难做到同时具备优秀的保温节能和防火性能,陷入保温、防火难两全境地；(2)各种保温材料鱼龙混杂,没有形成统一的质量标准和监督体系；(3)一些新型保温材料虽保温优良性能,但成本较高,不利于推广。

3 常用传统外墙保温材料的性能特点

3.1 有机保温材料

(1)模塑聚苯乙烯板即EPS板是一种具有微细闭孔结构的泡沫塑料板材,重量轻,导热系数较低,一般≤0.042W/(m·K),保温性能好,易加工,施工方便,价格低,是较好的建筑绝热材料,其主要缺点是防火性能差,一般防火性能即使改性后最高只能达到B1级,如用于高层建筑,一旦发生火灾,容易点燃,存在安全隐患[1]。

(2)挤塑聚苯乙烯板(XPS板)是以聚苯乙烯树脂为原料的连续性闭孔发泡的硬质泡沫塑料,与模塑聚苯乙烯板相比,其保温性能更佳,导热系数≤0.03W/(m·K),而且强度、抗水渗透性能都更好,但XPS板的防火性能较差,仅为B2级。

(3)聚氨酯(PU)泡沫板是一种导热系数更低的保温材料,其导热系数可以达到0.022W/(m·K),远低于传统的有机保温材料,保温隔热性能好,还具有高抗压、低吸水率、不透气、质轻、吸水性低、不易降解等特点。然而,PU是一种可燃材料,燃烧等级为B2级,因此防火性能的缺陷影响了其应用。

EPS、XPS、PU等有机保温材料保温效果好,但易燃烧,且燃烧时排放热量,同时产生有毒烟气。这些材料一旦点燃,火势容易蔓延,且被困人员容易吸收毒气,会造成重大伤亡。随着北京、上海、沈阳等地发生大火,令当前大量使用的外墙外保温有机材料的防火弊端暴露出来,引起了政府对保温材料防火性能的重视[2]。

3.2 无机保温材料

(1) 岩棉板是经过高温融熔加工成的人工无机纤维板,导热系数≤0.044W/(m·K),导热系数小、具有质量轻、吸热、不燃的特点。岩棉板作为A级防火材料,在欧洲高层建筑中被广泛使用,但在国内建筑保温市场份额不大,主要是因为国内生产的岩棉制品质量不过关,主要表现在酸度系数偏低(最好1.8以上),抗拉强度偏低。这与国内岩棉生产厂家的原材料、生产工艺水平相关,首先真正使用优质玄武岩的不多,掺加过多的矿渣影响了纤维的质量, 其次生产工艺落后,用先进的摆锤法生产工艺很少[3]。欧洲岩棉制品标准对酸度系数、质量吸湿率、抗拉强度、短期吸水量等性能的要求优于国内现有标准[4]。由于多数国产岩棉质量抗拉强度低,憎水性差,应用于外墙保温中容易形成空腔、粉化、造成脱落等现象,不但达不到保温效果,还会造成安全隐患。2017年12月河南省开封市为此下文限制使用岩棉板薄抹灰外墙外保温系统。

(2)玻化微珠是一种酸性玻璃质熔岩矿物质,经过电炉高温1300度膨胀等特种技术处理和生产工艺加工形成内部多孔空腔结构、表面玻化封闭、呈球体状,其理化性能十分稳定,耐老化耐候性强,具有质轻、绝热、防火(燃烧性能为A级)、耐高低温、抗老化、吸水率小等优异特性。缺点是导热系数较高,保温效果较其他材料没有优势,而且施工周期长。

4 新型外墙保温材料

(1)酚醛树脂板作为建筑节能保温材料,由于闭孔率高而使得导热系数低,仅为0.023W/(m·K),保温隔热效果好、防水透气、粘结性良好刚性大、抗剥离强度高、无毒无味无害,无刺激性等优点。另外改性后的酚醛树脂的防火等级可以达到A级,但会增加成本,其缺点是整体的粘结性不好,抗压抗折能力极低、系统易开裂,高湿下体积稳定性差。

(2)真空绝热板(VIP板)是以芯材和吸气剂为填充材料,使用复合阻气膜作为包裹材料,经抽真空、封装等工艺制成的建筑保温用板状材料。芯材是由纤维状、粉状无机轻质材料组成的。真空绝热板可有效地避免空气对流引起的热传递,因此导热系数可大幅度降低,可低至0.005W/(m·K),具有环保和高效节能的特性,耐火等级为A级,使用寿命可与建筑物同寿命,是目前世界上最先进的高效保温材料。此材料缺点水蒸气渗透系数较低,施工需特别注意以防真空破坏,另一个是板材平整度、垂直度不高,极易被破坏。

(3)泡沫玻璃是由碎玻璃、发泡剂、改性添加剂和发泡促进剂等,经过细粉碎和均匀混合后,再经过高温熔化,发泡、退火而制成的无机非金属玻璃材料。泡沫玻璃是一种性能优越的绝热(保冷)、吸声、防潮、防火的轻质高强建筑材料和装饰材料,使用温度范围为零下196度到450度,A级不燃,与建筑物同寿命,透湿系数几乎为0。泡沫玻璃以其永久性、安全性、高可靠性在低热绝缘、防潮工程、吸声等领域占据着越来越重要的地位。它的生产是废弃固体材料再利用,是保护环境并获得丰厚经济利益的范例,被用户称之为绿色环保型绝热材料。缺点是材料自身较脆,自身膨胀内应力强大,生产过程中会形成气泡缺陷,成品率和切材率没保障。

(4)发泡水泥保温板也叫泡沫混凝土保温板,是以水泥、发泡剂、掺合料、增强纤维及外加剂等原料经化学发泡方式制成的轻质多孔水泥板材。发泡水泥保温板具有质轻、防火隔热性、耐震型、隔音性、抗压强度强、使用寿命高,无毒无害、施工方便等特点。发泡水泥保温板完全能解决冷热桥对外墙保温性能的影响,由于与基层墙体牢固结合,保证了外保温层的稳定性,不存在其它外保温材料面层出现的疏松、空鼓现象。在抗风压、自重以及正常碰撞等内、外力相结合的负载,保温层不致于基底分离、脱落。

(5)保温装饰一体板是由粘结层、保温装饰成品板、锚固件、密封材料等组成,它是一种融装饰、节能、防火、防水、环保为一体的一种新型建材。其特点就是把传统的必须在现场离散技术生产的工艺部分在工厂完成,具有质量批次稳定,产能提升,不受施工环境影响,适用性广等优点。节能环保、适用性广、未来还有很大的发展潜力和市场前景。基于目前的生产技术和工艺, 保温装饰一体板造价较高,施工构造方法复杂,产品单一,装饰效果少。

5 结论与展望

外墙保温材料和建筑节能行业正处在快速发展的时期,近五年来,环保新型外墙保温材料,尤其是新型外墙保温材料的产值以每年约20%的速度发展。传统高能耗建材逐渐被新型建材替代,逐渐淡出市场,新型建筑节能保温材料将迎来极佳的发展机遇。从“十三五”开始外墙保温材料将进入快速发展高峰阶段,随着政策扶持及人们环保意识的提高,也不断加速行业向“五性五化”即系统“保温性、装饰性、安全性、经济性、耐久性”,产品 “工业化、规范化、多样化、绿色化、智能化”高品质配套发展。