改性聚苯板外墙外保温系统的保温隔热性试验研究

(南阳师范学院土木工程学院，河南 南阳 473000)

0 引言

随着建筑节能水平的不断提升，很多外墙外保温系统被广泛应用到了大量民用建筑领域，极大促进了居住环境的优化[1-3]。但是经过长期外部环境作用后，一些建筑外墙开始发生破坏，这引起人们对外保温系统使用耐久性更加关注，对建筑保温系统的长期使用稳定性的研究工作也获得更加深入的研究[4-6]。一些地区在夏季与冬季的温度变化非常明显，形成了很大的年温差，因此外墙保温系统必须承受温度变化反复作用，容易形成较大的内应力而受到破坏，使外保温系统无法继续发挥保温功能[7]。还有一些雨量较大的地区，处于高温状态下的墙体受到暴雨天气的影响温度急剧降低，也会使外保温系统发生损坏，气 候环境对于外保温系统发挥着显著影响，使其寿命发生改变。为了确保新型保温材料能够满足实际使用条件，需要对保温系统实施耐候性测试，通常是按照规范测试要求来测试外保温系统的耐候性能[8-11]。

现阶段，多种不同类型的新型保温材料被不断开发出来并获得了大量使用，但是一些由聚合物等有机材料组成的保温材料在使用过程中也面临着潜在安全问题，例如获得广泛应用的聚苯板在使用阶段会引起较多火灾事件[12-13]。为克服上述缺陷，一些科研人员开始研究无机保温材料，并逐渐在建筑领域推广无机保温材料，使系统的保温能力获得显著提高。但从我国的保温材料发展情况分析，相关技术积累还较少，尤其是缺少无机保温材料的核心生产工艺，还不能完全自主设计新型的高性能保温材料，需要进一步强化这方面的经验[14-15]。进行测试的时候，为保温系统的不同构造层设置了温度传感器与应变片，可以实现温度与应变的实时监测，根据实际测试数据的对比结果可以获得这两类保温系统的性能，通过研究建筑领域的无机保温材料使用可行性，可以使后续进一步推广使用获得更可靠的依据，同时也能够促进无机保温材料的理论发展。

1 实验

1.1 原料

改性聚苯板属于一种在聚苯板基体中添加无机颗粒后得到的一种复合材料，本研究选择改性聚苯板来开发保温材料。其中，基体材料由聚苯板构成，并对该材料采用无机成分实现改性的过程。经过以上性能优化后能够获得更加优异的保温性能，同时获得良好的耐火特性。

1.2 工艺流程

(1)清理基层混凝土的墙面→将温度探测器与应变片贴附在基层区域→涂覆一层界面剂→将改性后的聚苯板进行紧密贴附→锚固。图1给出了界面剂和锚固照片。

(2)贴附聚苯板：实施满粘后，再通过砂浆对其进行全部覆盖，先把其中一面涂上砂浆，之后迅速把板按照平贴的模式在墙体上滑动至要求达到的位置。控制砂浆厚度至少达到5 mm。进行施工时，需通过靠尺保证压平状态。通过顺砌的形式完成改性聚苯板的贴附，按照逐行错缝的方式设置竖缝，避免发生松动或产生空泡的情况。

(3)涂覆抗裂砂浆，并贴附饰面砖。

图1 界面剂和锚固照片

1.3 组合材料施工

在测试以上保温材料的耐候性能的时候，需深入分析各构层之间粘结强度与外保温系统在耐候测试过程中受到的抗冲击载荷，本实验总共包含了由两类组合材料构成的试样。

先制备得到具有立方结构的混凝土块状试样，将其边长控制为150 mm，以此构建得到混凝土基层，根据C30 等级标准配制得到混凝土结构。之后为试块表面构建外保温结构，按照如下方式进行：

(1)采用标准养护方式对混凝土试块实施一周时间保养，之后将其转移至外部空旷地区，并对外部保温层施工；

(2)将试块摆放到正确位置后，应使其表面处于平整状态，之后根据以上工艺条件完成试块表面的施工处理，形成由界面层、保温层、抗裂层与饰面层组成的结构，同时确保和保温层结构能够实现同步施工；

(3)利用切割机对试块缝隙实施平稳切割，获得具有平齐结构的切割面，将切割速度控制在一个相对缓慢的状态，防止保温系统受到明显损害。

切割结束后，再对饰面层进行处理，贴附饰面砖。图2给出了组合材料试块的表面和内部照片。

2 保温隔热性能评价

2.1 能耗模型

用于构建围护结构的材料类型较多，可以按照不同的特点将其分成三种类型，具体包括匀质实体层、封闭空气层以及两向非匀质层。本实验中的无机改性聚苯板与材料玻化微珠保温砂浆和都是实体层材料。

围护结构的总热阻可表示为

热阻的确定根据下式计算

据此可得出围护结构的总热阻表达式，如下

式中Ri和Re——内外表面换热阻。

2.2 保温性能分析

测试保温系统实际能够达到的保温性能已经成为一项非常关键的指标，对于分析系统的整体优劣性具有明显作用。为了更加精确分析保温性能，需对各层结构热属性进行深入研究，包括保温系统的各类材料及其构造组成。从图3中可以看到本文采用的保温系统结构图，同时表1中包含了各材料性能参数。

图3 改性聚苯板外保温系统设计

表1改性聚苯板外保温系统材料参数

参数厚度/mm密度/kg·m-1导热系数/K混凝土墙体22028001.68界面剂122000.02粘结砂浆+改性聚苯板3616000.05抗裂砂浆+钢丝网1685001.35粘结砂浆+饰面砖612001.26

之后计算得到本文保温系统的传热系数，并对材料热阻进行分析，由此获得系统传热系数。计算出每一层热阻值，由此计算得到系统传热系数。结果显示见表2，对改性聚苯板外墙的外保温系统进行测试得到其总热阻等于1.032 m2·K/W，传热系数等于1.016 W·m-2·K-1。已经满足规范要求达到的外墙保温性能。

表2材料热阻

参数热阻值混凝土墙体0.126界面剂0.065粘结砂浆+改性聚苯板0.008抗裂砂浆+钢丝网0.0024粘结砂浆+饰面砖0.0022

进行耐候测试的过程中，需要测定饰面砖粘结力以及抹面层和保温层之间的粘结强度，对各组试样分别选择5个测试区实施拉拔测试，并对各区域粘结强度计算平均值。采用上述方式进行处理获得测试结果，表3给出了材料粘结强度实际测试结果。

表3材料粘结强度

耐候试验阶段平均粘结强度值/MPa10.57920.52630.49640.47550.46260.458

由改性聚苯板构成的饰面砖出现了粘结强度降低的现象，由0.579 MPa变为0.458 MPa，通过对比可知，这种饰面砖发生了比保温砂浆更快的粘结强度降低趋势。这主要是因为，改性聚苯板保温性能优于保温砂浆，能够发挥更优异的隔热性能。由此可见，当在外墙上使用上述保温材料时，需对其外观与性能变化进行定期分析，特别是对于一些使用年限较长的建筑结构，更应该重点关注，有效防止发生瓷砖脱落的情况而引起人员伤害事故。根据实际测试可知，经耐候测试得到饰面砖达到了0.4 MPa以上的粘结强度，符合设计要求。

3 结论

(1)本研究选择改性聚苯板来开发保温材料，设计了工艺流程，并对组合材料试样进行施工。建立了能耗模型，用于构建围护结构的材料类型较多，可以按照不同的特点将其分成三种类型，具体包括匀质实体层、封闭空气层以及两向非匀质层。

(2)对各层结构热属性进行深入研究，包括保温系统的各类材料及其构造组成。对改性聚苯板外墙的外保温系统进行测试得到其总热阻等于 1.032 m2·K/W，传热系数等于1.016 W·m-2·K-1。已经满足规范要求达到的外墙保温性能。

(3)通过耐候试验得到粘结强度降低由0.579 MPa变为0.458 MPa，这种饰面砖发生了比保温砂浆更快的粘结强度降低趋势。