屈志中

陜西省建筑科學(xué)研究院

    建筑節(jié)能的基本要求是保溫隔熱，其主要部位是外墻，其次是門窗和屋面。一般建筑物外墻傳熱面積占建筑物總傳熱面積的60%以上，通過外墻造成的熱量損失約占建筑物總熱量損失的23%～34%。與外墻相比，門窗、屋面的保溫隔熱問題較易解決，難點(diǎn)集中于外墻外保溫體系。目前國內(nèi)推廣的外墻外保溫體系主要有膠粉聚苯顆粒保溫漿料、聚苯板（包括擠塑型）及聚氨酯硬泡薄抹灰保溫體系等，這些體系在推廣應(yīng)用中盡管取得較好的效果，并且在不斷地改進(jìn)完善，但反映的問題仍不少。因此，這些體系可以說是在不斷的爭議中實(shí)施的，問題在于對裂縫、安全和耐久性的擔(dān)憂，尤其是耐久性備受質(zhì)疑。外墻外保溫材料及保溫隔熱體系如何發(fā)展，方向是什么，已引起業(yè)界的普遍關(guān)注。

 

    目前廣為推行的三種外墻外保溫體系是由墻體結(jié)構(gòu)層、保溫層、保護(hù)層和飾面層四部分構(gòu)成的，保溫材料是外墻外保溫體系的核心，其主要功能是保溫隔熱，幾種體系的區(qū)別主要還是不同的保溫材料。聚苯板、擠塑板和聚氨酯硬泡屬有機(jī)保溫材料，而膠粉聚苯顆粒漿料則屬無機(jī)與有機(jī)復(fù)合材料。由于聚苯板、擠塑板和膠粉聚苯顆粒保溫材料本身的物理化學(xué)性能有一定的區(qū)別，反映出的主要是裂縫、安全和耐久性問題，只是程度不同而已。

 

    裂縫是一個(gè)普遍的問題，起因于外墻暴露在大氣中，溫度變形難以避免，例如聚苯板薄抹灰保護(hù)層僅為3mm的聚合物抗裂砂漿復(fù)合網(wǎng)格布，膨脹聚苯板的導(dǎo)熱系數(shù)為0.042W/(m·K)，而聚合物抗裂砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)為0.932W/(m·K)，這兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)相差22倍多。如果在夏季，太陽直射的外墻面，其表面溫度通常可達(dá)50～70℃，由于聚苯板保溫隔熱層的熱阻很大，使其保護(hù)層的熱量不易通過傳導(dǎo)擴(kuò)散，如遇下雨或降溫至15℃左右，則溫降可達(dá)35～55℃，此種溫差變化是抗裂砂漿保護(hù)層難以適應(yīng)的。同時(shí)，聚苯板保溫層的溫度超過70℃，將產(chǎn)生不可逆的收縮變形，可致開裂。還有，這種體系使用于多層及高層建筑外墻，風(fēng)荷載的長期反復(fù)作用是不利的因素。聚苯板薄抹灰體系中聚苯板通常是以點(diǎn)粘的方式鋪設(shè)在結(jié)構(gòu)層上的，粘結(jié)面積僅40%，即有60%的面積為空腔。在這種體系中背風(fēng)面墻體將產(chǎn)生負(fù)風(fēng)壓，由于體系存在空腔，負(fù)風(fēng)壓產(chǎn)生的破壞作用是造成保溫墻面產(chǎn)生裂縫的主要因素之一，嚴(yán)重時(shí)可致局部或全部墻面脫落。

 

    安全性問題是指兩個(gè)方面，一是聚苯板和玻璃纖維網(wǎng)格布均為有機(jī)化合物，屬易燃體，聚氨酯硬泡無防火性能。雖然目前出現(xiàn)一些具有阻燃性的聚苯板和聚氨酯硬泡，但均未達(dá)到難燃材料等級，其防火性能仍然未從根本上解決。二是此種墻體飾面層，目前多采用瓷磚，由于瓷磚的重量約35kg/m²，容易出現(xiàn)瓷磚脫落現(xiàn)象，為此，上海、大連等城市早在2006年即明文規(guī)定在多層和高層建筑中不得采用瓷磚外飾面，而提出推廣涂料飾面方案。有些同仁認(rèn)為提高瓷磚與保護(hù)層的粘結(jié)強(qiáng)度，即把垂直拉伸粘結(jié)強(qiáng)度提高至0.4MPa，不必?fù)?dān)心瓷磚脫落，這種看法也是不可靠的，因?yàn)榇纱u在墻面的溫度變形，主要產(chǎn)生于平行墻面的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致瓷磚松動甚至脫落。

 

    當(dāng)前外墻外保溫體系的耐久性是業(yè)界最為關(guān)注和擔(dān)心的問題。在我國，一般居住和公共建筑的壽命均在70～100年范圍內(nèi)，而目前推行的這幾種外墻外保溫體系，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范明確要求，使用年限不少于25年。有關(guān)資料介紹歐洲國家類似的外墻外保溫體系已有30年的使用歷史至今仍基本完好。但我國與其情況不同，這些發(fā)達(dá)國家居住建筑多為低層和多層，而我國現(xiàn)今城市居住建筑多為小高層、高層還有超高層的，如果經(jīng)25年就必須對外墻外保溫體系進(jìn)行維修或者全部更換，將是一項(xiàng)消耗資源和財(cái)力的巨大工程，現(xiàn)在就應(yīng)當(dāng)預(yù)見到這個(gè)問題。要認(rèn)識到用于外墻外保溫的聚苯乙烯泡沫塑料，其本身易老化和粉化，在自然條件下，粉化會加劇，即耐久性不足是其固有的缺點(diǎn)。再則，這類保溫材料，均屬以石油化工為原料的產(chǎn)品，在石油資源日現(xiàn)短缺的情況下，以此作為大宗外墻外保溫材料，必將受到制約。

 

    根據(jù)國內(nèi)外在墻體外保溫體系方面的發(fā)展和出現(xiàn)的問題，可以說發(fā)展無機(jī)保溫材料尤其是無機(jī)保溫砂漿以及自保溫墻體是新的方向。

 

    無機(jī)保溫砂漿是目前市場上一種新型保溫材料，其主要技術(shù)特點(diǎn)是強(qiáng)度高，尤其是與基層粘結(jié)良好，不易產(chǎn)生裂縫和空鼓，不必用錨栓與墻體拉結(jié)。由于是純無機(jī)材料制成，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異，不存在老化問題，且具有良好的防水阻燃性能，可與建筑墻體同壽命。便于施工，適用范圍廣，可以做外墻外保溫，亦可做外墻內(nèi)保溫或者實(shí)施外墻內(nèi)外組合保溫以及作為屋面、樓地面保溫層等。無機(jī)保溫砂漿的綜合造價(jià)低，根據(jù)2007年西安完成的一項(xiàng)3.3萬m²多層住宅樓外墻內(nèi)保溫工程的計(jì)算，使用復(fù)合硅酸鹽無機(jī)保溫砂漿體系與擠塑聚苯板體系相比，節(jié)約資金為26元/ m²，即綜合成本約可降低40%。

 

    聚苯顆粒作為細(xì)骨料是有機(jī)物，膠粉主要成分為無機(jī)物，實(shí)際上這種保溫砂漿屬無機(jī)與有機(jī)物的復(fù)合體，我國廣大地區(qū)都在應(yīng)用，尤其是江浙等華東地區(qū)，這種外墻外保溫體系的市場份額高達(dá)60%。保溫層與墻體容易粘結(jié)，其保溫隔熱效果與耐久性均較好，施工簡便，工程造價(jià)低，一般不易出現(xiàn)大面積龜裂、空鼓脫落等問題，技術(shù)上是可行的，易于推廣。缺點(diǎn)是除了取決于配方外，在很大的程度上取決于施工質(zhì)量。為達(dá)到節(jié)能65%的要求，保溫層的厚度需50～80mm，技術(shù)規(guī)程JGJ-2004限制其厚度不大于100mm。另外，防火性較差，該體系不太理想。盡管如此，但聚苯顆粒作為工業(yè)廢料得以利用，故具有相當(dāng)?shù)纳�命力。現(xiàn)在國內(nèi)正在采取各種措施對聚苯顆粒進(jìn)行改性，使其具有親水性，增大與膠粉的粘結(jié)性，并從而提高這種保溫砂漿的強(qiáng)度和耐久性。近年來，在一些冬冷夏熱地區(qū)，以此種保溫砂漿質(zhì)量不易保證為由，限制其應(yīng)用于外墻外保溫工程，理由不充分。因?yàn)榫郾桨灞∧ɑ业润w系，也存在施工質(zhì)量難保證的問題。與聚苯板保溫材相比，膠粉聚苯顆粒保溫砂漿在強(qiáng)度，尤其是粘結(jié)強(qiáng)度、防水、耐久性方面確具有一定優(yōu)勢。

 

    玻化微珠屬無機(jī)保溫骨料、經(jīng)燒制加工而成，粒度0.5～1.5mm，干密度80～130kg/m³，耐火度1280～1360℃，使用溫度1000℃以下，防火性能按GB8624-1997《建筑材料燃燒性能分級方法》規(guī)定，屬不燃材料（A級），現(xiàn)已進(jìn)入工程應(yīng)用。膠粉玻化微珠保溫砂漿的耐候、環(huán)保和防火性優(yōu)于其他保溫材料，具有優(yōu)良的保溫隔熱性能。目前國內(nèi)企業(yè)可以生產(chǎn)出0.1～5mm不同規(guī)格粒徑、表現(xiàn)密度45～800kg/m³的玻化微珠。工程應(yīng)用表明30mm厚的玻化微珠保溫砂漿其保溫效果即可達(dá)節(jié)能50%的要求。玻化微珠保溫砂漿體系適用于多層及高層建筑外墻外保溫及內(nèi)保溫抹灰工程，對于當(dāng)今各類原有建筑物的保溫改造工程也很適用。

 

    這是國內(nèi)近期研發(fā)的一種新型無機(jī)復(fù)合保溫砂漿，主要由無機(jī)膠結(jié)料、硅酸鋁、礦物填料、增強(qiáng)增粘組分以及輕骨料如玻化微珠、陶砂等配制而成，可用于外墻內(nèi)外保溫體系。該保溫砂漿在加水拌合硬化后，能夠形成三維八面體封閉微孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有彈性、不開裂、不粉化、導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫層薄，與基層墻體粘強(qiáng)強(qiáng)度高，使用溫度范圍在－40～800℃，屬于不燃體。抗凍性優(yōu)異，－40℃條件下循環(huán)20次無脫皮現(xiàn)象，防水、耐酸堿，易施工。由于具有彈性，亦可用于有振動的設(shè)備保溫。

 

    該保溫砂漿由FBT（稀土）、礦棉和玻化微珠作為輕質(zhì)保溫隔熱骨料配制而成，干密度410-600kg/m³，導(dǎo)熱系數(shù)0.065～0.085W/（m·K），特點(diǎn)是與基層粘結(jié)強(qiáng)度高，不易變形及抗沖擊性能良好，適用溫度為－25～65℃。由于導(dǎo)熱系數(shù)小，節(jié)能效果突出，并解決了傳統(tǒng)保溫材料易造成冷橋，能量散失快，導(dǎo)熱系數(shù)衰減等問題，不僅可用于建筑外墻內(nèi)外保溫工程，而且可用于工業(yè)設(shè)備的保溫隔熱。由于成本較高，尚未見用于外墻保溫工程的報(bào)導(dǎo)。

常用三種保溫砂漿性能指標(biāo)比較見表1。

表1    三種保溫砂漿性能指標(biāo)比較

種類 項(xiàng)目	膠粉聚苯顆粒保溫漿料	玻化微珠保溫砂漿	復(fù)合硅酸鹽保溫砂漿
干表觀密度/（kg/m3）	224	234	≤250
抗壓強(qiáng)度/MPa	0.257	0.264	0.49
導(dǎo)熱系數(shù)/[W/（m·K）]	0.057	0.055	0.042
線收縮率/%	＜0.1	＜0.2	-
壓剪粘結(jié)強(qiáng)度/ MPa	0.097	0.121	≥0.2
燃燒性能級別	難燃，B1級	不燃，A級	不燃，A級
軟化系數(shù)	0.6	0.6	-

 

    作為使用量大面廣的外墻外保溫材料，其本身的節(jié)能環(huán)保狀況倍受關(guān)注。到目前為止，聚苯板薄抹灰外墻外保溫體系由于涉及嚴(yán)重的防火問題，在美國有20多個(gè)州禁止使用，英國規(guī)定高18m以上建筑不允許使用，德國則規(guī)定限制用于高22m以下的建筑。在韓國、澳洲等地的建筑保溫市場，聚苯乙烯類泡沫塑料亦屬禁用之列。根據(jù)國內(nèi)外的現(xiàn)狀，業(yè)界有識之士普遍認(rèn)為，無定形的無機(jī)保溫材料包括保溫砂漿應(yīng)當(dāng)逐漸取代聚苯板、聚氨酯泡沫塑料類成為建筑節(jié)能的主要保溫材料。現(xiàn)在發(fā)達(dá)國家在無機(jī)保溫砂漿的研發(fā)方面已有一定進(jìn)展，如無氟利昂阻燃型聚氨酯泡沫塑料復(fù)合漿體，超輕質(zhì)全憎水硅酸鈣漿體保溫材等，可以滿足不同使用條件下的要求。在國內(nèi)，目前出現(xiàn)的復(fù)合硅酸鹽、膠粉玻化微珠、稀土保溫砂漿等，具有良好的發(fā)展前景。復(fù)合硅酸鹽保溫砂漿體系與聚苯板外墻外保溫體系的熱工性能比較列于表2及表3。

 

表2  復(fù)合硅酸鹽保溫砂漿體系熱工參數(shù)

外墻外保溫構(gòu)造（從內(nèi)到外）	厚度δ/mm	計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)λ/[W/（m·K）]	熱阻R /[（m2·K）/W]	蓄熱系數(shù)Sc /[W/（m2·K）]	熱惰性指標(biāo)D值
面層粉刷石膏	2	0.33	0.006	5.28	0.032
石膏砂漿層	8	0.58	0.014	7.78	0.109
鋼筋混凝土墻體	240	1.74	0.138	17.20	2.374
保溫砂漿層	30	0.042	0.714	1.17	0.835
玻纖網(wǎng)格布抗裂砂漿保護(hù)層	8	0.087	0.092	10.75	0.989
Σ	288		0.964		4.339
總熱阻  RO=Ri+ΣR+Re=0.11+0.964+0.04=1.114（m2·K）/W
外墻傳熱系數(shù)K=1/ RO=1/1.114=0.898 W/（m2·K）

 

    注：1R_i 、R_e為墻體內(nèi)外表面換熱阻；

          2飾面層為涂料，在計(jì)算K值時(shí)可忽略不計(jì)。

 

 

 

表3  聚苯板薄抹灰外墻外保溫體系熱工參數(shù)

外墻外保溫構(gòu)造 （從內(nèi)到外）	厚度δ/mm	計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)λ/[W/（m·K）]	熱阻R /[（m2·K）/W]	蓄熱系數(shù)Sc /[W/（m2·K）]	熱惰性指標(biāo)D值
水泥混合砂漿粉刷層	20	0.87	0.023	10.75	0.247
鋼筋混凝土墻體	240	1.74	0.138	17.20	2.374
粘結(jié)砂漿+空氣層	5	0.21	0.024	2.33	0.056
聚苯板保溫層	30	0.045	0.667	0.40	0.267
玻纖網(wǎng)格布抗裂砂漿保護(hù)層	8	0.87	0.092	10.75	0.989
Σ	303		0.944		3.933
總熱阻  RO=Ri+ΣR+Re=0.11+0.944+0.04=1.094（m2·K）/W
外墻傳熱系數(shù)K=1/ RO=1/1.094=0.914 w/（m2·K）

 

    注：同表2

    可見，采用30mm厚的復(fù)合硅酸鹽保溫砂漿體系與同樣厚度的聚苯板薄抹灰體系的熱工參數(shù)相當(dāng)，其傳熱系數(shù)K=0.898≤1.5W/（m²·K），而熱惰性指標(biāo)D=4.339≥3.0，完全滿足《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ134-2001關(guān)于外墻保溫規(guī)定的指標(biāo)。與聚苯板相比，無機(jī)保溫砂漿的熱容量大，在相同熱阻條件下，內(nèi)表面溫度振幅減小，出現(xiàn)溫度最高值的時(shí)間延長，其蓄熱系數(shù)S_c=1.17W/（m²·K），而聚苯板的S_c=0.4W/（m²·K）。

 

    由于無機(jī)保溫砂漿外墻外保溫體系材料易得，價(jià)格較低，且施工較為方便，故與聚苯板薄抹灰體系相比，其每m²可降低造價(jià)約40%。

 

    根據(jù)我國的國情，筆者認(rèn)為無機(jī)保溫砂漿外墻保溫隔熱體系可以廣泛使用于國內(nèi)大部分地區(qū)的低層、多層和高層建筑的外墻外保溫或者外墻內(nèi)外組合保溫工程。由于膠粉聚苯顆粒是利用數(shù)量可觀的包裝工業(yè)廢料，在不斷改進(jìn)這種漿料的強(qiáng)度和耐久性的條件下，用于夏熱冬冷地區(qū)農(nóng)村低層、城鎮(zhèn)多層居住建筑外墻外保溫是可行的。聚苯板包括擠塑聚苯板，聚氨酯硬泡等保溫材料，主要用于寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)則較為合理，但仍需保證施工質(zhì)量和提高其耐久性。

 

    關(guān)于自保溫墻體，實(shí)屬發(fā)展方向，但也有難點(diǎn)。我國目前的城鎮(zhèn)居住建筑有向小高層和高層發(fā)展的趨勢，其結(jié)構(gòu)多為框架剪力墻或框架形式，外墻作為填充墻，無論采用何種自保溫墻體，均存在冷（熱）橋問題，需要研究解決。如采用達(dá)到一定強(qiáng)度的保溫砌塊、保溫磚等作為自保溫墻體，最適于在廣大農(nóng)村及小城鎮(zhèn)的低層居住建筑中使用。

 

    我國現(xiàn)今仍處在民用建筑較快發(fā)展的時(shí)期，這緣于我國的城鎮(zhèn)化水平不斷提高。2007年我國的城鎮(zhèn)化水平已達(dá)44.9%，預(yù)計(jì)今后10～15年，增速在1個(gè)百分點(diǎn)，即在15年后到達(dá)60%，進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展過程。目前，城鄉(xiāng)居住建筑年峻工約20億m²，外墻保溫工程量巨大，同時(shí)，必須考慮到既有450億m²居住建筑的節(jié)能改造，外墻保溫的市場更大。所謂外墻外保溫體系發(fā)展方向，只能是自覺認(rèn)識，逐步在實(shí)踐中前進(jìn)。再則，我國地廣人多，各地資源不同，外墻外保溫體系應(yīng)是因地因時(shí)制宜，選擇最佳方案。例如，上海市建委最近批準(zhǔn)10項(xiàng)保溫施工工法，《無機(jī)保溫砂漿外墻外保溫系統(tǒng)》是其中之一，江蘇省近來提出大力發(fā)展節(jié)能墻體自保溫技術(shù)，鼓勵技術(shù)創(chuàng)新。總之，認(rèn)識我國能源形勢，力促建筑節(jié)約資源和能源，盡可能少用和不用石化產(chǎn)品，亦應(yīng)成為業(yè)界的共識，以推進(jìn)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

 

 

[1] 楊曉紅．新型保溫涂料的性能研究．新型建筑材料，2008（8）：50～52．

[2] 王甲春，閻培渝，朱艷芳．外墻外保溫復(fù)合墻體熱工計(jì)算與分析。建筑技術(shù)，2004（10）：781～782．

[3] 李贛，李衡艷．夏熱冬冷地區(qū)居住建筑墻體做法探索。建筑技術(shù)開發(fā)，2008（6）：57～58．

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)